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건축전기설비의 내진설계, 시공 매뉴얼
2007년 1월 2일 (화) 23:39:00 |   지면 발행 ( 2006년 12월호 - 전체 보기 )

건축전기설비의 내진설계·시공 매뉴얼은 건축전기설비의 내진방법을 정리한 것으로 전기설비 설계자 및 시공자에게 넓게 활용되고 있다. 이 글은 일본의 사단법인 전기설비학회 기술부의 우치노 히로미치 씨가 매뉴얼의 기본방식에 대해 소개한 내용이다.본 매뉴얼의 배경1981년 건축기준법 개정으로 건축설비 등의 내진대책이 규정된 것을 이어 그 구체적인 운용으로 (재)일본건축센터에서 ‘건축설비내진설계·시공지침(1982년판)’이 발행됐다. 본 매뉴얼초판은 이 건축설비내진설계·시공지침(1982년판) 내용에 기초해 건축전기설비의 내진대책에 필요한 부분을 추출함과 동시에 건축전기설비에서 구체적인 설계방법과 시공방법을 가미해서 1983년에 발행됐다.그 후 관동대지진에 버금가는 피해를 가져온 1995년 효고현 남부 앞바다지진이 발생했다.이 지진에 의한 전기설비의 피해상황은 ‘효고현 남부 지진전기설비피해조사보고서(1995년, 사단법인전기설비학회)’로 정리되었다.다시 이 학회에서는 피해상황을 기초로 ‘전기설비 내진설계 시공지침 검토보고서’를 정리해 공표했다.이 성과를 기본으로 건축설비 내진설계·시공지침이 1997년 대폭 개정됨과 함께 본 매뉴얼도 1999년에 개정돼, 신판이 정리됐다.이 개정에서 가장 큰 사항은 효고현 남부 앞바다지진의 피해경험에서 설계용 표준진도에 따른 높은 레벨의 내진 등급 S를 추가한 것과 전기배선 등의 내진지지에도 SA종 내진지지를 추가한 것이다.전기설비 내진에 관한 기본적인 기준본 매뉴얼에서 전기설비의 내진에 대해 기본적인 기준을 다음에 나타낸다.1. 이동·전도·낙하의 방지지진시에 이동·전도·추락 없이 기기가 손상되지 않도록 시공하는 것이 본 매뉴얼 내진의 기본적인 스탠스이다. 따라서 지진후에 건축전기설비의 복구에 관련된 노력 및 시간이 적으므로 신속한 운용재개가 가능하다.그러나 지진중 설비의 기능유지에 대해서는 대상으로 하지 않기 때문에 전원의 공급정지에 따른 리스크가 큰 설비에 대해서는 건물 오너와 설계자와의 사이에 협의를 하는 등의 그 비용대효과를 감안해 그 필요성을 판단한 뒤에 해당 리스크에 대한 조치를 취해야 한다.2. 경량의 기기(100kg이하)는 대상 외지진시에 기기에 관한 에너지는 ‘해당기기의 질량×지진에 따른 가속도’에 따라 결정되기 때문에 자동화재알림기, 일반조명기구 등의 경량의 것은 에너지가 크게 미치지 않는다.따라서 본 매뉴얼에서 경량의 기기는 그 설치를 기기 메이커가 지정하는 방법으로 확실히 하는 것 및 기기의 지승부(기기가 지시하는 바닥의 마무리 부분 등)가 지진에 의해 생기는 힘에 충분히 견딜 수 있도록 시공되는 것을 전제로 원칙적으로 대상외로 하고 있다.또한 중앙감시설비를 시작으로 건물내에는 정보계기기가 무수히 설치되어 있고, 지진으로 이 설비가 기능이 손실된 경우의 피해는 큰 것부터 이 지지·고정에 대해서는 본 매뉴얼에 언급하고 있다. 3. 내진 등급, 내진지지 선정본 매뉴얼에서 내진 등급의 선정방법은 명기하고 있지 않다.