지하차도 구조물 설계-1

설계일반
1.1 개 요
본 장에서는 기본계획 및 기본설계를 통해
최종적으로 결정된 지하차도 단면의 상세설계
를 수행함에 있어서 고려되어야할 사항에 대해
기술하였다. 특히, 본 장의 대부분 내용은 2007
년 개정된 콘크리트 구조설계기준[이하 콘 설
로 표기] 해설 제2장 재료, 제3장 설계하중 및
하중조합, 제4장 사용성 및 내구성과 2010년
개정된 도로교설계기준 해설[이하 도 설로 표
기] 제2장 설계일반사항의 일부에 해당하는 것
으로서 설계기준의 내용과 참고문헌을 바탕으
로 정리하고, 설계기준에서 언급되지 않고 있
으나 편람을 이용하는 실무설계자의 편의를 위
해 필요한 내용을 추가적으로 기술하였다.

설계방법 및 설계기준
과거 설계방법 및 절차는 하중에 의한 작용
력의 해석과 재료의 강도에 대한 기술자의 경
험에 기초하였으나, 재료 및 구조거동에 대한
이해가 향상되고 해석기술이 발전함에 따라 설
계방법이 변천되어왔다. 종래에는 허용응력설
계법(ASD : Allowable Stress Design)이 유일
한 설계법이었으며, 현재까지도 많은 부분에서
설계에 적용되고 있다.
1960년대 초반부터 강재에는 소성설계법
(Plastic Design)이, 콘크리트에는 강도설계법(Strength Design)이 선진국의 설계기준에 채택
되기 시작하였고, 1980년대에 이르러 명칭은
다르지만 원칙적으로 구조신뢰성 이론에 기초
한 동일한 설계이론인 하중저항계수설계법
(LRFD : Load and Resistance Factor Design)
과 한계상태설계법(LSD : Limit State Design)
이 미국과 유럽을 비롯한 선진각국의 설계방법
으로 일반화되고 있을 뿐만 아니라 이러한 설
계법으로 설계기준을 통일하려는 움직임이 국
제적으로 활발히 진행되고 있다.
우리나라도 1983년부터 콘크리트 구조물에는
강도설계법을 채택하고, 1996년 발행된 콘크리
트표준시방서와 2007년 개정된 콘크리트구조설
계기준에서는 강도설계법을 원칙으로 하고 있
다. 강구조물에 대해서는 아직도 허용응력설계
법이 적용되고 있으나, 1996년 발행된 도로교
표준시방서의 부록에 하중저항계수설계법을 도
입하여 참고하도록 하였다. 그러므로 하중저항
계수설계법/한계상태설계법이 설계방법으로 도
입될 전망이며, 설계기준마련을 위한 연구와
설계기술자들의 관심이 요구된다.
본 장서는 설계법의 기초개념과 관련 설계기
준에 대하여 요약하였다.

설계방법
1.3.1 허용응력설계법
허용응력설계법은 재료가 공칭항복강도에 도
달하면 파괴가 일어난다고 가정하여 이상적인
Hooke 법칙, 즉 선형탄성거동에 의한 구조물
내의 응력이 재료의 허용응력을 초과하지 않도
록 하는 설계개념으로서 일명 탄성설계법
(Elastic Design)이라고도 한다. 허용응력은 재
료, 단면성질, 사용하중, 2차응력, 잔류응력 등
에 대해 충분한 여유를 두고 과거의 경험으로
부터 결정된다. 일반적으로 사용하중 하에서
구조물이 거의 탄성적으로 거동하는 강구조물
설계에서는 탄성이론에 의한 허용응력설계법이
많이 적용되고 있으며, 재료적 비탄성거동을
하는 콘크리트구조물에서도 ① 변형은 중립축
으로부터 거리에 비례하며, ② 콘크리트의 탄
성계수는 일정하고, ③ 콘크리트의 휨인장응력
은 무시한다는 세 가지 가정을 전제로 하여 콘
크리트를 탄성체로 보고 탄성이론을 적용한다.
대부분의 설계기준은 재료의 항복강도(fy)를
적절한 안전율로 나누어줌으로써 허용응력을
결정하고 있는데, 이때의 안전율은 (식 704.1)
과 같이 규정함으로써 얻어진다. 설계기준이
이와 같이 안전율 n(≥1)만큼 허용되는 응력의
한계를 설정했기 때문에 허용응력설계라고 불
리게 되었다.

허용응력설계법은 초창기 정역학적 정정 강
구조물의 설계를 위해 개발되었으므로 다른 재
료와 다른 수준의 여용성(Redundancy)을 갖는 구조에는 명료하게 적용되지는 않는다. 따라서
철근콘크리트구조물 설계시 재료의 비선형․비
탄성거동을 이해하고 오래 전부터 강도설계법
을 사용했다. 이는 콘크리트의 물성이 시간과
주어진 조건에 따라 변하는 비선형재료이므로
재료물성을 정확히 추정할 수 없지만 조건에
무관하게 비교적 정확히 규명할 수 있는 유일
한 값이 한계상태에서의 콘크리트강도, 즉 극
한강도(Ultimate Strength)이기 때문이다.

