이 ‘고층건물의 성능기반 내진설계 지침서’는 지진에 대비하기 위한 건물을 설계할 때 ASCE 7(The American Society of Civil Engineers 7)이나 IBC(International Building code)에 명시된 기존의 절차를 대신할 수 있는 대안을 제시하고 있다. 이 지침서는 고층건물의 내진설계와 검토를 담당하는 구조 공학자들과 건물 관리자들이 주로 사용할 것으로 예상하여 작성되었다. 다시 설명하면, 이 지침서는 ASCE 7에서 의도하는 Occupancy Category II에 해당하는 건물들이 지진성능 목표를 달성할 수 있는 건물이 되도록 하는데 목적이 있다. 만약 개인 사용자들이 좀 더 높은 수준의 지진 성능 목표를 달성하기 위해 이 지침서를 사용하는 경우에는 내용을 적절히 조절하고 수정하여도 된다.

이 지침서는 상대적으로 긴 기본 진동주기를 갖거나 고차 진동 모드에서 상당한 질량 참여와 횡 방향 거동이 발생하는 경우 그리고 비교적 세장한 형태를 갖는 고층건물의 지진반응 특성들을 고려하여 개발되었다. 이 지침서에 기술된 기본적인 원리들은 일반적 경우에도 적용이 가능하지만, 주로 미국 서부에서 발생하는 전형적인 지진 위험을 고려하여 개발되었다. 특히, 건물을 구성하고 있는 구조요소들이 비 탄성 거동을 통하여 강진에 저항하도록 설계된 경우에 적용할 수 있도록 기술되었다. 

이 지침서는 횡 하중에 저항하는 구조 요소들뿐 만이 아니라 중력방향 하중에 저항하는 구조 요소들의 내진설계도 포함하고 있다. 그러나 건물 외장 피복이나 비 구조재의 설계에 관한 내용은 이 지침에 구체적으로 포함되지 않는다. 비 구조재에 관한 설계는 Building Code나 혹은 고층건물의 독특한 구조적 거동 특성을 고려한 다른 적절한 대안을 찾아서 수행해야 한다.

이 지침서는 다음과 같이 구성되어 있다. 첫 번째 장에서부터 세 번째 장까지는 이 지침서의 적용범위, 설계 성능 목표 그리고 지침에 포함된 설계 절차에 대해 기술하고 있다. 네 번째 장에서는 이 지침을 따르는 설계에 일반적으로 명시되어야 하는 설계기준들을 기술하고 있다. 다섯 번째 장에서는 건물 설계 시 고려되어야 하는 지진 하중들을 설명한다. 여섯 번째 장에서부터 여덟 번째 장까지는 초기설계와 사용레벨(Service Level) 산정 그리고 최대예상지진(Maximum Considered Earthquake)의 영향에 대한 지침을 자세히 서술한다. 아홉 번째 장과 열 번째 장에서는 설계 결과를 발표하고 프로젝트를 검토하는데 있어서 권장되는 절차에 관해 기술하고 있는데, 여기에는 PEER(Pacific Earthquake Engineering Research Center) 평가 위원회를 이용하는 내용을 포함하고 있다.   

우선, 첫 번째 장은 서론 부분으로 이 지침서의 목적, 적용 범위, 설계 시 고려 되어야 하는 사항들, 설계 팀원들의 자격 그리고 제한사항들에 관하여 기술하고 있다.

두 번째 장은 설계성능 목표에 관한 장으로 최소성능 목표와 그보다 더 향상된 성능 목표에 관해 서술하고 있다. 부연하면 이 지침서는 서비스레벨에 해당하는 지진이 발생했을 때 미세한 콘크리트 균열이나 철근의 항복과 같은 정도의 손상이 제한적인 범위내의 구조 부재에서 발생하는 것을 예상하고 있다. 서비스레벨 지진에서 발생한 손상은 최대예상 지진이 발생했을 때 구조물이 견뎌낼 수 있는 능력을 손상시켜서는 안되며 또한 보수가 필요할 정도의 불안전한 결과를 초래해서도 안 된다. 외관이나 방수, 화재, 부식에 대비한 보수는 필요할 수도 있다. 비구조적인 손상은 건물의 사후 사용을 제한하지 않는 선이어야 한다.

세 번째 장은 설계과정을 전반적으로 살펴보고 있다. 설계과정에 포함되어야 하는 내용들을 기술하고 상세 권장사항이 어디에 표기되어 있는지 알려주고 있다. 이 장에 포함된 설계과정은 우선 설계 접근법 결정하기, 성능 목표 설정하기, 지진하중, 개념 설계, 설계기준, 초기설계, 사용레벨 산정, 최대예상지진 산정, 최종 설계, PEER의 평가 순으로 열 단계를 거친다.

네 번째 장은 설계기준 자료에 관한 내용을 다루고 있다. 일반적으로 프로젝트 설계기준에 포함되어야 하는 사항들을 항목별로 설명하고 있다. 여기에는 건물 개요와 위치, 적용규준과 참고문헌들, 성능목표, 수직하중, 지진하중, 풍 하중, 하중조합, 재료, 구조해석에 관한 내용, 적용기준, 그리고 새로이 도입된 재료나 기술 소프트웨어가 있다면 그에 대한 테스트 결과에 관한 내용, 부록 등이 포함된다.

