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설계 기준 기간, 설계 사용 수명, 반환 기간 - 명확하게 구분하시나요?

2023-04-28
설계 기준 주기, 설계 내용연수, 그리고 재현 주기는 구조 엔지니어들이 흔히 접하는 세 가지 개념입니다. 엔지니어링 구조물의 신뢰성 설계를 위한 통합 표준(Unified Standard for Reliability Design of Engineering Structures)은
"표준"(이하 "표준") 2장 "용어"에는 설계기준기간과 설계수명의 정의가 나열되어 있지만, 이 둘의 차이점은 무엇인지, 아직도 많은 사람들이 약간 혼란스러워하고 있을 것으로 추정됩니다.

1. 반품 기간
본론으로 들어가기 전에 "재현 기간"에 대해 살펴보겠습니다. 이전 글에서 50년에 한 번은 50년에 한 번인가요? ——구조 엔지니어가 알아야 할 풍속의 네 번째 상식에서 언급했듯이, 하중의 재현 기간은 "사건 발생 또는 발생 사이의 평균 시간 간격"을 의미하며, "년" 단위로 측정된 재현 기간과 하중의 연간 초과 확률은 반비례합니다. 예를 들어, 재현 기간이 50년인 풍하중의 경우 연간 초과 확률은 2%이고, 재현 기간이 100년인 풍하중의 경우 연간 초과 확률은 1%입니다.

연간 초과 확률이 p인 풍하중에 대해, 특정 연도의 풍속을 초과하지 않을 확률은 1-p이고, N년 후의 풍속을 초과하지 않을 확률은 (1-p)의 N승입니다. 따라서 N년 후의 풍속 초과 확률은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다.

이 공식에 따르면 50년 재현 기간의 풍하중에 대해 연간 초과 확률은 p=2%이고 50년 이내의 초과 확률은 다음과 같습니다.

100년 초월 확률은 다음과 같이 증가합니다.

그리고 200년 후에는 이를 능가할 확률이 다음과 같습니다.


2. 설계 기준 기간
위의 예에서 알 수 있듯이, 가변 하중의 경우, 해당 시간 길이를 언급하지 않고 초과 확률만 언급하는 것은 무의미합니다. 결국 사람들은 장기적으로 사망하고, 가변 하중을 초과할 확률은 100%에 가깝고, 건물은 붕괴될 것입니다(붕괴 전에 철거되지 않는 한). 따라서 측정 기준을 통일하기 위해서는 가변 하중 값에 대한 시간 매개변수로 통일된 시간 척도를 지정해야 합니다. 이 시간 척도가 바로 "설계 기준 기간"입니다.

"건축 구조물의 하중 기준" 제3.1.3조는 "변동 하중의 대표값을 결정할 때 50년 설계 기준 기간을 적용해야 한다"고 규정하고 있습니다. 이는 강행규정입니다. 강행규정인 이유는 "규칙도 없고, 사각지대도 없다"는 것입니다. 시간적 기준을 정하지 않고는 구조물의 하중 초과 확률과 신뢰도 지수(파괴 확률)를 논하는 것은 무의미하기 때문입니다.




 
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