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2 단계 건설중인 탑승동 A 중심으로인천국제공항 시설물 내진 대책

2006. 8

인천국제공항공사

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목 차1. 2 단계 건설사업 현황

2. 탑승동 A 개 요

3. 횡 하중에 대한 검토

4. 횡 방향 하중에 대한 골조 SYSTEM 검토

5. 횡 하중 지지형식과 연계된 탑승동 A Expansion Joint 설치계획

6. 신축이음 검토 및 지진하중 E.J. 검토

7. 운영중인 시설물에 대한 내진대책

3

22 단계 건설사업현황단계 건설사업현황

주요시설 배치도

2nd Phase2nd Phase 1st Phase 남측방조제

남측방조제

북측방조제

공항신도시

관제탑

여객터미널여객터미널

교통센터

국제업무지역 II

국제업무지역 I

화물터미널

제 1 활주로제 2 활주로

제 3 활주로자유무역지

역

I.A.TI.A.T

인천공항철도

동측지원시설

급유시설정비고

북측배수갑문

소방훈련장 인천공항고속도로

탑승동 A

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4

사업기간 : 2002 ∼ 2008 년 (7 년 )

총 사업비 : 4 조 7,032 억원 (‘05.9.28 기본계획변경 4 조 5,535 억원 )

주요 사업내용

1단계 규모구 분 2단계 규모

11,724천㎡ (355만평 )부지조성 9,568천㎡ (290만평 )

2본 (3,750m×60m)활 주 로 1본 (4,000m×60m)

1,267천㎡ (38만평 )여객계류장 1,170천㎡ (35만평 )

-탑 승 동 1동 (166천㎡ , 5만평 )

129천㎡ (4만평 )화물터미널 129천㎡ (4만평 )

422천㎡ (12.8만평 )화물계류장 307천㎡ (9만평 )

22 단계 건설사업현황단계 건설사업현황

2 단계 건설계획

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5

탑승동탑승동 A A 개 요개 요22

1.1 1.1 건물개요건물개요 용 도 : 업무시설 규 모 : 지하 2 층 , 지상 5 층 구조형식 : 지상층 – 철골구조 , 지하층 – 철골구조 / 철근콘크리트 구조 기초형식 : PILE 기초 면 적 : 건축면적 - 57,541.09 ㎡ / 연 면 적 – 165,531.98 ㎡

1.2 1.2 참고문헌 및 규준참고문헌 및 규준 건축법 및 동법 시행령 제 32 조 ( 구조안전의 확인 ) 건축물의 구조 기준 등에 관한 규칙 제 14 조 ( 지진하중 ) 콘크리트 구조설계 기준 ( 건교부 , 2003) 대한건축학회 강구조 계산 규준 ( 대한건축학회 , 1983) 철골 · 철근콘크리트구조 및 해설 ( 대한건축학회 , 2000) 건축 및 하중 규준 및 해설 ( 대한건축학회 , 2000)

1.3 1.3 사용재료 강도사용재료 강도 콘크리트 : 흙과 접하는 부위 구조체 – fck = 300 ㎏ f/ ㎠

일반구조체 - fck = 240 ㎏ f/ ㎠ 철 골 : SM490A (t ≤ 40 ㎜ )

SM490A TMCP (t ＞ 40 ㎜ )SS400

철 근 : SD40 (fy = 4,000 ㎏ f/ ㎠ )

6

횡 하중에 대한 검토횡 하중에 대한 검토33

2.1 2.1 풍하중풍하중1 단계 및 2 단계 설계 시 풍동실험을 실시하였으며 , 그 결과와 국내 규준을 비교하여 불리한 쪽을 기준으로 설계에 적용하여 풍하중에 대한 건물의 구조적 안정성을 확보하도록 설계함 .

