기계설비 내진

이 기준은 건축물과 시설물(이하 건축물)에 설치된 기계설비의 내진성능 확보에 필요한 최소 설계요건을 규정한 것으로서, 지진 발생 시 기계설비의 파손 및 기능상실을 방지하여 2차 피해를 최소화하고 인명 안전을 확보하는 것을 목적으로 한다.

(1) 기계설비법 시행령 제2조에 해당하는 기계설비는 다음과 같다.

① 열원설비

KDS 31 70 20 기계설비 내진 ② 냉난방설비

③ 공기조화ㆍ공기청정ㆍ환기설비

④ 위생기구ㆍ급수ㆍ급탕ㆍ오배수ㆍ통기설비

⑤ 오수정화ㆍ물재이용설비

⑥ 우수배수설비

⑦ 보온설비

⑧ 덕트(duct)설비

⑨ 자동제어설비

⑩ 방음ㆍ방진ㆍ내진설비

⑪ 플랜트설비

⑫ 특수설비

(2) 이 기준은 상기 (1)에 해당하는 기계설비 중에서 KDS 41 17 00의 18.1에서 정의하는 기계 비구조요소에 해당하는 기계설비에 적용된다.

(3) 그 외의 기계설비는 KDS 41 17 00의 19에 따라 내진설계를 하거나 관련 산업에서 제시하는 내진설계기준을 따른다.

기계설비 기술기준

건축물의 구조기준 등에 관한 규칙

공항시설 내진설계기준

소방시설의 내진설계기준

학교시설 내진설계기준

종합병원, 병원, 요양병원 내진설계기준

초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법

KDS 14 20 54 콘크리트용 앵커 설계기준

KDS 14 30 25 강구조 연결 설계기준(허용응력설계법)

KDS 14 31 25 강구조 연결 설계기준(하중저항계수설계법)

KDS 17 10 00 내진설계 일반

KDS 31 10 10 기계설비 일반사항

KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준

KCS 31 70 20 내진설비공사

ASCE 7-16, Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures

ASCE 41-17, Seismic Evaluation and Retrofit of Existing Buildings

ASHRAE, 2023 ASHRAE Handbook - HVAC Applications

ASHRAE, Practical Guide to Seismic Restraint, 2nd Ed.

기계설비 내진설계책임기술자：기계설비의 내진설계 관련 업무를 책임지고 수행하는 자.

기계설비 설계자：「건설기술 진흥법」제26조에 따른 건설기술 용역사업자, 「엔지니어링산업 진흥법」제21조에 따른 엔지니어링사업자, 「기술사법」제6조에 따른 기술사사무소 또는 「건축사법」제23조에 따른 건축사사무소 등에 소속되어 기계설비 공사의 설계업무를 수행하는 자를 말함.

기계 비구조 요소：건축물의 구성요소 중에서 구조내력을 부담하지 않는 요소로서, 건축구조물에 부착된 기계 설비와 이를 지지하는 부착물 및 기구.

내진설계도：기계설비 내진설계의 최종결과물로서 내진설계가 적용된 기계설비의 구성, 부재의 형상, 접합 및 지지 상세 등을 표현한 도면.

내진설계도서：기계설비의 내진공사를 위해서 필요한 도서로서 내진설계도와 내진설계 계획, 공사시방서, 내진계산서 등을 통틀어서 이르는 것.

내진설비：기계설비의 내진설계에 의해 보강되거나 추가되는 내진장치와 부재의 총칭.

내진성능목표：설계 지반운동에 대해 내진성능수준을 만족하도록 요구하는 내진 설계의 목표.

내진성능수준：설계지진에 대해 시설물에 요구되는 성능수준. 기능수행수준, 즉시복구수준, 장기복구/인명보호수준과 붕괴방지수준으로 구분구조안전구조체.

내진장치：지진으로부터 기계설비를 보호하고 안전성을 확보하기 위해 전문업체에서 제조되고 품질이 검증된 장치류의 총칭.

내진지지대：지진으로 인한 기계설비의 과도한 흔들림을 방지하기 위해 설치되는 내진설비의 총칭. 고정형과 비고정형으로 구분할 수 있으며, 대표적으로 흔들림방지 버팀대가 있음.

