소방시설의 내진설계기준 - 앵커볼트의 적용 및 검토

내진 설계에서 앵커볼트는 중요한 요소 중 하나입니다. 앵커볼트는 건축물에 설치되며, 지진과 같은 외부하중에 대응하여 건물을 고정시키는 역할을 합니다. 앵커볼트의 설치는 내진의 안전성을 결정짓는 중요한 부분입니다.

 

앵커볼트의 적용 및 검토

1. 흔들림 방지 버팀대의 건축물부착장치와 앵커볼트의 적정성평가 flow chart
2. 앵커볼트 적용개요
3. 앵커볼트 인증
4. 설계허용하중값 산정
5. 앵커볼트의 설치
6. 구조부재에 소방시설을 고정할 경우 앵커와 정착력 저하방지

 

 

 

 

제3조의 2(공통 적용사항)
③ 앵커볼트는 다음 각 호의 기준에 따라 설치한다.
1. 수조, 가압송수장치, 함, 제어반등, 비상전원, 가스계 및 분말소화설비의 저장용기 등은 건축물 내진설계기준 비구조요소의 정착부의 기준에 따라 앵커볼트를 설치하여야 한다.
2. 앵커볼트는 건축물 정착부의 두께, 볼트설치 간격, 모서리까지 거리, 콘크리트의 강도, 균열 콘크리트 여부, 앵커볼트의 단일 또는 그룹설치 등을 확인하여 최대허용하중을 결정하여야 한다.
3. 흔들림 방지 버팀대에 설치하는 앵커볼트 최대허용하중은 제조사가 제시한 설계하중 값에 0.43을 곱하여야 한다.
4. 건축물 부착 형태에 따른 프라잉효과나 편심을 고려하여 수평지진하중의 작용하중을 구하고 앵커볼트 최대허용하중과 작용하중과의 내진설계 적정성을 평가하여 설치하여야 한다.
5. 소방시설을 팽창성 화학성 또는 부분적으로 현장타설된 건축부재에 정착할 경우에는 수평지진하중을 1.5배 증가시켜 사용한다.

 

1. 흔들림 방지 버팀대의 건축물부착장치와 앵커볼트의 적정성 평가 FLOW CHART

 

 

2. 앵커볼트의 적용개요

1.  이 기준에서 적용 제품인 수조, 가압송수장치, 배관, 소화전함(함류), 제어반등, 비상전원, 가스계 및 분말소화설비 등은 구조체와 고정하는 앵커볼트 설치는 소방시설의 내진설계기준의 제3조 2 제3항에 따름
2.  이 기준에서 사용되는 후 설치 앵커볼트는 ACI-318이나 “건축물 내진설계기준” 비구조요소 부착장치에서 인증받은 국내·외 제품인증 보고서의 모의지진시험 결과인 인장, 전단값에 근입깊이, 연단거리, 단일(연속) 앵커볼트, 슬라브 두께, 콘크리트 강도와 균열성 등을 고려하여 앵커볼트의 허용 값을 산정
3.  수조, 가압송수장치, 소화전함(함류 포함), 제어반등, 비상전원, 가스계 및 분말소화설비 등은 “건축물 내진설계기준”의 등가정적하 중 또는 동적해석으로 수평지진하중과 수직지진하중을 산정하고, 흔들림 방지 버팀대의 경우 구조체와 건축물 부착장치 간의 프라잉효과(Pr)나 모멘트를 계산하여 작용하중을 구하고 앵커볼트의 조합하중, 인장하중 및 전단하중이 동시에 작용하는 경우 상관작용 효과를 고려하여 산정

 

프라잉 효과(prying factor)

지진 발생 시 배관에서 발생하는 수평지진하중이 버팀대에 전달되고, 건축물부착장치를 통해 앵커볼트에 전달된다. 이때, 건축물 부착장치의 형상과 설치형태에 따라 앵커볼트에 작용하는 하중이 다르게 나타나는 현상

 

3. 앵커볼트 인증

앵커볼트는 지진하중을 견디는지 국내·외 앵커볼트의 시험기준에 따라 모의지진시험 결과가 포함된 제품인증을 받거나 내진제품의 내진설계 구조안전성, 성능확인, 제품인증 및 설치승인에 따름

 