1 단계 설계 2 단계 설계 ■ 풍하중 P = 1.2 x Q x C x A ( 해안임을 감안하여 20% 할증 )■ 지역 : 인천■ 설계 기본풍속 : 40m/sec■ 노풍도 : C■ 설계속도압 (Q) : 50m- 190 x 1.2 =228kgf/ ㎡ 40m- 180 x 1.2 =216kgf/ ㎡ 30m- 170 x 1.2 =204kgf/ ㎡ 20m- 160 x 1.2 =192kgf/ ㎡ 10m- 150 x 1.2 =180kgf/ ㎡ 0m- 140 x 1.2 =168kgf/ ㎡

■ 풍하중 Wf =pf x A■ 지역 : 인천■ pf = qz x Gf x Cpe1 - qh x Gf x Cpe2■ qz = 1/2 x ρ x Vz2

■ Vz = Vo x Kzr x Kzt x Iw■ 기본 풍속 (Vo) = 30 m/sec■ 노풍도 = D■ 고도 분포 계수 (Kzr) = 0.97 x Zα

■ 풍속할증계수 (Kzt) = 1.0■ 중요도 계수 (Iw) = 1.0■ 가스트영향계수 (Gf) = 1.8

풍하중은 여객터미널의 형태상 풍동실험을 실시하여 , 그결과와 국내 규준을 비교 하여 불리한 쪽을 기준으로 설계에 적용함 .

풍하중은 탑승동 A 의 형태상 풍동실험을

실시하고 , 그결과와 국내 규준을 비교 하여 불리한 쪽을 기준으로 설계에 적용함 .

2 단계 설계 시 적용된 규준은 2000 년 개정된 국내규준 ( 건축물 하중규준 및 해설 , 2000, 대한건축학회 ) 에 의해 설계됨 .

7

33 횡 하중에 대한 검토횡 하중에 대한 검토

2.2 2.2 지진하중지진하중1 단계 설계 시 여객터미널의 지진하중은 등가정적해석을 기본으로 구조적 안정성을 확보하였으나 2 단계 탑승동 A 설계 시에는 2000 년 개정된 국내규준 ( 건축물 하중 규준 및 해설 , 2000, 대한건축학회 ) 을 적용한 동적해석을 수행 , 좀더 정밀한 지진 평가를 통해 건물의 구조적 안정성을 확보하도록 설계함 .

1 단계 설계 2 단계 설계 ■ 밑면전단력 : V = (A x I x C x S) x W / R■ 지역 : 인천■ 지역계수 (A) : 0.12 ( 지진구역 2)■ 중요도 계수 (I) : 1.5■ 건물의 기본진동주기 (T) : 0.085 x Hn3/4

■ 동적계수 (C) : 1 / (1.2 xT1/2)■ 지반계수 (S) : 1.5■ 반응수정게수 (R) : 6.0 ( 모멘트연성골조 )

■ 밑면전단력 : V = (A x Ie x C ) x W / R■ 지역 : 인천■ 지역계수 (A) : 0.11 ( 지진구역Ⅰ )■ 중요도 계수 (I) : 1.2■ 건물의 기본진동주기 (T) : 0.0853 x Hn3/4

■ 동적계수 (C) : S / (1.2 xT1/2) ≤ 1.75■ 지반계수 (S) : 2.0■ 반응수정계수 (R) : 4.5 ( 보통 모멘트 골조 )

등가정적해석을 수행하여 지진하중에 대한 안정성을 확보함 .

동적해석법을 수행 . 지반조사 보고서 시 산정된 지진하중의

계수값 적용 . 지진하중 산정시 벽체 및 각종 설비의 하중과

활하중을 포함 설계함 .

