교량계획 및 설계절차

[장과장]

1. 교량의 설계절차

■1. 타당성 조사

1) 정의

가교지점, 교장, 형하공간 및 구조형식을 결정하기 위한 조사

2) 내용

지형, 지질, 교차로, 지하매설물, 하천, 바다, 토질, 지진, 기상, 교량부속물, 부식, 재료, 시공성의 조사

■2. 기 본 설 계

1) 정의

비교대상의 여러 형식의 일반도 작성 및 형식비교에 필요한 자료 작성

중요하지 않은 세부설계를 생략한 설계

2) 내용

확인조사 및 여건변동조사

비교안작성 : 종단면도, 평면도, 토질주상도, 각 형식의 장단점 기술, 개략공사비 및 물량산출

교량형식의 검토자료 작성 : 주요단면의 크기결정, 주요단면의 응력 개략 산출, 철근 또는 PS강재 배치 검토, 말뚝개수 산정

■3. 실 시 설 계

1) 정의

구조물을 정확히 시공하는데 필요한 모든 것을 작성하는 설계

2) 내용

교량 상세도면의 작성. 공사시방서 작성. 물량 및 공사비 산출

2. 교량계획의 기본사항

1. 가설위치와 노선선형

교량구조물이 도로전체에서 차지하는 공사비 및 공정상의 영향이 크므로 노선선정시에는 교량의 설계, 시공 및 경제성등을 고려하여 유리한 선형을 선택해야 한다.

2. 외적 제조건

교량계획을 하는데 있어서 외적조건이란 교장, 지간, 교대와 교각의 위치, 방향, 형하고 및 기초의 근입심등과 같이 외부적 요인에 의해 결정되는 것을 말하며 지형, 지질상태, 도로관리자의 의견에 영향을 받는 요소이므로 사전에 충분한 기초지질조사를 수행해야 한다.

3. 안전성과 경제성

교량형식은 교량경제 개념에 의하여 선정되어야 한다. 즉, 구조적, 기능적, 기타 교량가설 위치에서의 제 요구사항을 경제적으로 만족하는 지간분할과 교량형식을 선정해야 한다.

4. 시공성과 유지관리

공사비가 비슷한 경우에는 시공성과 유지관리가 용이한 교량형식을 선정하는 것이 유리하다.

5. 표준화

교량의 계획단계에서는 상하부 및 부대시설에 따라 각각 독립적으로 최적의 형식 및 교장등이 결정되는데 계획의 최종 단계에서는 노선상의 전교량을 검토하여 어느 정도는 통일을 도모하는 것이 좋다.

표준화는 설계의 획일화, 조사의 간소화, 시공능률 향상등을 기할 수 있다.

6. 주행 안정성과 쾌적성

안정성과 쾌적성을 위해 노선의 선형이외에 노면상에 설치되는 신축이음 장치등에 대한 충분한 검토를 요한다.

7. 미관

교량형식을 결정하는데 있어서는 경제성 뿐만아니라 주변지형과의 조화등 미적요소를 고려해야한다.

3. 교량의 조사

1. 개 요

교량의 계획, 설계, 시공시 잘못된 조사에 의해 공기 및 공사비등에 차질을 가져오는 경우가 종종 있으므로 사전조사가 절대적으로 중요하다. 조사의 기본방침으로는 합리적이며 경제적인 계획, 설계, 시공을 하기 위하여 필요한 조건을 명확히 하는 것으로 구조물의 규모, 중요성 및 가설지점의 상황 등을 충분히 고려하여야 한다.

2. 조사목적 및 조사내용

1) 조사의 목적

교량을 건설하는데 있어 도중에 큰 변경없이 합리적이고 경제적인 계획, 설계, 시공을 수행하기 위하여, 구조물의 규모, 중요성 및 교량 설치지점의 상황등을 정확하게 판단하게 하는데 그 목적이 있음.

2) 조사의 단계

① 계획단계 -- 가교지점, 교장, 형하공간과 구조형식 결정을 위해 필요한조사.

교량의 형식비교와 계획설계, 개략적인 공사비산정, 공기예측과 공사방법 검토

==> 지형조사, 기상조사, 지질토질조사, 기존자료조사등

② 설계단계 -- 계획조사의 결과를 바탕으로 결정된 조건아래서 공사 발주에 필요한 교량의 설계도를 작성하기 위한 조사

교량의 기초공, 하부공 및 상부공의 상세 설계시행, 공비 및 공기 산정

==> 지질토질조사, 시험조사

③ 시공단계 -- 상세 설계된 결과를 가지고 시공에 앞서 행하는 조사.