4. 설계허용하중값 산정

• 배관은 사용하는 안전율을 고려한 허용응력설계법에 따라 내진설계된 허용하중 값을 적용하고 배관외 다른 소방설비는 구조계산서의 설계법에 따라 앵커볼트에도 동일한 설계법을 적용한 하중값으로 산정.
• 국내·외 제품인증 보고서에서 제시한 모의지진시험이 반영된 하중저항계수(한계상태) 설계(LRFD) 결괏값에 0.43를 곱하여 허용응력설계법 허용하중값을 산정. 그리고, 구조체와 부착장치의 프라잉효과(Pr)와 모멘 트을 고려 해 수평 및 수직지진하중의 작용하중을 계산해 조합하중을 고려한 내진설계 적정성을 평가.
  1) 앵커볼트 허용응력설계의 허용하중값 인자(0.43)
    - 허용응력 증가인자 : 1.2
    - 하중저항계수(한계상태) 설계(LRFD)의 허용응력설계 허용하중(ASD) 값 변환인자 : 1.4
    - 고강도인자 : 2.0
    - 허용응력설계의 허용하중값 = 1.2 / (1.4 x 2) = 0.43

 

5. 앵커볼트의 설치

ACI-318(TR045) 및 ICC-ESR(ETA)의 기준을 준용하여 다음과 같이 적용할 수 있음. 앵커볼트 그룹의 경우는 그룹 내 개별 앵커볼트 간의 하중 재분배를 고려하여야 함. 앵커볼트그룹의 설계는 구조 설계기준(KDS 14 20 54 : 2016)의 “콘크리트용 앵커설계기준”에 따르며, 규정하지 않은 사항은 공인된 설계기준에 따를 수 있음. 다음은 앵커볼트가 설치된 구조물의 그림 예시와 일반적인 앵커볼트 설치 가이드라인 임

 

앵커볼트 설치 구조물 예

1.  앵커볼트 근입 깊이 : hef
2.  최소 콘크리트 모재 두께(h) : 1.5 hef 이상
3.  콘크리트 파괴에 대한 임계 앵커볼트 간격(Scr) : 3 hef
4.  콘크리트 파괴에 대한 임계 모서리 거리(Ccr) : 1.5 hef
5.  앵커볼트 간격(S) 및 모서리거리(C)가 임계 앵커볼트 간격(Scr) 및 임계 모서리 거리보다 작을 경우 설계하중값은 감소하여야 하고, 앵커볼트의 최소간격(Smin) 및 최소모서리거리(Cmin)는 앵커볼트 제조사의 국내·외 인증받은 시험보고서나 기술근거 자료에 명시된 값 이상이어야 함
6.  콘크리트 압축강도 : 17 - 60 MPa
7.  앵커볼트 품질인증과 시험방법의 국제 규격 후설치 앵커볼트 : ACI 355.2, ACI 355.4 선설치 앵커볼트 : ICC-ES AC446
8.  앵커볼트는 부착물을 콘크리트에 밀착하여 설치하여야 하고, STAND-OFF(콘크리트와 떨어져) 설치 시 Lever Arm(응력중심거리)로 인한 모멘트의 발생으로 전단강도가 상당히 감소되어 추가적 검토가 필요

 

6. 구조부재에 소방시설을 고정할 경우 앵커와 정착력 저하방지

1.  구조부재의 환경조건인 팽창성·화학성 또는 현장의 부분타설(콘크리트 강도를 확인할 수 없는 경우)은 정착이 약화되어 앵커볼트 설계 허용하중보다 작은 지진하중에도 구조안전성에 영향을 줌. 따라서 이 기준에서는 계산된 수평지진하중에 지진하중을 증가시켜 정착의 안전성을 담보
2.  이 기준에서는 소방시설을 팽창성·화학성 또는 부분적으로 현장타설된 구조부재에 정착할 경우 소방설비의 계산된 가동중량에 1.5배 증가시켜 수평지진하중을 산정
3.  정착(定着) 이란 어떤 물건·장소 등에 착 들러붙어 떨어지지 않는 것을 말하며 즉, 앵커볼트의 정착이란 앵커볼트로 건축물 부착장치(내진설계 된 제품을 포함)를 건축물의 구조재에 고정하여 떨어지지 않는 것을 의미