강도설계법
강도설계법은 앞에서 간략하게 기술한 바와
같이 부재의 파괴상태 또는 파괴에 가까운 상
태에 기초한다. 따라서 구조부재의 가장 중요
한 성질은 그 부재의 실제 강도이다. 그러나
설계시 사용하는 공칭강도는 이러한 실제 강도
와 다를 수밖에 없으며 이는 실제 시공된 구조
물과 실재로 강도의 불가피한 변동성과 기타의
여러 가지 이유 때문이다. 뿐만 아니라 작용하
는 하중 역시 어떤 범위의 오차를 가지고 어느
정도 예측할 수 있을 뿐이지 작용하중의 실제
크기는 알지 못한다.
따라서 구조부재의 안전성을 확보하기 위해
서는 공칭강도(Sn)는 예상되는 강도의 결함을
고려하여 강도감소계수(φ)에 의하여 감소시켜
야 하고, 설계기준에 규정된 설계하중(L)은 있
을 수 있는 초과하중을 고려하여 하중계수(γ)
에 의하여 증가시켜야 한다. 따라서 (식 704.2)
와 같은 관계가 만족되어야 한다.

사용하중(Service Load)이란 하중계수를 곱하
기전의 하중으로서 공용하중 또는 실작용하중
이라고도 하며 허용응력설계법에서의 설계하중
과 같은 크기의 하중이다. 설계강도가 계수화
된 작용외력(극한외력)보다 크게 되도록 설계
하는 것이 강도설계법의 기본개념이다. 소요강
도는 사용하중에 하중계수를 곱해서 구하기 때
문에 이 설계법을 하중계수설계법(Load Factor
Design Method) 이라고도 한다.

