물탱크 내진설계 안전확인이 필수?

 

이제 물탱크(저수조)에 대한 내진 안전확인은 필수입니다.

 

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요약

변경사항	근거
물탱크는 '건물외구조물'로서 내진설계를 수행하여야 함. (소화수조만을 대상으로 한정하지 않음)	국토교통부 시행문서 「건축안전과-1132 (2020.06.10.)」
방파판 설치는 더이상 의무사항이 아님.	「소방시설의 내진설계 기준」 소방청고시 제2021-15호, 2021. 2. 19. 제4조 제1호 내용이 개정되어 삭제됨
수조는 기초(패드포함), 본체 및 연결부분의 구조안전성을 확인해야 함.	「소방시설의 내진설계 기준」 소방청고시 제2021-15호, 2021. 2. 19. 제4조 제1호 내용이 개정되어 기재됨

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지금까지 그리고 앞으로

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지금까진 물탱크에 대한 내진 안전확인을 대부분 이행하지 않은 현장이 대부분이었습니다.

내진설계 안전확인을 해야하는 대상인지 몰라서 안한 이유가 가장 많았겠죠. 그리고 의뢰하는 비용을 아껴보려는 이유도 있겠고, 안전확인 결과 부적합으로 나오는 것이 두려워서일 수도 있겠고, 또 늘상 사용하던 자재가 변경될 수도 있다는 우려 때문일 수도 있습니다.

그러나 얼마되지 않는 검토비용을 아끼는 것이 건축주나 사용자들의 안전보다 더 중요할 수는 없겠죠.

 

물탱크를 비구조요소로 잘못 인식하고 있어서 내진등급이 높지않은 건물에서는 내진 안전확인을 안해도 되는 것으로 오인하고 있는데요.

참고로 물탱크가 속한다고 잘못 알고 있는 비구조요소 대상에 대한 기준 내용은 아래와 같습니다.

건축물 내진설계기준 KDS 41 17 00 18.1.1 적용범위 다음의 비구조요소는 18장의 규정에 따라 내진설계가 수행되어야 한다. (1) 중요도계수가 1.5인 비구조요소 (2) 파라펫, 건물외부의 치장 벽돌 및 외부치장마감석재 위의 규정에 속하지 않는 비구조요소의 내진설계 여부는 건축주와의 협의에 따른다. 다만, 다음에 해당하는 전기 및 기계비구조요소는 이 조항을 적용하지 않는다. (1) 중요도계수 가 1.0이면서 바닥으로부터 설치높이 1.2m 이하, 중량 1,800N 이하이고 덕트나 파이프와의 연결부가 유연한 재료로 구성되어 있는 경우 (2) 중량 100N 이하, 단위길이당 중량이 70 N/m 이하인 경우 18.1.2 중요도계수 비구조요소의 중요도계수 는 1.0으로 한다. 단, 다음에 해당할 경우 를 1.5로 한다. (1) 소화배관과 스프링클러 시스템 등 인명안전을 위해 지진 후에도 반드시 기능하여야 하는 비구조요소. 또한 피난경로상의 계단, 캐노피, 비상유도등, 중량칸막이벽 등 손상시 피난경로확보에 지장을 주는 비구조요소와 대형 창고형 매장 등에 설치되어 일반대중에게 개방된 적재장치 (2) 규정된 저장용량 이상의 독성, 맹독성, 폭발위험 물질을 저장하거나 지지하는 비구조요소 (3) 표 2.2-1의 내진특등급에 해당하는 구조물에서 시설물의 지속적인 기능수행을 위해 필요하거나 손상시 시설물의 지속적인 가동에 지장을 줄 수 있는 비구조요소

 

각 지자체 인허가권자들도 지금까지 물탱크가 내진 안전확인 대상인지의 여부에 대해 혼선이 있었다고 보입니다.

서울시에서 국토교통부에 물탱크 내진설계(안전확인) 여부에 대한 법령의 해석을 요청하였고 2020년 6월 10일자에 '물탱크는 건축물 내진설계기준 19장 건물외구조물로서 내진설계를 수행해야 한다'고 해석하였습니다.

이에 서울시는 각 관할구청에 아래와 같이 시행공문(건축기획과-11277)을 하달하였습니다.

