밑면전단력 (base shear)
쉽게 풀면
지진이 나면 땅이 흔들리면서 건물에는 옆으로 미는 힘이 생깁니다. 이 힘을 건물 맨 아래 기초 높이에서 모두 합한 값이 밑면전단력입니다. 내진설계는 보통 이 값을 먼저 구한 뒤, 그것을 각 층에 나누어 분배해서 기둥과 벽이 얼마나 튼튼해야 하는지를 정합니다. 즉 지진하중 계산의 출발점이자 총량에 해당합니다.
왜 중요한가
밑면전단력은 건물의 무게, 지반 조건, 고유주기, 구조형식의 연성 능력이 한 값으로 압축된 결과여서 내진설계 전체의 규모를 결정합니다. 설계기준이 바뀌면 이 값의 산정식이 바뀌고, 그에 따라 기존 건물의 내진성능 평가 결과도 달라집니다. 그래서 내진 관련 논문에서는 기준별 밑면전단력 비교가 자주 등장합니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
설계기준 개정이 요구 지진력의 총량을 바꾸고, 그것이 보강 판단으로 이어진다는 흐름을 보여 줍니다.
밑면전단력이 층별 하중 분배와 변위 검토의 입력값으로 쓰이는 전형적인 절차를 설명한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
밑면전단력은 대개 유효 건물 중량에 지진응답계수를 곱해 구하며, 이 계수는 지반증폭 특성과 고유주기, 그리고 구조물이 소성 변형으로 에너지를 흡수하는 능력을 반영한 반응수정계수로 조정됩니다. 연성이 좋은 구조형식일수록 반응수정계수가 커서 설계용 밑면전단력은 작아지지만, 대신 상세한 연성 상세가 요구됩니다. 정밀한 검토에서는 응답스펙트럼 해석이나 시간이력해석으로 구한 값과 비교해 등가정적법의 타당성을 확인합니다.
주의할 점
밑면전단력은 설계를 위해 단순화한 등가정적 하중이지, 지진 중 실제로 발생하는 최대 힘 그 자체가 아닙니다. 지진하중이 지진에 의한 하중 전반을 가리키는 말이라면, 밑면전단력은 그 하중을 기초면에서 합산한 총량이라는 점에서 범위가 다릅니다.