하중저항계수설계법
구조물 또는 부재가 파괴 또는 파괴에 가까
운 상태로 되어 그 기능을 완전히 상실한 상태
를 극한한계상태(Ultimate Limit State)라 하고,
처짐, 균열, 진동 등이 과대하게 발생하여 정상
적인 사용상태의 필요조건을 만족하지 않게 된
상태를 사용한계상태(Serviceability Limit State)
라고 한다. 하중저항계수설계법(LRFD)과 한계
상태설계법(LSD)은 이러한 한계상태로 되는 확
률이 구조물의 모든 부재가 동일한 한계상태
파괴모드에 대하여 일정한 값이 되도록 하려는
데 목적을 두고 있다. 구조물에 작용하는 실제의 하중과 재료의 실
제강도는 일정한 분포형태를 가지는 무작위변
량이라는 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 그러
므로 작용하중 및 재료강도의 변동을 고려하여
확률론적으로 구조물의 안전성을 평가해야 옳
을 것이다.
이러한 뜻에서 하중저항계수설계법이나 한계
상태설계법은 안전성의 척도를 구조물이 파괴
될 확률(파괴확률), 또는 구조물이 파괴되지 않
을 확률(신뢰성)로 나타내려고 한다. 이를 위해
서는 작용하중이나 재료강도 등에 관한 통계자
료가 충분히 있어야 한다. 그러나 현재의 단계
에서는 그러한 자료가 충분하지 못하기 때문에
하중과 재료강도에 대한 부분안전계수(Partial
Safety Factor)를 도입함으로써, 이 방법으로의
접근을 시도하고 있다.
이와 같이 부분안전계수를 사용하는 설계기
준은 미국의 AISC, NBS (National Bureau of
Standards), 캐나다의 CSA (Canadian Standard
Association)과 같이 전체저항에 대한 하나의 안
전계수(Total Resistance Factor)를 사용하는 하
중저항계수설계법과 일본의 JCSS (Joint
Committee on Structural Safety), 유럽의 BS
(British Standards), CEB (Comit European du
Beton)와 같이 부분저항계수(Partial Resistance
Factor)를 사용하는 한계상태설계법으로 크게
구분할 수 있다.
LRFD 설계법은 구조물의 모든 부재에 대하
여 파괴되는 확률을 일정하게 확보할 수 있는
설계 법으로서 합리적이고 경제적인 설계방법
이다. 우리나라에서는 1996년 발행된 도로교표
준시방서에 하중저항계수설계법을 부록으로 수
록하고 있다. 그러나 설계자들은 허용응력설계
법과 강도설계법에 익숙하기 때문에 미국의 경
우에도 LRFD 설계기준을 제정한 후 약 10년 이상 실무에 활용되지 못한 사례가 있다. 미국
의 경우 2007년부터 FHWA에서 지원하는 예
산으로 건설하는 모든 교량은 AASHTO LRFD
교량설계기준에 의해서 설계하도록 하고 있다.
하중저항계수설계법은 종래의 허용응력 중심
의 허용응력설계법과는 달리 부재나 상세요소
의 극한내력강도 또는 한계내력에 기초를 두
고, 극한 또는 한계상태하중에 의한 부재력이
부재의 극한 또는 한계내력을 초과하지 않도록
하는 설계법이다. 따라서 이 설계법은 종래의
강도설계법이나 소성설계법과 설계기준의 형식
(Design Format)면에서는 유사하다. 그러나 하
중 및 저항관련 안전모수, 즉 계수안전율의 결
정을 종래의 설계법에서 하듯이 주로 오랜 기
간의 경험에만 의존하여 확정적으로 결정하지
않고 하중과 구조저항 관련 모든 불확실성을
확률 통계적으로 처리하는 구조 신뢰성이론에
기초하여 보정(Calibration)함으로써 구조물의
일관성 있는 적정수준의 안전율 즉, 신뢰성
(Reliability)을 갖도록 하는 보다 합리적이고
새로운 설계법이다.
하중저항계수설계는 일반적으로 다음과 같은
과정들을 거치게 된다.
① 구조물에 발생 가능한 모든 한계상태 관련
파괴(파손)모드의 확인
② 각 한계상태에 적정한 안전수준의 결정
③ 설계자에 의한 지배적이고 주요한 한계상태
를 고려한 구조단면의 설계
보통 구조물 설계시 ①, ②단계는 한계상태
설계 관련 기준에 구조물의 종류 형태 특성별
로 규정되어 있다. 즉, 설계기준에는 어떠한 한
계상태를 고려하여 특정 구조물이나 구조요소
를 어떻게 설계할 것인가와 이에 따른 하중 및
저항 관련 안전계수들이 함께 규정되어 있다. 대개의 경우, 설계자는 일반적으로 고려되는
구조물의 가장 위험한 한계상태의 결정으로부
터 출발하여 ③단계만 수행하면 된다. 설계기
준에 규정되어 있지 않은 특수 구조물에 대해
서는 설계자가 세 가지 단계를 모두 고려해야
한다. 실제로 한계상태설계는 종래의 구조설계
절차와 동일하나, 여러 가지 지배적이거나 주
요한 거동과 관련된 한계상태를 모두 구체적으
로 고려하고 체계적으로 정식화하여 설계한다
는 점이 종래의 설계법과는 다르다.
이상과 같이 설계함에 있어 구조안전도는 구
조수명 기간동안 실제로 작용하는 하중들의 조
합에 대해 구조물에 발생하는 최대외력과 구조
물의 실제강도 및 강성이 결정하는 최소저항의
크기와 이들과 관련된 모든 불확실성의 정도에
따라 달라진다. 어느 경우에도 구조수명 기간
동안 실제 하중과 실제저항을 정확하게 예측하
기란 불가능하다. 따라서 구조물의 안전도나
사용성은 구조물의 실제강도나 저항이 구조수
명 기간동안 작용하는 최대하중을 지지할 수
있는 확률 즉, 신뢰도에 기초하여 표현할 수밖
에 없다. 따라서 구조물의 안전도와 신뢰도는
불확실량들의 통계적인 추정에 기초한 확률모
형, 즉 구조신뢰성방법에 의해 파괴확률 Pf (또
는 신뢰성지수 β)를 척도로 하여 해석해야 하
고, 종래에 사용해오던 공칭안전율도 신뢰성지
수와 저항 및 하중의 통계적 불확실량(평균 분
산)의 함수로 유도되어야 한다.
구조안전도를 추정함에 있어 또 하나의 복잡
한 요인은 구조물의 안전도가 구조요소의 동일
한 파괴모드에 대해서도 구조물이 정정 또는
부정정의 여부에 따라서도 크게 달라진다는 점
이다. 뿐만 아니라 대개의 경우 각종 하중과
저항에 관한 불확실량이나 이들의 모델링, 해
석 및 예측관련 불확실량 등의 통계적 자료가 부족하여 정확하게 추정할 수 없는 반면에 계
산되는 확률값은 저항의 매우 작은 값과 하중
의 매우 큰 값 부근에서 이들의 극치분포에 따
라 매우 민감하게 변한다. 더구나 이들 저항과
하중관련 불확실성 중에는 인적오차(Human
Error, Gross Error)와 같이 통계적으로나 확률
적으로 취급하기 곤란한 것들도 있다.
따라서 구조물의 실제 안전도와 실제 신뢰도
는 미지인 경우가 대부분이며, 대개는 인적오
차문제는 별도로 취급하고, 공칭안전도 공칭신
뢰도를 구조신뢰성방법으로 해석하여 구조안전
도를 추정한다.