면진시스템：모든 개별 면진장치 사이에 힘을 전달하는 구조요소 및 모든 연결부의 집합체.

면진장치：설계지진 시 큰 횡변위가 발생되도록 수평적으로 유연하고 수직적으로 강한 면진시스템의 구조요소.

면진층：면진시스템과 상부·하부구조의 경계에 위치한 연결요소를 포함하는 부분.

상대변위：지진에 의한 진동으로 인해 발생되는 변위응답의 특정 지점 간 차이.

설계스펙트럼가속도：설계지진에 대한 단주기()와 주기 1초에서의 응답스펙트럼가속도().설계지진

설계지진：건축물, 비구조요소의 중요도 및 성능목표별 지진의 재현주기에 따라 정의한 기본설계지진에 중요도계수 및 위험도계수를 곱한 지진.

세장비：부재의 축방향 길이(L)와, 최소단면2차반경(r)의 비율을 말하며, 세장비가 커질수록 좌굴(Buckling)현상이 발생하여 지진 발생 시 파괴되거나 손상을 입기 쉬움시공상세도.

오프셋：기준이 되는 선에서 일정 거리 떨어진 것. 배관 및 덕트 등이 굴절 후 평행 이동하여 진행되는 것.

유연한 연결：다방향 변위를 흡수가 가능한 배관이음쇠 및 신축이음관 또는 유사한 기능을 하는 연결 구조의 총칭.

중요도계수：건축물, 비구조요소의 중요도에 따라 지진응답계수를 증감하는 계수지진지역지형에 의한 풍속할증계수.

지진하중：지진에 의한 지반운동으로 구조물에 작용하는 하중.

내용 없음.

(1) 기계설비의 내진설계는 KDS 41 17 00의 18.1.3.1의 설계절차에 따라 수행된다.

(2) 기계설비 설계자는 기계설비 내진설계책임기술자와 협력하여 기계설비의 내진설계를 진행한다.

① 개별 기계설비의 내진설계 포함 여부 및 중요도 계수, 성능목표 등은 건축주 또는 발주처가 건축물의 기능 및 요구성능 목표를 고려하여 정한다.

② 내진설계 책임기술자는 상기 ①에 따라 내진설계도서를 작성한다.

③ 기계설비 설계자는 내진설계도서에 따라 내진설비의 설치, 점검, 보수, 교체를 위한 공간 및 층고를 확보하고 기계설비 설계도서에 반영한다. 기계설비 설계도서는 KDS 31 10 10의 1.5를 따른다.[그림 — 원문 이미지]

실험을 통해 기계설비 및 그 지지부의 내진성능을 확인하는 경우, KDS 41 17 00의 18.1.3.2를 따른다.

설계계산서 혹은 시험성적서를 근거로 작성된 기계설비 내진설계도서는 기계설비 내진설계책임기술자에 의해 검토된 후 KDS 41 17 00 건축물 내진설계기준에서 정하는 내진설계책임구조기술자에게 제출한다.

(1) 지진 이후에도 기능유지가 요구되고 증명되어야 하는 기계설비는 KDS 41 17 00의 18.1.3.2 및 18.1.3.4와 20장에 따라 내진성능이 증명되어야 한다.

(2) 상기 (1)과 관련하여, 진동대 실험 등의 방법에 의한 지진모사 실험을 하는 경우에는 다음의 사항들이 추가적으로 요구된다.

① 지진모사 실험은 3축 방향에 대해 모두 실시되어야 한다.

② 기계설비의 크기와 중량으로 인해 지진모사 실험이 어려운 경우에는 해석적 방법으로 성능을 확인할 수 있으며, 지진하중과 작동상태의 중량하중이 모두 반영되어야 한다. 해석적 방법은 응답스펙트럼해석, 시간이력해석, 진동해석, 동해석, 내구성 해석 및 기타 지진에 대한 안전성을 확인할 수 있는 수치해석적 방법들 중 적절한 방법으로 수행한다. 다만, 지진에 의해 발생되는 변위에 민감한 기계설비의 경우에는 정적 해석 방법을 적용할 수 있다.