8

횡 방향 하중횡 방향 하중 (( 풍하중풍하중 , , 지진하중지진하중 )) 에 대한 골조 에 대한 골조 SYSTEM SYSTEM 검토검토

44

3.1 3.1 횡하중 저항 구조 형식횡하중 저항 구조 형식

1 단계 설계 시에는 풍하중에 의한 정적해석과 , 지진력을 정적인 횡력으로

평가하는 “등가정적 해석”을 기본으로 적용 설계하였으나 , 2 단계에서는 “ 2000 년

건축물하중기준 및 해설”을 참조하여 풍하중에 의한 정적인 해석과 , 지진하중에

대해 보다 정확한 해석결과를 위해 각각의 모드별로 설계용 반응스펙트럼을 이용한

동적해석을 수행하여 안전성을 확보하였음 .

X 방향은 외주부의 FRAME 을 모멘트골조로 이용하고 Y 방향은 외주부 및 지붕까지

연 속 되 는 기 둥 열 스 팬 에 대 해 모 멘 트 골 조 를 형 성 , 최 소 화 된 철 골 보 통

모멘트골조를 사용 ( 구조적 효율성의 극대화 ) 하여 횡력에 저항하며 , 지붕골조는

지붕층 바닥하부에 철골거더를 설치 하여 Vierendeel Truss 을 형성하여 횡력에

저항토록 하였음 .

9

횡 방향 하중횡 방향 하중 (( 풍하중풍하중 , , 지진하중지진하중 )) 에 대한 골조 에 대한 골조 SYSTEM SYSTEM 검토검토

44

X 방향으로 지진하중에 대한 층간변위비를 확보하기 위해 지붕까지 연속되는 기둥의

방향 및 강성을 결정하였고 , 국내 건축법규와 국내 적용 사례를 기초로 , E.J 부분

건물간 이격거리를 산정하였으며 , 강접된 모멘트골조의 기둥 및 보의 치수는

안정성을 확보할 수 있도록 설계됨 .

또한 Y 방향으로는 지진하중 및 풍하중에 대해 강성확보가 요구되었으며 강접된

모멘트 골조 와 중앙부에 설치된 가새구조를 고려한 기둥 및 보 치수 역시 안전성을

확보할 수 있도록 설계됨 .

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횡 방향 하중횡 방향 하중 (( 풍하중풍하중 , , 지진하중지진하중 )) 에 대한 골조 에 대한 골조 SYSTEM SYSTEM 검토검토

44

횡력저항 구조형식 개념도

20,000 88,500 289,90044,750 72,500 20,0004,250

72,50088,500 72,50072,500 72,500

[KEY PLAN]

[ 검토구간 횡단면도 ]

6000LEVEL 3

LEVEL 5

LEVEL 4

5750

12500

E.J.

Bracket

8,500 16,000 16,000 16,000 16,000 16,000 8,500 16,000 16,000 16,000 16,000

전체건물이 횡력에 저항할 때 주요 FRAME 을 분리하는 E.J. 개념을 도입한 구조설계가 진행됨 .

E.J. 개념을 도입함으로써 건물에 횡력 작용시 비틀림과 이로 인한 마감 손상등을 예방함 .

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횡하중 지지형식과 연계된 탑승동 횡하중 지지형식과 연계된 탑승동 A Expansion Joint A Expansion Joint 설치 계획설치 계획55

기 시공된 1 단계 여객터미널 본체와 고정탑승교의 연결은 E.J. 를 설치하여

분리되도록 구조계획 되었으나 ANTLER 와 고정 탑승교간의 횡거동의 차이 및

이음부에서 누수등의 문제점이 발생되고 있어 2 단계 설계시 탑승동 A 와

고정탑승교를 일체로 처리하여 개선 하였음 .

2 단계 시설인 탑승동 A 는 934.0m 의 길이를 가진 건물로서 지상층에는 온도 및

횡하중의 영향을 고려하여 81m~169m 의 간격으로 설계하였음 .