설계하중
구조물을 설계할 때 고려하는 하중은 구조물
을 구성하고 있는 각 부재에 응력, 변형, 변위
를 발생시킬 수 있는 모든 외력과 내력으로,
시공 중에 작용하는 하중과 시공 후에 작용하
는 모든 하중이다. 구조물 설계에 있어서 부재의 응력을 정확하게 계산해야 함은 물론, 정확
한 하중의 산정 또한 이에 못지않게 중요하다.
설계하중은 구조물별로 마련된 설계기준에 규
정되어 있다.
이러한 하중들 중에서 지하차도 설계에 적용
하는 하중은 지하차도의 형식이나 지하차도 가
설지점의 조건에 따라 하중의 종류 및 하중조
합 조건이 적절히 결정되어야 하며, 하중의 특
성, 작용빈도, 구조물에 미치는 영향 등에 따라
주하중, 부하중, 특수하중 등으로 분류한다.
지하차도의 주요부분 설계시 항상 작용하고
있다고 볼 수 있는 하중을 주하중이라 하고,
항상 작용한다고 볼 수 없으나 때때로 작용하
고, 하중 조합에 반드시 고려해야 하는 하중을
부하중이라 한다. 또 지하차도 주요부분을 설
계할 때 지하차도의 종류, 구조형식, 가설지점
의 상황 등의 조건에 따라 특별히 고려해야 할
하중을 특수하중이라 한다.
구조물에 작용하는 하중은 고정하중과 활하
중으로 대별할 수 있다. 고정하중이란 구조물의 자중 등 구조물 수명기간 중 상시로 작용하
는 하중이다. 활하중은 차량과 같이 스스로 움
직이는 이동하중(Moving Load)과 기구나 장비
같이 위치를 이동시킬 수 있는 가동하중
(Moveable Load)으로 나누어 생각할 수 있다.
뿐만 아니라 물체의 이동에 의한 충격하중
(Impact Load), 지진하중(Seismic Load) 등과
같은 동적하중(Dynamic Load)도 넓은 의미에
서 활하중에 포함될 수 있다.
도로 구조물을 설계할 때 적용하는 활하중은
표준트럭하중(DB하중) 또는 차로하중(DL하중),
군집하중 등의 등분포하중 등이다. 여기서 표
준트럭하중이란 실제 통행하는 차량을 모형화
한 것이 아니고, 이들 하중의 효과(영향)를 모
형화한 가상하중(Notional Load)이다. 반면에
차로하중은 표준트럭하중보다 크기는 작으나
이러한 차량들이 연행한 경우에 대한 하중효과
를 모형화한 것이다.
DB하중 및 DL하중은 과거 미국 도로교설계
기준(AASHTO Standard Specifications)에서 사
용하였던 HS하중 및 HL하중을 준용하여 국내
도로교설계기준에 반영한 것이다. HS하중은
1944년 이전 적용하였던 2축 차량(H하중) 위에
세미트레일러를 추가한 3축 차량의 하중모델이
다. 2등교와 3등교에 해당하는 표준트럭하중인
DB-18과 DB-13.5 하중은 AASHTO HS20-44(44
는 1944년에 제정되었음을 의미함)와 HS15-44
하중에 해당되며 1977년에 도입된 DB-24 하중
은 DB-18 하중을 약 1.33배 증가시킨 하중이
다. 현재 AASHTO LRFD 설계기준의 표준트
럭하중은 HL-93으로 변경되었다.
지하차도와 같은 지하 구조물인 경우 활하중
을 DB-24로 적용하여, Kӧgler식에 의한 도로면
활하중의 등가 등분포 하중을 사용한다.

하 중
2.1.1 하중의 종류
<표 704.1>에는 [도.설 2.1]에서 규정하고 있
는 하중의 종류와 이에 따른 목차를 보여주고
있으므로 해당 내용을 참조하여 적용한다. 특
히, [도.설 2.1.13]의 지진하중은 내진설계편에
서 정하는 규정을 따르도록 정하고 있다.
2.1.2 고정하중
(1) 재료의 중량
고정하중을 산출할 때는 <표 704.2>에 나타
낸 단위중량을 사용하고 실중량이 명확한 것은
그 값을 사용한다.

(2) 기계실 하중
구조물 내 상판하중 가운데 펌프실, 전기실,
환기기계실 등의 기계하중은 다음 값을 표준으
로 하되, 기능실 배치의 변동 등을 고려하여
변전소 이외의 기계실 하중은 모두 25.0kN/㎡
을 적용할 수 있다.
특수기계에 대하여는 실중량에 의하고 진동
하중 및 교번하중이 생기는 기계에 대하여는
이를 특별히 고려한다. 각 기계실의 상판하중은 발주처 기준에 따르며, 다음 표를 참고할 수 있다.

활하중
(1) 노면 활하중
지하 구조물에 대한 도로면의 활하중은 발주
처 기준에 따르며, 다음 표를 참고할 수 있다.

(2) 군집 하중
군집하중은 5.0kN/㎡의 등분포하중으로 고
려할 수 있으며, 충격은 고려하지 않는다.
2.1.4 프리스트레스힘
구조물에 프리스트레스힘을 도입하는 경우에
는 설계에 이를 고려한다. 프리스트레스트 콘
크리트에 도입하는 프리스트레스힘에 관해서는
다음과 같이 정한다.
(1) 설계시에 고려할 프리스트레스힘은 프리스
트레싱 직후의 프리스트레스힘과 유효프리스트
레스힘이다. 또 프리스트레스힘에 의하여 부정
정력이 일어나는 경우에는 이들도 고려한다.
(2) 프리스트레싱 직후의 프리스트레스힘의 감
소는 프리텐션 방식에서는 콘크리트의 탄성변
형만을 고려하고, 포스트텐션 방식에서는 콘크
리트의 탄성변형, PS강재와 쉬스의 마찰, 정착
장치 및 정착부 내부의 마찰, 정착장치에서의
활동량을 고려한다.
(3) 유효프리스트레스힘은 (2)항의 규정으로 산
출한 프리스트레싱 직후의 프리스트레스힘에
다음의 영향을 고려하여 산출한다.
(가) 콘크리트의 크리프
이 경우에 고려하는 지속하중은 프리스트레
스힘과 고정하중이다.
(나) 콘크리트의 건조수측
(다) PS강재의 릴랙세이션
(4) 일반적으로 프리스트레스힘에 의해 보의
변형이 구속되며, 이로 인하여 부정정력이 발
생하게 된다. 단면의 응력을 검사할 경우에 이
부정정력을 고려한다. 유효프리스트레스힘에
의한 부정정력은 PS강재 인장력의 유효계수를

부재 전체에 걸쳐 평균한 값을 프리스트레싱
직후의 부정정력에 곱하여 산출할 수 있다.
2.1.5 콘크리트의 크리프, 건조 수축
콘크리트의 크리프는 다음의 규정에 따라 예
측할 수 있다.
(1) 시간 t’에서 작용응력 f c(t’)에 의한 콘크리
트의 순간 변형 및 크리프 변형을 함께 고려한
전체 변형률 ϶ cσ(t,t’)는 콘크리트의 압축강도
또는 설계기준압축강도, 부재의 크기, 평균 상
대습도, 재하할 때의 재령, 재하기간, 시멘트
종류, 양생온도, 온도변화, 작용응력의 크기 등
에 따라 (식 704.3)을 사용하여 구할 수 있다.