③ 해석적 방법이 적용되는 기계설비의 구성요소들 중에서 구동부 부분 혹은 동력부 부분, 제어장치 등과 같이 해석적 방법으로 정상 작동 유무를 판단하기 어려운 구성요소들이 있는 경우에는 해당 요소들만 별도로 진동대 실험 등의 지진모사 실험을 실시할 수 있다.

④ 상기 ③항과 같은 이유로 해석적 방법과 실험적 방법이 병행되는 경우에, 실험이 진행될 구성요소는 해석모델에서 단순화된 요소로 반영할 수 있다.

⑤ 상기 ④항과 같은 경우에 실험으로 성능을 확인하는 구성요소에 입력되는 하중, 가속도 및 변위 등의 크기는 해석모델에서 해당 요소로 전달되는 값과 비교하여 커야 한다.

특정 기계설비의 손상으로 인해 다른 기계설비나 전기설비, 건축마감 및 구조부재의 손상을 유발하지 않도록 기계설비와 주변 요소들 간의 기능과 물리적인 간섭을 확인하여야 한다.

기계설비와 그 지지부 또는 연결부는 유연성과 강도를 고려하여 설계되고 평가되어야 한다.

방진설비 설계기준 KDS 31 50 16 : 20192. 조사 및 계획

내용 없음

기계설비 내진 KDS 31 70 20 : 20263. 재료

내용 없음

(1) 내진설계 성능목표는 ‘기능수행’ 수준과 ‘인명보호․위치유지’ 수준에 대해서만 고려한다.

(2) 이 기준에서 제시된 방법으로 내진설계를 수행할 경우 ‘기능수행’ 수준 또는 ‘인명보호․위치유지’ 수준을 만족하는 것으로 한다.

(3) 다만, 기계설비의 기능수행 여부는 이 기준의 1.6.4에 따라 검토되어야 한다.

기계설비의 내진설계 적용범위와 중요도계수는 KDS 41 17 00의 18.1에 따른다.

수평 및 수직 방향의 등가정적하중의 산정방법은 KDS 41 17 00의 18.2.1을 따른다.

(1) 등가정적하중을 대신하여 동적해석법으로 특정 구조물에 설치되는 기계설비의 설계지진력을 산정하는 경우, KDS 41 17 00의 18.2.2를 따른다.

(2) 기계설비가 설치되는 특정 구조물에서의 지진 응답 정보가 없는 경우, 진동대 시험시 적용되는 지진 입력 스펙트럼을 동적해석의 지진하중으로 적용할 수 있다.

(3) 작동 상태의 운전하중과 지진하중 및 기타 하중 등 하중 조합의 형태로 영향성이 확인되어야 하는 요인들이 있다면 하중 조건에 모두 반영한다.

(4) 해석모델에는 기계설비의 설치에 필요한 지지부와 정착부 등의 모든 구성요소가 반영되어야 하고 검토되어야 한다. 반영이 어려운 경우에는 별도로 계산하여 설계한다.

(5) 동적해석법이 적용되는 경우, 해석 조건 및 결과 자료가 설계도서를 포함하며 해석 조건과 동일한 방법으로 설치될 수 있도록 설치 상세도를 작성한다.

(1) 기계설비가 수용해야 할 지진에 의한 상대변위는 KDS 41 17 00의 18.2.3에 따라 계산하거나 정적 또는 동적 해석법을 적용할 수 있다.

(2) 내진설계가 적용되는 기계설비는 수직 위치 또는 수평 위치에서 발생하는 상대 변위를 견디거나 수용할 수 있도록 설계한다.

(3) 과도한 변위 발생으로 인한 주변 시설물과의 충돌이 발생하지 않도록 설계한다.

기계설비가 수용해야 하는 하중들의 조합 규정은 KDS 41 17 00의 8.1에 따른다.

(1) 기계설비를 중심으로 한 3방향의 직교축에 대해 독립적으로 지진하중을 산정하고, 기계설비에 편심이 있는 경우에는 이를 고려하여 설계해야 한다.