다섯 번째 장은 지진 하중에 관한 내용을 다루고 있다. 이 지침을 이용하여 고층건물 내진설계를 할 때는 지진에 대한 두 가지 레벨 특성을 요구하는데, 그것은 서비스레벨 지진과 최대예상지진 두 가지이다. 이 장은 지진설계의 전반적인 접근 방법에 대한 지침을 제공하고 있으며 각 접근법은 다음과 같이 세 가지를 사항을 포함하고 있다. 첫 번째는 이러한 각각의 지진 레벨에 대한 가속도 반응 스펙트럼을 결정하기 위한 확률론적 혹은 결정론적 지진 재해 해석을 실행하는 것; 두 번째는 지역에 따라 부지에 의한 영향을 고려해야 할 필요에 의해 스펙트럼을 수정 하는 것; 그리고 세 번째는 필요에 따라 최대예상지진 레벨과 사용레벨에서 반응 이력해석을 위한 적절한 가속도기록을 선택하고 수정하는 것이다. 이 장은 또한 지반 구조 상호작용 효과를 적절히 고려한 지침도 제공하고 있다.

여섯 번째 장에서는 구조 공학자들이 초기설계를 하는데 도움이 될 정보를 제공하고 있다. 이 단계에서 구조 공학자들은 구조 시스템과 재료를 선택하고 그것들의 개략적인 크기를 예상한다. 그리고 요구되는 비 탄성 거동의 초기 메커니즘 등을 선택하게 된다. 고층건물의 초기설계 과정에서 단계별 지침을 제공한다는 것은 혁신적인 설계를 해야 한다는 사실과 바로 충돌을 야기하게 되고 이 두 가지 문제가 자주 부딪히기도 한다. 따라서 이 장에서는 설계상 중요한 고려사항을 제안하지만 관련된 문제를 해결하는데 있어서 미리 규정지어진 접근법을 제공하지는 않는다.

일곱 번째 장은 권장되는 사용레벨 산정 기준을 제공하고 있는데, 이것은 지진의 사용레벨, 성능 목표, 일반적인 해석 접근법, 모델링, 설계 그리고 적용기준에 대한 정의를 포함하고 있다. 비선형 동적 해석을 사용하는 경우에 대한 내용도 포함되어 있긴 하지만 일반적으로 권장되는 접근법은 선형탄성 모델을 이용한 사용레벨 성능을 검토하는 것이다.

여덟 번째 장은 최대예상지진 산정에 대한 권장 기준을 설정한다. 비선형 동적 해석에 대한 지침과 최대예상지진 발생시 건물들이 허용 가능한 응답 특성을 가지고 있다는 것을 증명하는데 사용되는 허용 기준에 대한 지침을 제공한다. 이 산정의 목적은 건물붕괴에 대한 적절한 안전성을 제공하기 위한 것이다. 이러한 목표는 다섯 번째 장에서 정의된 최대예상지진을 나타내는 지진의 제한된 suite에 대한 건물의 반응을 평가하기 위한 비선형 반응 재현 해석을 사용하여 함축적으로 이루어진다. 이 반응 평가는 건물의 붕괴나 붕괴 가능성에 대하여 수치로 정한 범위를 제공하지는 않지만 선택된 지진 상태에서 건물이 붕괴되지 않고 이 때 발생하는 하중과 변형이 수용 가능한 한도 내에 든다는 것을 증명하고자 한다.

아홉 번째 장은 결과 발표에 관한 내용이다. 성능기반 설계와 PEER(Pacific Earthquake Engineering Research Center) 평가의 성공적인 완성에 있어서 핵심적인 요소는 설계과정에 대한 자료 정리와 결과 발표이다. 이러한 자료 정리의 핵심요소는 설계기준, 횡 하중과 중력에 저항하는 부재들의 구성요소 설계, 비선형 응답 이력 해석 결과, 시공 자료(초기 드로잉과 상세)에서 도출된 설계 자료의 정리를 포함한다. 평가자에게 제출될 결과물의 범위와 상세를 정할 때 가능한 완벽하게 자료를 준비하는 것이 다양한 참여자들의 요구를 만족시키는데 도움이 되고 설계 팀이 같은 일을 여러 번 반복하지 않게 해 줄 것이다.

열 번째 장은 마지막 단계에서 실시되는 프로젝트 평가에 관한 내용을 다루고 있다. 평가가 필요한 이유, 평가자의 자질, 평가 절차, 검토 범위, 분쟁 해결, 평가 후에 발생하는 수정에 관하여 기술하고 있다.

▣ 원문제목 : Road Guidelines for Performance-Based Seismic Design of Tall Buildings

▣ 원문의 주요목차*******************************************************************

1. 서론

2. 설계성능 목표

3. 설계과정 개요

4. 설계기준 기술

5. 지진하중

6. 초기설계

7. 사용레벨

8. 최대예상지진 산정

9. 결과 보고

10. 프로젝트 평가