Piled Raft 기초(2003.11)

[바니디자인]

주식회사 구마가이구미는 Piled Raft 기초를 합리적인 건물 기초 형식으로 제안하기 위해 지반 침하량을 고려한 실용적인

기초 설계 기술(해석 법)을 개발하고, 실용화했다.

1. 배경 종래 건물의 기초 설계는 침하에 대해 특별한 배려를 하지 않아도 될 만큼 강한 지반에 지지하는 것을 전제로 해 왔다. 그 결과 일반적으로는 지반 조건이 좋은 경우에는 직접 기초, 지반 조건이 나쁜 경우에는 말뚝 기초가 사용되어 왔다. 하지만 지지 말뚝 기초의 경우 강한 지지 지반이 깊이 있는 경우에는 말뚝 길이가 길어지고 건물 규모가 작은 경우에는 비경제적이다. 효고현 남부 지진으로 긴 말뚝의 피해 등이 발생하면서 지지 말뚝 기초 일변도의 설계에 대한 재평가가 행해져 왔다. 이러한 지지 말뚝 기초를 대신한 합리적인 기초 형식으로서 Piled Raft 기초가 새로운 기초 형식으로서 착안됐다. 지난 10월에 개정된 일본 건축 학회 ‘건축 기초 구조 설계 지침’서 Piled Raft 기초가 새로운 기초 형식으로서 추가됐다. 사양 설계에서 성능 설계로 이전되고 있어서 지반 및 건물(기초)의 변형을 정확하게 평가하고 설계하는 것이 요구되고 있다． 이와 같은 환경 가운데에서 구마가이구미는 Piled Raft 기초를 합리적인 건물 기초 형식으로 제안하기 위해 지반 침하량을 고려한 실용적인 기초 설계 기술(해석법)을 개발하고 실제로 적용했다. (*) Piled Raft기초란 직접 기초(Raft)와 파일의 양자의 지지력을 고려한 기초 형식이다. 건축기준법에 부응하기 위해 설계에 있어 건물 하중은 직접 기초에서 부담하고 침하량·부동 침하량을 상부 구조의 허용치 이내에서 제어하는 목적으로 말뚝(주로 마찰 말뚝)을 병용해 사용하고 있다．

2. Piled Raft 기초 해석법의 특징 Piled Raft 기초는 건물 하중에 대해 직접 기초 지지력과 말뚝 기초 지지력을 고려하기 때문에 건물 하중에 대한 침하 거동은 종래의 직접 기초 또는 말뚝 기초와 비교해 상당히 복잡하게 된다. 이러한 침하 거동을 정밀하게 예측하기 위해 하이브리드 법이라고 불리는 방법이 이용되어, 직접 기초, 말뚝 기초 및 지반간의 상호 작용을 고려한 해석이 이뤄진다. 이미 개발한 해석법을 이용해 개별적인 말뚝의 하중 변위 예측을 하고 기초 전체의 하중 변위를 정밀하게 예측할 수 있기 때문에 기초의 부동 침하량을 제어할 수 있다. 이 밖에 이 해석법의 특징은 다음과 같다． · 기초 전체를 모델화하고 있기 때문에 기초 전체의 침하량 분포·부동 침하량 분포를 구할 수 있다． · 지반은 실정을 고려해 다층 지반으로 구성될 수 있다． · 지반의 비선형성을 고려할 수 있다． · 지반 침하량의 종류로 즉시 침하와 압밀 침하를 고려 할 수 있다． · 압밀층을 간략하게 모델화함으로써 압밀 침하량의 시간 변화를 간편하게 예측할 수 있다． · 말뚝 기초에는 마찰 말뚝과 지지 말뚝 양쪽의 말뚝을 다룰 수 있다． · 직접 기초에는 독립 기초 등 각종의 직접 기초 형식에 대응할 수 있고 기초 교각 등 상부 구조의 강성을 고려하는 것도 가능하다． · 기초 교각, 기초 슬라브의 굽힘 모멘트 및 전단력의 평가를 할 수 있다．

3. 적용 예 이 회사는 이번에 개발한 Piled Raft 기초의 해석법을 이용해 야마가타 남쇼핑 센터 등 ３건의 공사에 적용했다． 이 중 야마가타 남쇼핑센터에서는 건물 하중은 직접 기초(기초 슬래브 바닥면은 표층 지반 개량)로 부담하고 침하량을 제한하기 위해 PHC말뚝(기성 콘크리트 말뚝)이 함께 사용됐다. 말뚝은 건물 하중을 고려해 기둥 위치, 기초 말뚝 및 기초 슬래브 중앙에 균형 있게 배치됐으며, 부동 침하량이 허용치（균등 분배하여 1/1,000 정도） 이하가 되도록 했다. 이와 같은 기초 형식에 의해 종래의 지지 말뚝 기초와 비교해 말뚝의 수는 증가하지만 말뚝 길이는 약 절반으로 줄고 말뚝 공사의 공사 기간은 약 반으로 줄어들었다. 이로써 기초 부분의 합리화가 이뤄질 수 있다.

4. 금후의 예정 이 회사는 현재 해석법 예측 정밀도의 향상 등을 목적으로 야마가타 남쇼핑센터를 시작으로 여러 건의 건물에 대해 침하 등 데이터를 계측하고 있다. 이러한 중에 Piled Raft 기초에 이 해석법을 적용한 마찰 말뚝 기초, 직접 기초도 포함하고 있다． 이 회사는 앞으로 이러한 계측 데이터의 수집·분석 등을 통해 건물의 용도·구조·규모, 지반의 특성에 따른 건물의 최적 설계 방법을 확립할 예정이다. 또한 이 회사는 지진 시에 있어서 Piled Raft 기초의 해석법을 개발할 예정이다. -