(2) 내진설비와 기계설비 사이의 간격이 6mm보다 큰 경우, 설비의 무게중심에 작용하는 수평설계지진력을 2배로 하여 지진하중을 계산하여야 한다.

(3) 볼트 및 용접을 적용하는 경우에는 KDS 14 30 25, KDS 14 31 25 또는 전문 산업규격에 따라 설계한다.

(1) 내진 스토퍼 및 내진 스누버(이하 내진 스토퍼)는 기계설비에 설계된 지진하중보다 초과되는 하중이 전달되지 않도록 설계한다.

(2) 전단력은 발생되지만 인장력이 발생되지 않으면 이동방지형, 인장력이 발생하면 전도방지형으로 설계한다.

(3) 내진스토퍼는 다음 최소 요구사항을 만족하여야 한다.

① 충격을 받는 표면에는 적절한 두께를 가진 폴리클로로프렌 등의 점탄성 혹은 이와 유사한 재질의 패드가 설치되도록 설계한다.

② 내진스토퍼와 기계설비 사이의 간격은 6mm 이내로 설계한다.

(1) 지진하중을 견디고 변위를 제한하는 내진성능을 겸비한 진동격리장치(이하 내진 겸용 방진장치)를 적용하는 경우, 다음과 같이 설계를 진행한다.

① 기계설비의 질량중심 및 편심을 고려하여 내진 겸용 방진장치로 전달되는 하중을 계산한다.

② 내진 겸용 방진장치는 지진하중으로 인한 압축, 인장, 전도모멘트, 전단 등의 발생 가능한 하중에 대하여 견딜 수 있도록 설계한다.

③ 내진 겸용 진동격리장치는 3축 방향으로 발생하는 변위가 제한되어야 하며, 수직 방향에 대해서는 상하 방향에 대해서 모두 변위가 제한되어야 한다.

④ 변위 제한의 기능을 하는 장치의 각 방향별 유격은 6mm 이내로 설계하며, 이보다 클 경우에는 수평설계지진력을 2배로 하여 지진하중을 계산한다.

⑤ 변위를 제한하여 충격을 받는 표면에는 적절한 두께를 가진 폴리클로로프렌 등의 점탄성 혹은 이와 유사한 재질의 패드가 설치되도록 설계한다.

(1) 매달린 형태로 설치된 기계설비는 설치조건에 따라 고정형, 비고정형 흔들림방지 버팀대로 설계한다.

① 방진기가 적용된 장비의 경우 방진 효과에 장애가 되지 않는 케이블 형태의 비고정형 흔들림방지 버팀대를 설계한다.

② 인장력만 받을 수 있는 비고정형 흔들림방지 버팀대는 동일 위치에 2개를 대칭적으로 배치하도록 설계한다.

③ 기계설비가 회전에 의한 비틀림 현상이 발생할 가능성이 있는 경우, 회전을 방지할 수 있도록 한 면에 2개 이상의 버팀대를 설계한다.

④ 행거로드 등의 지지부재에 굽힘 또는 좌굴이 발생할 수 있는 경우에는 지지부재를 보강하는 보강대를 설계한다.

(1) 기계설비에 전도모멘트가 발생하거나 기계설비의 외부 형상 문제 및 정착부의 설치면적이 부족하여 내진 스토퍼 등을 적용할 수 없는 경우, 기계설비의 전도 및 변위를 제한하기 위한 목적의 보조 구조부재를 설치할 수 있다.

(2) 보조 구조부재는 내진설비에 추가적으로 설치되거나 별도 위치에 설치될 수 있으며, 하중 전달에 문제가 없도록 설계한다.

(1) 기계설비와 그 지지부의 내진설계는 KDS 41 17 00의 18.4.1과 18.4.2.1을 따른다.

(2) 기계설비, 지지부 및 내진 보강부 부재의 접합부 보강, 강재의 접합(용접, 볼트이음) 등은 설치 상세도 또는 별도의 시방서에 내진성능을 만족하기 위한 시공 요구사항을 정확히 기재한다.

(3) 내진설계가 적용되는 기계설비와 기계설비의 내진 보강을 위해 설치되는 요소는 내진설계가 적용된 구조부재에 연결 또는 지지하거나 고정한다.