[서울시 및 국토교통부 관련문서 링크]

「건축물 내진설계기준」알림(건물외구조물 내진설계)

공문의 주요내용은 아래와 같습니다. 원문은 위의 링크에서 확인하세요. ㅇ. 사업계획승인 및 건축인허가 시 건물외구조물(물탱크 등)의 내진설계 이행 철저 확인. ㅇ. 물탱크 등(건물외구조물)의 내진성능 확보를 위해 「건축물 내진설계기준(KDS 411700),19장, 건물외구조물」의 규정에 부합되는 설계를 하여야 함. ㅇ. “구조안전 및 내진설계 확인서” 17)특기사항 란에 관련 사항 기재 할 것. ㅇ. 건축기획과(건축관리팀)에서 건축허가표준안내문 수정 예정에 있으며, 수정안이 자치구에 시달되기 전까지 물탱크 내진설계에 관한 사항을 건축관계자(건축주, 설계자, 시공자, 감리자)에게 안내하시고 내용을 반드시 숙지시켜주시기 바랍니다.

 

서울시 뿐만 아니라, 인천시에서도 이러한 취지의 공문이 각 구청에 시달되었고,

앞으로 전국적으로 많은 지자체에서도 이를 인지하고, 물탱크의 내진안전에 대한 확인이 강화될 것으로 보입니다.

 

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편법과, 편법이 안되는 이유

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지금까지 현장에서 내진 안전확인을 회피하는 나름의 편법으로 대표적인 세가지가 있었는데요. 이에 대해 왜 안되는 이유를 소개합니다.

 

편법	안되는 이유
① 물탱크는 KDS 41 17 00, 18장 비구조요소 내용 중 18.1.2.(3)항의 비구조요소로서 시설물의 지속적인 기능수행을 위해 필요한 것인데, 건물이 내진'특'등급에 해당하지 않으면 내진설계 대상이 아니지 않느냐.	KDS 41 17 00, 18.1 비구조요소 일반사항에는 '건물외구조물(창고용 선반과 탱크 포함)은 19장(건물외구조물)의 규정에 따라 설계된다.'라고 명시되어 있습니다. 물탱크를 비구조요소로 오인한다면 내진'특'등급에 해당하는 경우에만 적용해도 된다고 생각할 수 있지만, 물탱크는 건물외구조물이므로 내진등급과 상관없이 모두 내진설계 대상입니다. 건물외구조물이란 건물 외부의 구조물이 아니라, 건물의 주요구조 이외의 구조물입니다.
② KDS 41 17 00기준 18.1.2.(1)항의 인명안전을 위해 지진 후에도 반드시 기능을 유지해야하는 비구조요소로서 물탱크는 해당하지 않는다고 보아서 물탱크와 소화수조를 분리하여 따로 설계하면 물탱크는 내진 안전확인 대상이 아니지 않느냐.	KDS 41 17 00, 표18.3-1 건축비구조요소 및 표18.4-1 기계 및 전기비구조요소에 대한 설계계수에 물탱크와 관련한 항목이 없으며,  표19.3-2 건물과 유사하지 않은 건물외구조물의 설계계수에 여러 조건의 탱크 및 저장용기가 명시되어 있으므로 건물외구조물임을 다시한번 확인할 수 있으며, 건물중요도와 상관 없이 모두 내진설계 대상입니다.
③ 물탱크 속 방파판을 설치하면 내진성능을 갖춘 것 아니냐.	방파판 설치는 슬로싱(출렁거림)효과를 낮추는 기능만 하므로 물탱크 상판의 안전성에 기여하는 바는 있습니다. 그러나 슬로싱효과에 대한 여유고를 계산하여 유지관리상 최고수위를 설정하면 방파판 설치는 불필요할 수 있습니다. 방파판이 상시 정수압을 낮추는 기능은 없고, 수평방향으로 작용하는 전체 설계지진하중을 경감시키는 효과도 없습니다.

 

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물탱크, 내진안전을 확인하는 시기

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서울시에서 물탱크는  '「구조안전 및 내진설계 확인서」 17)특이사항 란에 관련 사항이 기재될 수 있도록 시행'으로 되어 있는데, 이 문구를 적극적으로 받아들인다면, 설계 때 물탱크도 내진설계를 완료하라는 것 같기도 하고, 소극적으로 받아들인다면 비구조요소와 같이 해당유무만 특이사항에 기재하고 공사단계에서 내진검토를 받아도 되는 것 같기도 합니다. 이에 대해 확실하게 구체적인 내용이 공문에서도 명시되지 않았죠.

 

대부분 설계단계에서는 물탱크의 위치와 용량만 반영하여 그 하중에 건물 주요구조물이 안전하도록 구조설계를 합니다. 물탱크를 구성하는 부재와 부속품에 대한 정확한 규격과 구성은 전체 착공 이후에 이것을 시공할 전문업체가 선정된 이후에나 확정됩니다. 통상 설계단계에서 특정 제품을 정하는 것이 불공정에 해당하여 기피하는 것이 보통이고, 설령 앞서나가 제품을 정하여도 전문업체가 선정된 후에 자체 기술력이 반영된 계획안으로 변경될 가능성이 농후합니다. 전문업체별로 공급가능한 판넬규격이 다를 수 있고, 보강형식도 외부형, 내부형, 내부환봉형 등 다양하기 때문입니다.  