본 매뉴얼에 대한 질문 가운데 선정방법에 대한 문의가 가장 많지만 이것은 일률적으로 말할 수 있는 것은 아니고 건물 및 설비의 중요도, 건물의 운용방법, 비용대효과 등 다양한 면에서 검토한 뒤에 설계자가 판단하는 것이다.또한 그렇다 해도 실제로는 꽤 어려워서 본 매뉴얼에 참고로 내진 등급 선정의 한 방법으로 ‘관청시설의 종합내진계획 기본 및 해설(1996년판)’의 4.4.2항을 게재하고 있다.기기의 내진실제 기기의 내진장치는 지진에 의해 그 기기에 미치는 힘을 상정하고 그에 걸맞는 내진지지·고정을 시행하는 것으로 한다.다음으로 그 기본방식을 나타낸다.1. 기기에 관한 지진력기기를 단순한 직방체로 보고 지진에 의해 이 중심에 미치는 힘은 다음 식으로 나타낸다.기기의 설계용 수평지진력 FH=KH·W=KH·M·G기기의 설계용 수직지진력FV=(1/2)FH여기서 KH : 설계용 수평진도 W : 기기의 중량(N) M : 기기의 질량(kg) G : 중력가속도=9.9(m/sec2)이 때 KH는 다음과 같이 구한다.설계용 수평진도 KH=Z×KS여기서 Z : 지역계수 (통상은 1.0이라고 한다.) KS : 설계용표준진도KS를 구하는 방법은 해당 건물의 동적 해석이 행해지면 그 값을 이용하는 것으로 그렇지 않은 경우 <표 1>에 나타나는 값에서 기기의 설치장소와 그 중요도를 고려해 지진력을 상정할 필요가 있다(전 단락의 3항 참조).또한 본 매뉴얼에서 지진에 의한 건물거동으로 기기에 작용하는 지진력의 기본방식에 대해서는 전기설비학회지 VOL.26 No.4에 기재된 ‘건축전기설비내진설계·시공지침과 건축전기설비의 내진설계·시공 매뉴얼의 기본방식’을 참조하기 바란다.2. 설계·시공기기의 이동·전도·낙하 방지의 관점에서 기기를 고정하기 위한 기초 및 그 기초에 기기를 고정하기 위한 앵커볼트 같은 고정용 치구의 선정이 큰 포인트가 된다.여기서는 지면의 상황으로 앵커볼트 선정 및 그 시공에 관한 개요를 나열한다.1항의 계산으로 기기에 관련된 지진력이 확인됐지만 이것을 지시한 것이 <그림 1>이다. 기기의 중심에 대해 지진력에 따른 FH 및 FV가 관련있다.여기서 수직방향에는 기기중량 W와 FV가 관련있지만, FV는 지진동에 의한 힘에서 플러스 마이너스 즉 상하방향으로 변화하는 값이다. 기본적으로는 <그림 1>에 나타난 것 같이 이것이 상쇄한 하향의 힘(W-FV)이 관련된 것으로 간주해 계산하지만 이 값이 0 이하일 경우는 기기에 떠오르는 방향으로 힘이 미치기 때문에 앵커볼트에 빼내는 힘이 크게 미치게 된다.이 힘이 기기의 중심에 각각의 앵커볼트에 미치는 빼내는 힘 및 전단력을 계산해서 그 횟수 및 굵기를 선정하는 것이 된다.또한 기본적인 설계 방식은 이상이지만 과거 사고예를 보면 그 원인이 앵커볼트의 시공불량에 의한 것이 많은 것을 알았다.따라서 확실한 앵커볼트의 시공은 기기의 이동·전도·낙하에 따른 손상방지에 크게 기여하고 있다.특히 남은 시공 앵커볼트에 대해서는 현재 (사)일본건축과 시공앵커 협회에서 앵커볼트의 시공지침, 시공기술자 인정 및 제품인증제도 같은 활동을 하고 있기 때문에 이것을 참조하길 바란다.추기 : 설계용 표준진도라는 것은 내진설계에서 지진력 입력의 크기를 나타내는 것이고, 과거에 설계된 건축설비가 대지진을 경험한 경과를 딛고 실무적으로 표준으로 이용하는 값이다. 또한 설계용 표준진도와 내진 등급은 기상청 진도계급 (해당장소에서 지진에 의한 흔들림의 크기를 나타내는 것으로 뉴스에서 일반적으로 ‘진도’로 불리는 것은 이것이다.)