(4) 내진설계가 적용되는 덕트 및 배관은 다방향으로 발생되는 하중 및 변위를 흡수할 수 있도록 유연성을 고려한 설계를 하거나, 유연한 이음부 및 신축이음관 또는 유사한 기능의 연결 구조를 적용한다.

(5) 기계설비의 내진설계시 마찰은 고려하지 않는다.

(1) 지지부의 설계는 KDS 41 17 00의 18.4.2.3을 따른다.

(2) 기계설비의 정착부를 앵커로 고정하는 경우에는 KDS 41 17 00의 18.5에 따른다.

(3) 기계설비 및 내진설비에 적용되는 볼트 또는 앵커볼트는 체결을 위한 적정 토크값을 제시한다.

(4) 볼트 및 앵커볼트 등과 기계설비의 정착구멍 사이의 간격은 최소한으로 한다. 만약 정착 구멍과 볼트의 유격이 3.2mm 보다 클 경우 수평설계 지진력을 2배로 적용하여 계산한다.

(5) 기계설비가 설치되는 콘크리트 기초는 기계설비의 내진성능이 만족될 수 있도록 구조안정성을 확인한다.

(6) 다음과 같은 경우에는 유연한 연결부재를 사용하여 상대변위를 견디거나 흡수할 수 있도록 한다.

① 내진설비가 적용된 기계설비와 내진설비가 적용되지 않은 배관 및 덕트의 연결 부위

② 내진설비가 적용되지 않은 기계설비와 내진설비가 적용된 배관 및 덕트의 연결 부위

③ 진동격리장치를 가지는 기계설비와 내진설비가 적용된 배관 및 덕트의 연결 부위

④ 그 밖의 지진으로 인한 상대변위가 발생하여 손상이 발생될 것으로 예상되는 부위

(1) 천정에 설치되는 장비의 내진설계는 이 기준의 4.4.2.2를 따르며, 장비가 설치되는 천정 구조부재는 내진설계가 적용된 구조부재이어야 한다.

(2) 행거와 같은 매달기 방식으로 설치된 기계설비는 흔들림 또는 회전을 방지할 수 있도록 지지부재를 보강 설계하거나 내진지지대를 설치한다.

(3) 지지를 위한 수직 부재의 굽힘 및 좌굴로 인한 손상이 우려되는 경우에는 보강 방법을 제시한다.

(4) 하나의 지지부를 공유하여 2개 이상의 기계설비가 설치되지만 그 중 일부의 기계설비만 내진설계가 적용되는 경우, 지지부를 공유하는 모든 기계설비의 하중을 합산하여 지지부에 내진설계를 적용한다.

(1) 벽체에 설치되는 장비의 내진설계는 이 기준의 4.4.2.2와 4.4.2.3을 따르며, 장비가 설치되는 벽체 구조부재는 내진설계가 적용된 구조부재이어야 한다.

(2) 비구조 벽체에 장비가 설치되는 경우에는 벽체를 내진 보강하거나, 벽체와 분리되고 내진설계가 적용된 지지대를 이용하여 장비를 설치한다.

(1) 수직 및 수평 배관 시스템(이하 배관)의 설계는 KDS 41 17 00의 18.4.6을 따른다.

(2) 배관이 다음과 같은 위치를 통과하는 경우에는 상대변위를 수용할 수 있도록 설계하며, 설치 상세도를 작성한다.

① 건축물의 지진분리이음이 설치된 위치를 통과하는 경우

② 서로 다른 건축물에 연속적으로 설치되는 경우

③ 건축물 외부 지반과 건축물 내부에 연속적으로 설치되는 경우

④ 기타 큰 상대변위가 발생할 수 있는 위치에 설치되는 경우

(3) 벽, 바닥, 또는 기초를 관통하는 배관은 관통구 및 배관 슬리브와 적절한 유격을 유지하도록 설계하며 설치 상세도를 작성한다.

① 틈새는 신축성이 있는 소재를 적용하며 경량벽체 등과 같이 보호될 필요가 없고 부서지기 쉬운 부재를 관통하거나, 관통부 인접에 유연한 연결부를 설치하는 경우에는 유격은 배제할 수 있다.