==> 시공조건조사, 시공시 주변환경 영향조사

3) 조사내용

① 하부구조 조사 -- 예비조사 ==> 문헌조사, 기존자료조사, 간이 측량, 현지답사등

본조사 ==> 지형조사, 지반조사(지질토질 조사, 지하수조사), 하천조사, 시공조건의조사(기상조사, 주변환경조사, 작업환경조사)

② 상부구조 조사 -- 지형조사, 교차도로조사, 하천조사, 기상조사, 교량의 첨가물조사, 부식조사, 재료조사, 시공조사, 신공법조사등

4. 교량의 설계과정

■1. 계획조사

가교지점, 교장, 교폭, 형하공간, 구조형식등을 결정하기 위한 조사로서 다음과 같은 사항에 대한 조사를 실시한다.

1) 지형조사 : 지형도 작성

2) 기상조사 : 기온, 습도, 강우량, 적설량, 풍향, 풍속, 지진등에 대한 조사

3) 하천조사 : 이수상황 조사, 유속, 유량, 하천구배, 연간 수위변화

4) 지질 및 토질 조사

5) 교통량 조사

6) 상위 계획 및 연관개발 계획 조사

■2. 계획설계

계획조사 결과를 이용하여 교량 설치 위치와 교폭을 결정한 후 적용 가능한 여러 구조형식을 선정하여 이들 구조형식의 비교에 필요한 자료를 작성하는 단계

■3. 기본설계

계획설계시 작성된 자료를 이용하여 안전성, 사용성, 경제성, 미관등을 고려한 최적안을 결정하고 이에 대한 경간장, 주요부재 단면 및 시공법과 사용재료 등을 결정한다.

■4. 설계조사

기본설계 결과에 따라 결정된 구조형식에 따라 상세 설계를 할 수 있는 제반 설계자료를 조사하는 단계로 그 내용은 다음과 같다.

1) 지질 및 토질조사 : 토질 성층 상태의 파악과 지지층 결정 및 기초 형식의 결정에 필요한 제반조사, 보오링, 샘플링, 원위치 시험, 토질시험, 재하시험, 물리탐사, 표준관입시험 등

2) 골재원 조사

3) 지장물 조사 및 용지조사

4) 시방서의 각종 설계 규정에 대한 검토

■5. 상세설계

구조물을 정확하게 시공하는 데 필요한 모든 것을 작성하는 설계로서 다음과 같은 사항들이 작성되어야 한다.

1) 설계도면 2) 구조계산서 3) 수량산출서 4) 단가산출서 및 내역서 5) 특별 및 일반 시방서 6) 용지 조서 및 지장물 조서

※설계도에 기재할 사항 : 교량의 보수보강 및 기타의 유지관리, 차후 이용의 편의를 위해 최소한도로 필요한 기재사항 1) 노선명 및 가교 위치 2) 교량명 3) 책임기술자, 참여기술자 4) 설계 년월일 5) 주된 설계조건 6) 설계등급 및 내진등급

5. 교량 계획시 상부, 하부 및 기초형식 선정시 고려사항

■1. 기본사항

교량계획은 다음 제반사항을 고려하여 결정한다.

▪가설위치와 노선선형

▪외적 제반 조건

▪구조적안전성과 경제성

▪시공성과 유지관리

▪표준화 및 미관

▪주행 안정성과 쾌적성

▪지역주민의 의견

■2. 교량형식 선정

교량형식을 선정하기 위한 기본방향은 시방서 및 제기준 범위내에서 건설경비가 최소가 되도록 하는 것이다. 따라서 가능한 상부구조는 연속구조로 하고 다음사항을 고려하여 결정한다.

▪설계, 시공 및 경제적으로 유리한 선형에 적합한 형식

▪교장, 지간, 교대, 교각의 위치와 방향, 교량 하부공간 등에 적합한 형식

▪구조상 안전해야 함은 물론 상하부공을 합쳐 경제적인 형식

▪공사비가 같은 경우에는 시공성과 교형미, 경관설계상 유리한 형식

■3. 교량 경간분할

교량의 형식별로 표준적용지간, 거더높이비는 다음사항을 고려하여 결정한다.

