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Special Issue

Protective Facility. 13 May 2025. 71-81
https://doi.org/10.23310/PF.2025.2.2.071

Protective Facility Standard and Blast-proof Facility Design Standards

방호시설기준 및 방폭시설설계기준
Hong-Gun Park1
,
Jang-Woon Baek2*
박 홍근1
,
백 장운2*
1Professor, Department of Architecture and Architectural Engineering, Seoul National University, Seoul, 08826, Rep. of Korea
2Associate Professor, Department of Architectural Engineering, Kyung Hee University, Yongin, Gyeonggi, 17104, Rep. of Korea
1서울대학교 건축학부 교수
2경희대학교 건축공학과 부교수
*Corresponding Author

ⓒ 2025 Korea Protective Facility Institute

License (open-access, http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/):

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/), which permits unrestricted non-commercial use, distribution and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

ABSTRACT

With the increasing threat of localized conflicts and full-scale wars due to global geopolitical tensions—including the ongoing wars in Ukraine and the Middle East, North Korea’s nuclear threats, and China's expansionist policies—the importance of protective facilities for civilians and public infrastructure has become paramount. In South Korea, where over half of the population resides near the demilitarized zone, civil protection during wartime is a critical national concern. While there are over 14,000 designated civilian shelters, most lack sufficient protective capabilities, particularly against nuclear or high-explosive attacks. This study introduces the newly developed Standards for Protective Facilities and Explosion-Proof Facility Design Standards, published by the Korean Society of Protective Facilities Engineering. The standards aim to provide unified guidelines for designing, assessing, and upgrading both new and existing civil and public protective structures. The paper outlines structural performance levels required for various protection grades, explains simplified blast load models, and details the design procedures for reinforced concrete protective structures under explosive loads. It also includes practical classification criteria for blast damage levels and introduces methods for pressure-time response analysis, dynamic load amplification, and structural detailing strategies to ensure occupant safety and functionality under attack scenarios. These standards are expected to serve as essential tools in enhancing national civil defense infrastructure in a cost-effective and scalable manner.

Keywords
Protective Facility Standard
Blast-proof Facility Design Standards
Protection Grade
Blast Load
Dynamic Load Factor (DLF)

우크라이나 및 중동 전쟁, 북한의 핵 위협, 중국의 팽창 정책 등으로 인해 전 세계적으로 지정학적 긴장이 고조되면서 국지전 및 전면전에 대한 위협이 증가하고 있다. 이러한 상황 속에서 민간인과 공공 인프라를 위한 방호시설의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 특히 인구의 절반 이상이 비무장지대 인근 수도권에 밀집해 있는 대한민국의 경우, 전시 민간 보호는 국가적 과제로 대두되고 있다. 현재 국내에 지정된 민간 대피시설은 14,000여 개에 달하지만, 대부분이 핵이나 고성능 폭발물에 대한 방호능력을 갖추지 못한 실정이다. 본 논문에서는 (사)한국방호시설학회에서 제정한 「방호시설기준」 및 「방폭시설설계기준」을 소개하고자 한다. 이 기준은 민간 및 공공의 신축·기존 구조물에 대한 통합적 설계·평가 및 보강 지침을 제공함으로써 실질적인 방호능력 향상을 목적으로 한다. 본 논문에서는 방호등급별 구조 성능 요구사항, 폭발하중의 간단화 모델, 철근콘크리트 방호구조의 설계 절차를 중심으로 기술하고 있으며, 손상 수준의 분류 체계, 폭압-시간 응답 해석, 동적증폭계수(DLF)의 적용, 그리고 구조 상세 설계방안을 포함한다. 이 기준은 비용 효율적이며 확장 가능한 방호 인프라 구축을 위한 실질적 도구로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

키워드
방호시설기준
방폭시설설계기준
방호등급
폭발하중
동적증폭계수

MAIN

  • 1. 서 론

  • 2. 폭발하중 간단 설계 모델

  •   2.1 건축물의 방호등급과 방호시설의 요구수준

  •   2.2 방폭요구성능

  • 3. 방폭시설 설계기준

  •   3.1 폭발의 영향

  •   3.2 방호구조의 종류 및 요구사항

  •   3.3 방폭설계의 절차

  •   3.4 폭발압력의 계산

  •   3.5 폭발하중의 계산 및 구조해석

  •   3.6 철근콘크리트구조의 설계

  •   3.7 설계의 검증

  • 4. 결 론

1. 서 론

현재 우크라이나 전쟁, 중동 전쟁, 북핵 위기와 중국의 팽창정책으로 인한 동북아정세 불안정 등으로 인하여, 국지전 또는 전면전의 위협이 날로 증대하고 있다. 우리나라에서도 국방강화정책을 통하여 군의 공수능력을 향상시켜왔다. 그러나 현재의 전쟁상황에서 보듯이 최근 전쟁은 전후방이 따로 없으며, 후방 민간인명 및 경제시설의 유지여부에 따라서 전쟁의 성패가 판가름될 수 있다. 특히 우리나라의 경우에는 국민의 절반이 휴전선과 지근거리의 수도권에 살고 있어서 전쟁상황에서 민간인 및 시설의 피해방지가 매우 절실하다.