(4) 배관 내진장치는 인장력과 압축력을 견딜 수 있는 형강 등을 이용한 고정형 내진지지대와 인장력만을 견딜 수 있는 와이어로프 등을 사용하는 비고정형 내진지지대로 구분된다.

① 고정형 내진지지대는 세장비를 고려하여 세장비가 300을 초과하지 않도록 한 방향으로 설계할 수 있다.

② 비고정형 내진지지대는 세장비에 영향을 받지 않으며, 고정형 내진지지대와 달리 양방향으로 설계되어야 한다.

(5) 배관 내진지지대의 최대 설치 간격은 다음 표 4.4-1과 같다.

(6) 배관 내진지지대의 배관 규격별 오프셋 간격은 다음 표 4.4-2와 같다.

① 오프셋 이후의 구간도 하나의 직선 구간으로 간주할 수 있다.

② 상기 ①에 해당하는 구간의 설계지진력은 오프셋 된 배관의 하중을 포함하여 계산한다.

③ 오프셋된 구간이 포함된 구간에서의 내진지지대의 설치간격은 표 4.4-2의 간격을 초과할 수 없다.

(7) 하나의 지지부를 공유하여 2개 이상의 배관이 설치되지만 그 중 일부의 배관만 내진설계가 적용되는 경우, 지지부를 공유하는 모든 배관의 하중을 합산하여 지지부에 내진설계를 적용한다.

(1) 수평 및 수직 덕트의 내진설계는 KDS 41 17 00의 18.4.5를 따른다.

(2) 덕트가 4.4.2.5.1(2)의 ①∼④항과 같은 위치를 통과하는 경우에는 상대변위를 수용할 수 있도록 설계하며, 설치 상세도를 작성한다.

(3) 벽, 바닥, 또는 기초를 관통하는 덕트는 4.4.2.5.1의 (3)을 따른다.

(4) 덕트 내진장치의 분류는 4.4.2.5.1의 (4)를 따른다.

(5) 덕트 내진지지대의 최대 설치 간격은 다음 표 4.4-3과 같다.

(6) 덕트 내진지지대 설계시 덕트의 오프셋 기준은 다음과 같다.

① 덕트 폭(Width)의 2배 이하의 거리로 오프셋이 되면, 오프셋 이후의 구간도 하나의 직선 구간으로 간주할 수 있다.

② 상기 ①항에 해당하는 구간의 설계지진력은 오프셋된 덕트의 하중을 포함하여 계산한다.

③ 오프셋된 구간이 포함된 구간에서의 내진지지대의 설치 간격은 표 4.4-3의 간격을 초과할 수 없다.

(7) 하나의 지지부를 공유하여 2개 이상의 덕트가 설치되지만 그 중 일부의 덕트만 내진설계가 적용되는 경우, 지지부를 공유하는 모든 덕트의 하중을 합산하여 지지부에 내진설계를 적용한다.

기계설비 이중바닥 방음방진시스템이 장비 설치 부분만 적용된 경우, 방진재 위에 설치되는 장비 기초는 상부에 설치되는 기계설비의 내진성능 목표를 고려하여 내진설계를 적용하며, 이중바닥 시스템의 하중 분포 특성을 고려하여 설계한다.

(1) 면진층, 면진 상부구조 및 면진층 하부에 설치되는 기계설비는 KDS 41 17 00의 16.2.4의 규정을 만족하도록 설계한다.

(2) 면진구조물의 최대 동적응답 정보가 제공되지 않는 경우에는 다음의 사항들을 따른다.

① 이 기준의 4.3항 규정에 의해 산정되는 설계지진력 및 변위를 적용하여 설계한다.

② 면진층을 관통하는 기계설비는 면진장치의 최대 설계변위보다 큰 변위에 견디거나 흡수할 수 있도록 설계한다.

이 기준의 적용범위에 포함되지 않는 기계설비는 KDS 41 17 00의 18장과 19장 또는 전문 산업규격에 의해 설계하며, 필요한 경우 별도의 내진 설계 기준을 추가하여 적용한다.