1) 미관을 고려한 경간분할

▪연속교는 중앙경간을 측경간보다 크게 분할하여 안정감을 크게함

▪3경간의 경우 경간의 개략적인 비율이 3:5:3, 4경간의 경우 3:4:4:3 이 많이 채택됨.

▪교장이 길고 지형이 평탄할 때는 등경간이 좋음

▪접속교량과의 연결은 경간이 점점 변하여 조화되도록 분할

2) 치수상의 경간분할

▪유속이 급변하거나 하상이 급변하는 곳에서는 교각을 두지 않음.

▪저수로 지역에서는 경간을 크게 분할

▪하천단면을 줄이지 않도록 하고 교각설치로 인한 수위상승과 배수를 검토

▪하천 협소부에서는 교각수를 줄임

▪유로가 일정하지 않은 하천에서는 가급적 장경간을 선택

▪동일하천에 교량이 평행할 때는 경간분할을 같게 하거나 하나씩 건너뛰는 형식

▪유목, 유빙이 많은 하천에서는 교각수를 줄이고 이들이 걸리지 않는 구조로 함.

3) 경제상의 경간분할

▪상부구조와 하부구조의 단위길이당 가설비가 같거나 상부구조의 공사비가 약간클 때 최적

▪기초지반이 불량할 때 장경간이 유리, 기초지반이 단단할 때는 단경간이 유리

▪하저지반이 불균일할 때는 각 구간별로 나누어 경제성을 검토한 후 경간을 분할 함.

■4. 상부구조의 형식 선정

상부구조 형식 선정시에는 경제성, 안전성, 시공성이 좋고 주변경관과 조화된 구조물이 되도록 다음 사항을 종합적으로 검토하여 결정한다.

1) 구조적 측면

▪교량가설의 최적위치 선정

▪교량의 외적 제요건 만족

▪구조상 안전성 및 경제성

▪시공의 확실성, 용이성 및 공기 고려

▪구조물의 표준화 도모

▪단순하고 저렴한 유지보수

2) 미적 측면

▪주변경관 및 구조물과의 조화

▪구조의 형식미 추구

3) 소음이나 진동 등의 환경조건이 문제가 되는 지역에서는 강교보다 철근콘크리트교나 P.S.C 교량이 많이 채택됨

■5. 하부구조의 형식 선정

하부구조 형식은 상부구조 형식의 특징, 상부공의 가설공법 등 상부구조계획과 서로 연관시켜 다음사항을 고려하여 결정한다.

▪구조적 안전성

▪경제성

▪시공의 안전성 및 간편성

▪교량미관 및 유지관리 측면에서 유리한 형식을 적용

■6. 기초의 형식 선정

기초형식은 기초지반의 지질조건, 수심, 상부구조의 형식 등과 아래사항을 고려하여 선정한다

▪하천의 제반여건

▪수상구간에서의 시공성

▪구조적인 안전성 확보

▪지진 및 온도변화에 의한 수평력의 저항

▪세굴의 영향

▪유수저항계수가 작은 단면 선택

▪측방유동에 대한 안전성 확보한 형식을 선택

6. 교량의 미학

(1) 교량의 미학이란

교량의 설계에서 미학 원리는 구조물에 대한 기술적 분야의 새로운 학문은 아니다. 그러나 미학은 예술의 고전적 종류인 창출활동에 일반적으로 속해 창조 구성의 한 부분이 된다. 과거 무계획적 다리 공사와 건축 양식에서 자연의 미와 웅장함이 교량 건설에 접목하여 예술적면을 살려 자연적인 미의 아름다움과의 조화를 항상 살려야 한다.

(2) 교량의 미적설계

교량미학에서는 교량미를 교량의 형태미와 구도의 두 구성요소에 유의하며 보는 시각에 따른 수평거리, 시거리, 시선 입사각, 양각과 부각 등을 잘 고려하여야 하고, 또 주변공간과의 조화도 잘 이룰 수 있도록 설계한다.

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■1. 개 요

최근 교량의 경관에 대한 관심이 국내외적으로 고조되고 있다. 교량은 공공 구조물로서 사용기간중에 기능의 적합성, 구조적 안정성, 공사비의 경제성 뿐만 아니라 보기에도 좋고 아름다운 다리를 창출하도록 모든 관계자들의 협동과 노력이 필요하다.