여기서 Eo는 식(704.19)에 의해 구하고, Eo(t’)는 식 (704.20)에 의해서 구하여야 한다.
(2) 식 (704.3)에서 크리프계수 φ(t,t’)는 양생온
도가 20℃이고, 하중이 작용하는 동안의 기온
도 20℃인 경우를 기준으로 한 것으로서 다음
과 같이 구할 수 있다.

(3) 적용응력의 크기, 온도 및 시멘트의 종류에
따라 (식 704.4)의 크리프계수는 다음과 같이
보정하여야 한다.
(가) 양생온도 및 시멘트 종류에 따른 보정계수
양생 동안 온도의 변화가 있거나 20℃가 아닌
대기에 노출되어 있는 경우, 재하할 때의 콘크
리트 재령 t’는 온도와 시멘트 종류를 고려하
여 다음과 같이 보정하여야 한다.

여기서, T(Δt i)는 Δt i일 동안 지속된 온도
(℃), Δt i는 일정한 온도가 지속된 기간(일)이
고, n은 일정한 온도를 유지한 단계의 수이다.

(나) 작용응력의 크기에 따른 보정계수
작용응력 f c(t’)가 0.4f cu(t’)<|f c(t’)|<0.6f cu (t’)
인 경우 (식 704.5)의 φo를 식 (704.12)과 같이
보정하여 크리프의 비선형성을 고려한다.

여기서, f cu(t’)는 (식 704.17)과 (식 704.18)에
의해 구할 수 있다.
(다) 온도변화에 따른 보정계수
지속하중이 작용하는 동안 온도가 5℃에서 8
0℃까지 변화할 때 크리프계수는 (식 704.6)의
φRH를 (식 704.14)으로, 그리고 (식 704.10)의
βH를 (식 704.15)로 보정하여 (식 704.13)에 의
해 구하여야 한다.

(4) 28일 평균압축강도 fw는 (식 704.17)과 같이 구할 수 있다.

여기서, β cc(t)는 시간에 따른 강도발현속도이
고, βsc는 시멘트 종류에 따른 상수이다.
(5) 크리프 변형을 계산할 때 콘크리트의 초기
접선탄성계수는 다음가 같이 구해야 한다.

(6) 크리프에 대한 실험은 KS F 2453에 따라야
한다.
(7) 콘크리트의 건조수축 변형률은 대기의 평균
상대습도, 부재의 크기 등을 고려하여 다음 (식
704.21)에 따라 구할 수 있다.

토 압
(1) 정지토압
(가) 정지토압은 박스 구조물등과 같이 정지토
압을 적용하는 것이 타당한 경우에 적용한다.
(나) 구조물에 전 설계토압이 작용하는 경우와
전설계 토압의 1/2이 작용하는 경우, 주동토압
및 특수한 경우 현장조건에 의한 최소토압 중
에서 가장 불리한 경우의 단면력에 대하여 설
계한다.
정지토압의 계산은 다음 식에 의한다.
H=Ko(L+γ t⋅h 1+γ sub⋅h 2) (식 704.28)
여기서,
H : 토압 (kN/㎡)
Ko : 정지토압계수 ( Ko =1-sinφ)
L : 과재하중 (kN/㎡)
γt : 지하수면 이상의 흙의 단위중량 (kN/㎥)
γsub : 지하수면 이하의 흙의 단위중량 (kN/㎥)
h1 : 지표에서 지하수면까지의 깊이 (m)
h2 : 지하수면에서 측압을 구하려는 위치까지
의 깊이 (m)
φ : 흙의 내부 마찰각 ( °)
(다) 연암층 이상의 암반층에 굴착 시공된 박
스구조물에 작용하는 측압에 대해서는 시추조
사 및 지질구조 조사 결과에 나타난 절리 및
단층 등의 불연속면의 방향성 및 경사각 등을
고려한 암반사면 안전성 분석을 시행하여 암반
의 자립여부를 판단, 토압의 증감여부를 고려
할 수 있다.