과는 대응하고 있지 않다.전기배선의 내진전기배선 등(배선관과 케이블랙)의 내진지지도 기기와 같이 지진에 의해 그 전기배선에 미치는 힘을 상정하고 그에 맞는 내진지지·고정을 시행하는 것으로 행해진다.또한 기본적으로는 종전기배선과 횡인전기배선으로 나눠 내진지지를 생각할 필요가 있다. 여기서 첫째 배관은 표준지지점간(예를 들면 각계)마다 자중지지를 행함에 따라 과대한 변형은 억제되고 내진지지가 되고 있는 것으로 간주할 수 있기 때문에 여기서는 할애하여, 횡인전기배선 등에 대해서만 그 기본방식을 나타낸다.1. 전기배선에 관련된 지진력전기배선은 긴 거리에 걸쳐 시설되어 있어 지진시에도 변형·이동하기 쉽다. 따라서 앞서말한 기기 같이 강체와는 다른 생각을 적용할 필요가 있다.횡인전기배선에 대해서는 원칙 2m 간격으로 시설된 자중지지와 관련해 12m 간격으로 내진지지를 행하게 된다(참고로 공공건축공사 공통사양서에는 자중지지간격 1.5m, 내진지지간격 8m로 생각하고 있다.).이때 자중지지는 통상 상태로는 2m분의 중량을 지지하는 것으로 지진에 의해 전기배선이 흔들렸을 때는 완전히 그 하중을 받치는 역할을 다하지 않는 것으로 간주하고 있다.따라서 지진이 발생한 경우 자중지지를 무시하고 내진지지만으로 12m분의 동적인 하중을 담보해야한다.이 때 내진지지에는 다음의 3종류가 있고 이 적용은 <표 2>에 따른다.① B종 내진지지 : 기본적으로 자중지지부재에 옆으로 흔들림을 방지하기 위한 사재(b재)를 추가한 것.② A종 내진지지 : 지진동에 따른 배선에 덧붙인 하중에 견디는 강재를 구성. 배관중량의 0.6배의 수평하중에 견디도록 설계했다.③ SA종 내진지지 : 지진동에 의해 배선에 덧붙인 하중에 견디는 강재를 구성. 배관중량의 1.0배의 수형하중에 견디도록 설계했다.여기서 SA종 내진지지는 배관중량의 1.0배, A종 내진지지는 0.6배로 하는 것은 지진에 의한 동적인 하중으로 전기배선이 변위하기 위해 외관의 중량이 적어지기 때문이다.참고로 ‘내진 등급 A=A종 내진지지’로 생각하는 사람도 많지만 이것은 관련된 것은 아니다.2. 설계·시공전술의 생각에 기초해 횡인전기배선의 긴 방향에 대한 가로방향에 미치는 힘은 구하고, <그림 2>에 나타나는 각내진지지재(a재, b재, c재)에 관련된 힘을 계산하고, 그 힘에 견디는 강재를 선택해야한다.

이 구조계산에 대해서는 (재)일본건축센터 발생의 건축설비내진설계·시공지침의 2005년판의 부록의 5.11항에 나타낸다.그러나 번잡한 계산이 필요하고 전기설비기술자에게는 익숙해하지 않기 때문에 본 매뉴얼에는 배관중량과 부재 길이 등으로 간단히 내진지지부재를 선정할 수 있도록 부재선정표가 첨부되고 이 표를 이용해 각부의 수치 등 여러 조건을 근거로 적절한 내진지지부재의 선정이 가능하게 된다.부재선정표의 예로 <표 3>에 3종 내진지지, 및 자중지지의 표를 나타낸다.결론 이상 본 매뉴얼에 따른 건축전기설비의 내진설계·시공의 개략을 설명했다.전기설비의 내진대책을 행함에 있어 본 매뉴얼에 따른 기본설계, 실시설계를 행하는 것에 맞춰 그 효과를 충분히 발휘할 수 있게 확실한 시공을 행하는 것이 중요하다

<Energy News>

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