특히 경관설계에 관해서는 공식이나 프로그램이 있을 수 없으며 공학적 기능과 환경구성요소 등을 고려한 종합설계개념으로 설계하여야 한다.

■2. 경관설계시 고려사항

경관설계는 기능성 및 주변환경을 고려한 종합설계개념으로 설계하여야 하며 시각적 안정감과 아름다움을 주도록 예술적 관점에서도 설계되어야 한다. 그리고 주변 지형지물의 활용, 이미지 표출, 사용재료의 선택, 세부구조의 균형 및 통일성, 기하학적인 조화 및 교면시설 등에도 세심한 주의를 기울여야 하며 다음과 같은 사항에 대해서 검토되어야 한다.

1) 환경과의 조화

교량가설 지점의 환경 및 경관특성을 파악하여 이와 조화되도록 하며 여기에는 강조법, 소거법, 융화법이 있다.

2) 교량 형식

교량은 구조형식에 따라 표출되는 이미지가 다르므로 지형조건 및 주변경관과의 분위기에 조화되도록 교량형식을 선택하여야 한다.

3) 경간장 및 경간수

지형조건에 따라 동일경간, 혹은 경간의 변화를 주는 것에 따라 이미지가 달라지고 경간수에 따라서도 느낌이 상이하므로 경간장 및 경간수를 적절히 선택하여야 한다.

4) 상부구조와 하부구조와의 조화

상부구조와 하부구조는 적정비율로서 조화되도록 하며 상부구조는 가급적 날씬하게 보이도록 하는 것이 좋다.

5) 부재의 선과 형상

부재의 외곽선이 직선 혹은 곡선에 따라 동적 변화감이 달라지며 부재의 형상은 수평, 수직인 것과 경사지게 함에 따라 안정감이 달라지므로 적절히 선택하여야 한다.(예 헌치, 형고의 변화 등)

6) 선형과의 조화

지형조건에 따라 교량상에 종곡선을 설치하는 것이 미관상 안정감이 있는 경우도 있다.

7) 재료선택에 따른 조화

교량가설지점이 도심지, 관광지 혹은 명승지에 따라 재료선택이 경관상 미치는 영향이 크다. 석재, 콘크리트, 강재 등 재질별로 느낌이 상이하므로 주변여건에 따라 적절히 선택하여야 한다.

8) 교면시설

난간, 가로등 등 교면시설도 주변경관과 조화되도록 적절히 선택되어야 한다.

■3. 결 론

교량은 약100년의 수명을 가지는 반영구적 구조물이므로 예술적 조형물로서 가설되어야 하며 자연환경과 조화 및 시각적 아름다움을 통하여 정서를 함양하고 도로교통의 안전성,쾌적성,기능성을 도모함과 동시에 후손에게 길이 물려줄 역사적 유산으로서의 가치를 충분히 인식하여 설계하여야 한다.

<< 교량계획의 접근방식 >>

■ 계획의 주안점

1) 기본설계의 문제점을 극복한 교량계획

2) 구조적, 시각적으로 안정감을 유도하는 교량계획

3) 유지관리의 효율성, 환경영향 최소화 등을 고려한 교량계획

4) 교량성능 및 사용성 증진을 위한 신기술 신공법의 효과적 적용

■ 계획의 흐름

1) 도로선형 및 주변현황 검토

- 관련계획 및 조사자료

- 노선 주변지형, 지질, 환경

- 도로/교통 현황 및 주거상태

- 절성토량 및 횡단경사

- 횡단도로 및 지장물

2) 기본설계 검토

- 교량 위치의 합리성

- 적정 경간장 및 연장

- 구조적안정성 및 미관

- 횡단도로 및 지장물 통과 방법

- 유지관리 효율성 및 주행성

3) 교량계획 기준 설정

- 상부 및 하부구조 형식의 연계성

- 사용성 및 기능성

- 유지관리 효율성 및 연계성

- 주변조화 및 환경 영향

4) 교량형식 대안설정

- 구조 계획

- 시공 계획

- 신기술 활용 계획

- 유지관리 계획

- 공정 및 공사비 계획

5) 최적안 도출

■ 교량형식 선정조건

1) 경제성

2) 내구성

3) 기능성

4) 시공성

5) 유지보수

6) 조형미

7) 기타(내진관련, 쾌적주행, 환경친화적)