(2) 주동토압
주동토압은 옹벽 구조물 등 주동토압 적용이
타당한 경우에 적용한다.
주동토압의 계산은 다음 식에 의한다.
H = Ka(L+ γ t⋅h1 + γ sub⋅h2 ) (식 704.29)
여기서, 주동토압계수 (Ka)의 산정식은 안정
검토시에는 랭킨(Rankine) 토압공식, 부재 계산
시에는 쿨롬(Coulomb) 토압공식을 사용한다.
(3) 흙의 단위중량과 내부마찰각
흙의 단위중량과 내부마찰각은 시추자료, 토
질시험 값 등과 같이 지반조사 자료의 분석과
경험을 종합적으로 고려하여 책임기술자가 제
시한 값을 사용한다.
다만, 사질토로서 시험에 의하지 않았을 경
우에는 책임기술자의 판단아래 토질 공학적 근
거에 입각한 관계식이나 다음 표의 일반적인
시험 값을 참고적으로 사용할 수 있다.
<표 704.5> 토압계산에 사용되는 일반적인 흙의
단위중량과 내부마찰각

(4) 과재하중
(가) 연도건물 하중은 W/A로 산정 고려한다
(W : 건물중량, A : 건물면적)
(나) 기타 과재하중은 각기 그 하중에 적합한방법으로 산출한다.

수 압
(1) 지하수에 의한 수압계산은 정수압을 기준
으로 하며 다음 식에 의한다.
F= γ w⋅h
여기서,
F : 정수압 (kN/㎡)
γw : 물의 단위중량 (kN/㎥)
h : 지하수의 깊이 (m)
(식 704.30)
(2) 지하수위는 실제 조사수위를 적용하되 현
장여건별로 현저히 변화가 예상되는 부분이나
별도의 지하수위 저하대책을 강구할 경우에는
그것에 따르도록 한다.
(3) 실제 조사수위 적용시 실수위조사 철저
(4) 수압 산정에 적용하는 조사수위는 조사시
기가 갈수기인 경우에는 우기시를 고려하여 적
정한 보정을 하여 적용한다.
2.1.8 부 력
(1) 지하차도 구조물 설계시 부력에 대한 안정
성 여부를 검토한다.
(2) 부력에 대한 안전여부는 공사중과 완공후
로 구분하여 검토하며, 공사중에 공사단계별조
건 중에서 가장 위험한 조건에서 검토하며, 완
공후의 안전검토는 (3)항의 기준에 의한다.

(가) 부 력
부력(U)은 구조물 바닥폭(B) 전면에 수압(u)
을 균등하게 작용시킨다.
U= γ w․hs․B (식 704.31)
(u = γ w hs)
여기서,
Ｕ : 부력 (kN/m)
γw : 물의 단위중량 (kN/㎥)
hs : 지하수의 심도(m)
B : 구조물에 작용하는 부력의 폭(m)
(나) 저항력
(a) 부력에 대한 저항력(R)은 고정하중인 구체
자중 및 상재 고정하중과 측면 마찰력(F)의 총
합으로 한다.
(b) 구체자중은 구조물자중 만을 고려하는 것
을 원칙으로 한다.
(c) 상재고정하중은 포장하중과 지하수의 영향
을 고려하여 구한다.
(d) 지하수위 이하의 토피하중은 지하수위 이
하 흙의 단위중량(γsub)을 기준으로 하고 연직수압은 추가로 고려한다.

위 두 가지를 모두 검토한다.
(d) 부력에 대한 안전율 부족시에는 전단키 설
치로 구조물 자체 중량 확보 방안, 부력방지
앵커설치, 영구배수공법 등과 같은 별도의 필
요한 조치를 한다.
(e) 영구 구조물에서 부력방지용 인장말뚝 설
치시에는 인장말뚝의 앵커인장력을 구조 계산
시 고려한다.

온도변화
온도변화의 표준은 공사중과 완공후로 분리
하여 검토한다.
복토후 토피가 1.0m 이상일 경우에는 온도변
화를 고려치 않으며, 토피가 1.0m이하일 경우
에는 다음 식에 따른다.

t=α×t0 (식 704.35)
t : 박스 구조물 상부 슬래브에 작용하는 온도변화
α : 토피 심도에 따른 저감률
α = 1 – h0 (h0 : 토피심도)
t0 : 지표면에서의 기본온도 변화
상부 슬래브 70cm 이상인 경우 t0 = ±10℃
상부 슬래브 70cm 미만인 경우 t0 = ±15℃

지진하중, 설하중, 지반변동, 지점
이동
(1) 지진하중 : 본 편람 704.6 내진설계 참조
(2) 설하중 : [도․설 2.1.14] 참조
(3) 지반변동 및 지점이동 : [도․설 2.1.15] 참
조
2.1.11 가설시 하중
(1) 시공시에 완공 후 보다 불리한 하중이 작용한다면 시공시 하중을 고려한다.
특히, 복층 구조물, 환기구, 집수정 등의 중
간슬래브 설계시에는 중간슬래브가 상부슬래브
콘크리트 타설 하중을 지지할 수 있도록 고려
한다.
(2) 가설시 하중은 가설 단계별 가설방법 및
구조를 고려하여 자중, 가설장비, 기자재, 바람,
지진의 영향 등을 고려한다. [도ㆍ설 2.1.18 참
조]

기타하중
상기 하중 이외의 하중을 고려할 필요가 있
는 경우에는 그 상황에 따라 정한다.