 

따라서 비구조요소와 같이 특기사항란에 '해당건물에 물탱크가 계획되어 있고, 공사단계에서 내진안전을 확인해야 한다'는 취지를 「구조안전 및 내진설계 확인서」에 기재하고, 공사단계에서 전문업체가 시공상세계획도를 작성시 구체적으로 계획한 부재 및 구성에 대해 내진검토 및 안전확인을 받아 감리단에 제출하고, 인허가권자는 사용승인(준공허가)시 그 자료여부 및 내용을 확인하는 것이 타당할 것으로 사료됩니다.

 

〈구조안전 및 내진설계 확인서 - 건물외구조물 물탱크 관련내용 작성예시〉

 

그러나 무엇보다 각 지자체 인허가권자(소화수조인 경우는 소방서)에게 물탱크가 내진 안전확인 대상인지, 내진검토를 어느 단계에서 확보해야 하는지, 설계단계에서 확정이 안된 경우에는 공사단계에서 확인하는 절차상 제출할 서류가 무엇인지를 정확하게 확인하는 것이 가장 중요합니다.

추후 사용승인(준공허가)시 서류보완을 요구한다면 준공이 지연되는 상황이 발생할 수도 있습니다.

해당 전문업체, 대표시공사, 감리단이 미리미리 확실하게 확인하여 준비한다면 불미스럽고 부담되는 상황을 예방할 수 있겠죠.

이미 시공된 내용에 대해서도 검토는 가능하겠지만, 조치하기 힘든 보강이 발생할 수도 있으니, 물탱크 및 기초패드 시공전에 검토 받은 후에 부담없이 시공하는 것이 타당하겠죠.

 

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물탱크 내진검토

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내진검토시 물탱크, 하부 강재프레임, 앵커볼트, 기초콘크리트패드에 대하여 검토합니다.

즉 건물외구조물(물탱크)과 이를 받치는 지지구조물(하부 강재프레임, 앵커볼트, 기초콘크리트패드)을 모두 검토해야 합니다. 2021년 2월 19일자에 개정된 「소방시설의 내진설계 기준」에는 종래의 방파판 설치 의무내용이 삭제되고 기초(패드포함), 본체 및 연결부분의 구조안전성을 확인하도록 변경되었습니다.

제4조(수원) 수조는 다음 각 호의 기준에 따라 설치하여야 한다. 1. 수조는 지진에 의하여 손상되거나 과도한 변위가 발생하지 않도록 기초(패드포함), 본체 및 연결부분의 구조안전성을 확인하여야 한다. 2. 수조는 건축물의 구조부재나 구조부재와 연결된 수조 기초부(패드)에 고정하여 지진 시 파손(손상), 변형, 이동, 전도 등이 발생하지 않아야 한다.

물탱크에 작용하는 하중에는 유체하중, 작업활하중, 지진하중이 기본이고, 옥외에 설치하는 경우에는 적설하중과 풍하중도 함께 고려합니다.

건물외구조물 하중이 건물외구조물과 지지구조물을 합한 전체 하중의 25% 미만이면 비교적 간단하게 비구조요소의 등가정적하중으로 계산할 수 있습니다. 계산법을 간단한 비구조요소 편을 인용해도 무방하다는 것이지, 물탱크가 비구조요소라는 것은 아닙니다.

특별하게 물탱크 용량이 작거나, 지지구조체가 지나치게 큰 경우를 제외하고 대부분의 물탱크 내용중량 등은 건물외구조물과 지지구조물을 합한 전체 하중의 25% 이상이므로 KDS 41 17 00 기준 19.2.2와 19.6.2에 따라 지진하중을 산정합니다. 또한 물탱크는 내용물의 특성상 고유주기가 거의 대부분 0.06초를 훨씬 넘는 장주기에 속하므로 유체에 대한 대류성분과 충격성분을 분리하여 고유주기를 산정하고, 각각의 모드주기가 완전분리된 경우에는 두 하중효과를 직접합이나 SRSS으로 합산합니다. 각각의 모드주기에서 커플링이 발생하면 더욱 불리하게 CQC로 합산합니다.

이 절차는 몇 년 전까지 소화수전이나 물탱크 검토할 때, 사용하던 일본의 'FRP수조 구조계산법'과는 확연히 다릅니다. 

 

〈건물외구조물 [물탱크] 내진안전확인서 - 작성예시〉

 

〈건물외구조물 [물탱크] 구조검토서 - 작성예시〉

 

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문의하실 곳 : 코어건축구조기술사사무소

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