12

【 E.J. 설치 위치도】

16,00016,00016,00028,000

8,000

16,00016,000

8,500

16,000 16,000 16,00016,00016,000

8,500

16,000 16,000

8,500467,000

16,000 16,000 16,000 16,00016,00016,00016,000

8,500

16,000 16,00016,000

8,500

16,000 12,800

934,000

7,700

12,800 16,000 7,70016,000 16,00016,000 16,000 16,0008,000

E.JE.J

72,50044,25028,000 72,500 88,500 68,30081,000 68,700 72,000

16,00016,00016,00016,000

8,500

16,000 16,000 16,0008,50016,000 16,000

467,000

16,00016,00016,000

8,500

16,000 16,00016,000

8,500

16,000 28,00016,000

8,500

E.J E.J E.J

72,500 88,500 72,500 72,500

7,0

0015,0

008,0

00

7,0

00

8,0

0014,0

00

93,0

00

12,0

0014,0

008,0

00

28,0004,250

140.5 161.0 81.0 169.0 121.0 161.0 100.5

E.J

E. J. 설치개요 비 고

o W6~E6 을 기준으로 좌우 E.J.배치o E.J. 간격 81.0~169.0m 배치o 다소 불규칙한 E.J. 간격으로 구성o E.J. 6 개소 설치o 장스팬 구간에서 E.J. 설치로 E.J. 용 Double Col. 배치

횡하중 지지형식과 연계된 탑승동 횡하중 지지형식과 연계된 탑승동 A Expansion Joint A Expansion Joint 설치 계획설치 계획55

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신축이음 검토 및 지진하중 신축이음 검토 및 지진하중 E.J. E.J. 검토검토66

5.1 5.1 신축이음 신축이음 (Expansion Joint) (Expansion Joint) 검토검토 검토시 온도 팽창 수축에 대처하기 위해 중심간격 약 161m 정도의 단위모듈사이에

E.J. 를 계획하였다 . 이때 E.J. 크기는 풍하중과 지진하중에 대한 변위도 고려 하였으며 건물 사용중 온도 변화 (+30℃,-30℃ 고려 ) 에 의한 수축 , 팽창에 의한 콘크리트 균열과 철골 및 그 접합부의 온도 응력에 의한 결함 발생을 대비 하였음 .

신축 이음폭 = 온도 변화폭 x 강재의 선팽창 계수 x 건물의 길이 = 30 x 0.000012 x 16100 = 5.80 cm < 10 cm

5.2 5.2 지진하중에 의한 지진하중에 의한 E.J. E.J. 검토검토 신축이음을 설치하여 구조물을 서로 분리시킨상태에서 지진이 발생하면 건물은

수평방향으로 변위를 일으키며 이 때문에 충분한 건물간 이격거리를 확보해야 한다 .

국내 횡하중에 대한 이격치수 기준

dT=√(d12+d2

2) dT : 인접 건축물 사이의 최소 거리d1, d2 : 각 인접 건축물의 수평변위량

UBC 횡하중에 대한 이격치수 기준 (1 단계 설계 시 적용 )

WE = (δ1+ δ2) X 3 / 8 WE : 인접 건축물 사이의 최소 거리δ1, δ2 : 각 인접 건축물의 수평변위량

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활주로 및 Airside 지역 지진 계측 시추공 가속도계 3 개 및 8채널 24bit 지진기록계 설치 통합 지진 감시시스템을 이용한 모니터링 및 계측자료 저장

여객터미널 지진계측 지표형 가속도계 3 개 및 3채널 24bit 지진기록계 설치 변형계 및 변각계 등 8 종 241 개 계측기를 이용하여 통합계측관리 시스템 운영

관제탑 지진계측 19 층 및 21 층에 제진 장치의 제어에 사용되는 8 개의 가속도계 설치 지하 2 층 및 19 층에 지반 지진동 관측과 건물의 거동 계측을 위한 가속도계 5 개 설치

여객터미널 전면 고가교량 지진 계측 하중계 및 가속도계 등 7 종 40 개 계측기를 이용하여 고가교량 주요 구조에 대한 거동 특성을 모니터링하여 상시 안정성 확보 및 유지보수 자료로 활용

운영중인 시설물에 대한 내진대책운영중인 시설물에 대한 내진대책77