하중조합
2.2.1 소요강도
(1) 철근콘크리트 구조물을 설계할 때에는 아
래에 제시된 하중계수와 하중조합을 모두 고려
하여 해당 구조물에 작용하는 최대 소요강도에
대하여 만족하도록 설계한다.
(식 704.36)
U= 1.2(D+F+T)+1.6(L+α HHv+Hh)
+0.5(L r 또는S 또는R)
(식 704.37)
U= 1.2D+1.6(L r 또는 S 또는 R) (식 704.38)
+(1.0L 또는 0.65W)
U=1.4(D+F+Hv)
(식 704.39)
U= 1.2D+1.3W+1.0L
+0.5(L r 또는S 또는R)
U=1.2D+1.0E+1.0L+0.2S (식 704.40)
U=1.2(D+F+T)+1.6(L+α HH v)
+0.8H h+0.5(L r 또는 S 또는 R)
(식 704.41)
U=0.9D+1.3W+1.6(α HHv+Hh) (식 704.42)

U=0.9D+1.0E+1.6(α HHv+Hh) (식 704.43)
여기서,
D : 고정하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
F : 유체의 밀도를 알 수 있고, 저장 유체의 높
이를 조절할 수 있는 유체의 중량 및 압력에
의한 하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
T : 온도, 크리프, 건조수축 및 부등침하의 영
향 등에 의해서 생기는 단면력
L : 활하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
α H : 토피의 두께에 따른 연직방향 하중 Hv에
대한 보정계수
h≤2m에 대해서, αH = 1.0
h＞2m에 대해서, αH = 1.05-0.025h≥0.875
Hv : 흙, 지하수 또는 기타 재료의 횡압력에
의한 연직방향 하중, 또는 이에 의해서 생
기는 단면력
Hh : 흙, 지하수 또는 기타 재료의 횡압력에
의한 수평방향 하중, 또는 이에 의해서 생
기는 단면력
Lr : 지붕활하중 또는 이에 의해서 생기는 단
면력
S : 적설하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
R : 강우하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
W : 풍하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
E : 지진하중 또는 이에 의해서 생기는 단면력
(2) 차고, 공공집회 장소 및 활하중(L)이
5.0kN/㎡ 이상인 모든 장소 이외에는 (식
704.38), (식 704.39) 및 (식 704.40)에서 활하중
L에 대한 하중계수를 0.5로 감소시킬 수 있다.
(3) (식 704.40)과 (식 704.43)에서 지진하중(E)
에 대하여 사용수준 지진력을 사용하는 경우에
는 1.0E 대신 1.4E를 사용한다.

(4) (식 704.42) 및 (식 704.43)에서 흙, 지하수
또는 기타 재료의 횡압력에 의한 하중 Hh와
Hv로 인한 하중효과가 W 또는 E로 인한 하중
효과를 상쇄시키는 경우에는 Hv와 Hh에 대한
하중계수를 0으로 한다. 만일 측면 토압이 다
른 하중에 의한 구조물의 거동을 감소시키는
저항효과를 준다면 이를 Hh에 포함시키지 않
아야 하지만 설계강도를 계산할 때에는 Hh의
효과를 고려한다.
(5) 구조물에 충격의 영향이 있는 경우 활하중
(L)을 충격효과가(I)가 포함된 (L+I)로 대체하여
상기 식들을 적용한다.
(6) 부등침하, 크리프, 건조수축, 팽창콘크리트
의 팽창량 및 온도변화는 사용구조물의 실제적
상황을 고려하여 계산한다.
(7) 포스트텐션 정착부 설계에 있어서 최대 프
리스트레싱 강재 긴장력에 대하여 하중계수
1.2를 적용한다.
2.2.2 설계강도
(1) 구조물의 부재, 부재간의 연결부 및 각 부
재 단면의 휨모멘트, 축력, 전단력, 비틀림모멘
트에 대한 설계강도는 이 기준의 규정과 가정
에 따라 정해지는 공칭강도에 다음의 강도감소
계수 φ를 곱한 값으로 한다.
(2) 강도감소계수
강도감소계수는 다음의 규정에 따라야 한다.
(가) 인장지배 단면 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.85

(나) 압축지배 단면
(a) 나선철근 규정에 따라 나선철근으로 보강
된 철근콘크리트 부재 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.70
(b) 그 외의 철근콘크리트 부재 ㆍㆍㆍ 0.65
(c) 공칭강도에서 최외단 인장철근의 순인장 변
형률( εt)이 압축지배와 인장지배 단면 사이일
경우에는, εt가 압축지배 변형률 한계에서
0.005로 증가함에 따라 φ값을 압축지배 단면에
대한 값에서 0.85까지 증가시킨다.
(다) 전단력과 비틀림모멘트 ㆍㆍㆍㆍㆍ 0.75
(라) 콘크리트의 지압력(포스트텐션 정착부나
스트럿-타이 모델은 제외) ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.65
(마) 포스트텐션 정착구역 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.85
(바) 스트럿-타이 모델에서
① 스트럿, 절점부 및 지압부 ㆍㆍㆍㆍㆍ 0.75
② 타이 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.85
(사) 긴장재 묻힘길이가 정착길이보다 작은 프
리텐션 부재의 휨 단면
(a) 부재의 단부에서 전달길이 단부까지ㆍㆍㆍ
ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ0.75
(b) 전달길이 단부에서 정착실이 단부사이의 φ
값은 0.75에서 0.85까지 선형적으로 증가시킨
다. 다만, 긴장재가 부재 단부까지 부착되지 않
은 경우에는, 부착력 저하 길이의 끝에서부터
긴장재가 매입된다고 가정한다.
(아) 무근콘크리트의 휨모멘트, 압축력, 전단력,
지압력 ㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍㆍ 0.55

재료의 특성
3.1 사용재료
3.1.1 콘크리트 재료
콘크리트 재료는 다음 각 항에 나타낸 재료
를 사용하는 것을 표준으로 한다.
(1) 시멘트는 원칙적으로 KS L 5201, KS L
5205, KS L 5210, KS L 5211 또는 KS L 5401
에 적합한 것이어야 한다.
(2) 물은 기름, 산, 염류, 유기물 등의 유해물을
포함하지 않은 것으로 한다.
(3) 잔골재는 깨끗하고 강하며 내구적이고, 적
절한 입도를 가지며 먼지, 흙, 유기불순물, 염
소이온 등의 유해물을 함유하여서는 안 된다.
(4) 굵은 골재는 깨끗하고 강하며 내구적이고,
적절한 입도를 가지며, 석면, 유기불순물, 염소
화이온 등의 유해물을 함유하여서는 안 된다.
(5) 혼화제로 사용할 AE제, 감수제, AE감수제
및 고성능 AE감수제는 KS F 2560에 적합한
것이어야 한다.
3.1.2 콘크리트 기준강도
(1) 콘크리트의 설계기준강도는 재령 28일의
강도를 기준으로 한다.
(2) 최저 설계기준강도
지하차도에 사용하는 구조물별 콘크리트 설
계기준강도는 <표 704.6>에 나타낸 값 이상으
로 하는 것이 바람직하다.

콘크리트의 허용응력
콘크리트에 작용되는 모든 응력은 다음 값을
초과해서는 안 된다.
(1) 허용휨응력
(가) 허용휨압축응력 : f ca=0.4f ck (식 704.44)
(나) 허용휨인장응력(무근확대기초와 벽체에서):
f ta =0.13 f ck (식 704.45)
(다) 휨강도(파괴계수)
보통콘크리트 : f r =0.63 f ck (식 704.46)
모래경량콘크리트 : f r =0.54 f ck (식 704.47)
전경량콘크리트 : f r =0.47 f ck (식 704.48)

(2) 허용압축응력(무근확대기초와 벽체에서) :
f ca =0.25f ck (식 704.49)
(3) 허용전단응력
(가) 보 및 일방향 전단(일방향 슬래브 및 확대
기초)

(a) 콘크리트의 허용전단응력 :

(b) 전단보강 부재의 최대허용전단응력 :

(나) 2방향 전단 (2방향 슬래브 및 확대기초)
(a) 콘크리트의 허용전단응력 :

(다) 경량골재콘크리트의 허용전단응력 (가),
(나)에 규정된 값의 70%를 취한다.
(4) 콘크리트의 허용지압응력
(가) 허용지압응력은 다음의 값으로 한다.

(나) 전면적이 경사진 면이거나 계단식일 경우
에는 지압면의 각 변 또는 경계면으로 부터 1
: 2 (수직1, 수평2)의 기울기로 경사면을 부재
단부까지 그려 지압면의 도심과 일치하는 가장
큰 닮은꼴을 그렸을 때의 피라미드형 각추대나
원추대의 면적을 전면적( Ac)으로 취한다.
(다) 처짐이나 편심하중으로 인하여 지압면 단
부에 큰 응력이 작용할 경우에는 지압면상의
허용지압응력은 (1)항의 값에 0.75를 곱한 값을 취한다.

철근의 강도
(1) 철근의 강도는 KS D (철근콘크리트용 봉
강)에 따라야 한다.
(2) 지하구조물에 사용되는 철근의 종류는 SD
400이하로 하는 것이 바람직하다.
(3) 프리스트레싱 긴장재를 제외하고는 철근의
설계기준항복강도 fy는 550MPa를 초과하지 않
아야 한다.
3.1.5 철근의 항복점 응력
철근 종류별 항복점 응력은 <표 704.7>에 표
시한 값으로 한다.

재료의 물리상수
(1) 콘크리트의 탄성계수
(가) 콘크리트의 할선탄성계수는 콘크리트의
단위질량( mc)이 1,450～2,500kg/㎥인 콘크리트
의 경우 (식 704.54)에 따라 계산할 수 있다.

(나) 다만, 보통골재를 사용한 콘크리트( mc =
2,300kg/㎥)의 경우는 (식 704.55)을 이용할 수 있다.

(다) 크리프 계산에 사용되는 콘크리트의 초기
접선탄성계수와 할선탄성계수와의 관계는 (식
704.57)과 같다.
Ec=0.85Eci (식 704.57)
콘크리트의 전단탄성계수 Gc는 다음 (식
704.58)의 값을 표준으로 한다.
G c=E c / 2(1+ν) (MPa) (식 704.58)
여기서, 포아송비 (ν) = 1 / 6
(2) 철근의 탄성계수
철근의 탄성계수는 다음 값을 표준으로 한다.
E s=200,000 (MPa) (식 704.59)
(3) 긴장재의 탄성계수는 실험에 의하여 결정
하거나 제조자에 의하여 주어지는 것이 원칙이
지만, 그렇지 않은 경우 다음 (식 704.60)의 값
을 표준으로 한다.
E ps=200,000 (MPa) (식 704.60)
(4) 형강의 탄성계수는 다음 (식 704.61)의 값을
표준으로 한다.
E ss=210,000 (MPa) (식 704.61)