국내에는 14,000개의 민간대피시설이 있다고 알려져 있다. 국가 주요 공공시설의 경우에는 방호시설의 설치가 의무화 되어 있어서 이에 따라 방호시설을 구축하고 있다. 그러나 민간대피시설의 경우에는 방호능력에 대한 점검이 되어 있지 않다. 일각의 보도에 의하면 핵방호능력을 가진 민간대피시설은 1 %에도 미치지 못하는 것으로 알려져 있다. 특히, 북핵공격시에 이러한 민간대피시설로 민간인들의 이동은 거의 불가능한 상태이다. 전쟁상황에서는 근접거리 또는 본인의 거주지에 대피시설이 있어야 신속한 대응이 필요하다. 이스라엘의 주거대피시설이 대표적이며, 핀란드의 경우에는 국민의 80 %를 수용할 수 있는 핵방호대피시설을 마련하고 있어서 우리나라와 대비된다.

방호시설에 대한 우리나라의 또하나의 문제점은 민간 및 공공 방호시설을 설계/시공할 때 참고할 만한 기준이나 시방서가 마련되어 있지 않다는 점이다. 이는 신축설계에서도 중요하지만, 우리나라와 같이 많은 지하시설을 가지고 있는 건물에서는 지하층에 상당한 방호능력을 가지고 있을 것으로 판단되며, 따라서 기존시설의 방호능력의 평가와 적절한 보강을 한다면, 충분히 경제적으로 많은 방호시설의 구축이 가능하다.

이러한 관점에서 한국방호시설학회에서는 민간 및 공공의 방호시설구축을 위한 「방호시설기준」, 「방폭시설설계기준」을 발간하게 되었다(Fig. 1)(KPFI, 2025). 학회에서는 방호시설기준을 중심으로 방폭시설설계기준 외에도, 화생방방호설계기준, 전자파방호설계기준을 개발하여 발간할 예정이며, 산업방호시설 설계기준도 개발할 계획이다.

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Fig. 1

Protective facility standard/Blast-proof facility design standards and examples (KPFI, 2025)

2. 폭발하중 간단 설계 모델

2.1 건축물의 방호등급과 방호시설의 요구수준

방호시설기준(KPFI, 2025)은 제1장 총칙, 제2장 방호등급, 제3장 방폭요구성능, 제4장 화생방 방호 요구성능, 제5장 전자파 방호 요구성능, 제6장 방호시설 건축계획, 제7장 실험적 검증 요구사항으로 구성되어 있다.

방호시설기준과 관련된 학회 기준들은 민간 및 공공시설의 신축/증개축사업 시 방호설계/시공에 적용하며, 또한 기존 시설의 방호성능평가에도 사용할 수 있다. 이 기준의 적용은 발주처 또는 국가 및 지방자치단체가 방호성능을 요구하는 시설물 또는 시설물 내의 일부에 한한다.

발주처가 방호성능을 요구하는 경우에 Table 1에 따라 해당 건축물과 시설물에 방호등급이 부여된다. 공공 긴급대피수용시설로 지정된 건축물은 방호1등급으로 분류된다. 건축물에 부속된 방호시설은 해당 건축물의 방호등급에 따르며, 방호시설의 유지에 관련된 시설물, 설비, 비구조재는 방호시설의 등급에 따른다.

Table 1.

Protection grades by type of building

Protection grade Type of building
Special Grade (1) Facilities storing and handling hazardous materials with a total floor area of 1,000 m2 or more
(2) Government or local government facilities such as the Office of the President, Ministry of Foreign Affairs, Fire Stations, Power Plants, Broadcasting Stations, Telecommunication Offices, and Data Centers with a total floor area of 1,000 m2 or more
(3) General hospitals or hospitals with operating rooms or emergency facilities
(4) Auxiliary buildings and structures required to maintain the function of buildings classified as highly important
Grade 1 (1) Facilities storing and handling hazardous materials with a total floor area less than 1,000 m2
(2) Government or local government facilities (same as Special Grade) with a total floor area less than 1,000 m2
(3) Large-scale public buildings with floor area over 5,000 m2 such as auditoriums, convention halls, stadiums, exhibition centers, retail facilities, and transport facilities (excluding freight terminals and delivery centers)
(4) Childcare centers, elderly care centers, welfare facilities, and community service centers
(5) Lodging facilities with 5 or more stories including hotels, officetels, dormitories, and apartments
(6) Schools
(7) Hospitals without operating rooms or emergency facilities, and other medical facilities over 1,000 m2 not classified as Special Grade
(8) Buildings designated as public emergency shelters
Grade 2 Buildings and facilities not falling under Special Grade or Grade 1

민간 건축물내에 전쟁대비 방호시설을 설치하는 경우 해당 방호시설은 Table 2와 같은 방호 요구수준을 적용할 수 있다.

방폭요구수준에서는 일반적인 TNT 폭약의 지면폭발을 고려한다. 여기서 정의하는 TNT무게와 폭발이격거리는 특정한 폭발물이나 폭발거리를 지정하기 보다는 건물설계를 위하여 그와 동등한 폭발압력을 정의하기 위함이다. 폭발물의 종류, 무게, 폭발이격거리를 특정할 수 있는 경우에는 해당조건을 적용한다. 민간건물의 경우 불특정다수에 대한 피해로서 피폭확률이 동일하므로 방호등급에 관계없이 동일한 폭탄무게로 정의되며, 요구성능의 수준은 방호등급에 따른 중요도 및 요구성능을 고려하여 정의된다.

Table 2.

Required performance levels of protective facilities by building Protection Grade

Building Protection Grade Type of building belonging to protective facility Blast Chemical Radiation EMP
TNT equivalent weight Standoff distance (m) Required performance Protection duration Required performance Protection duration Required performance Required performance (dB)
Special Grade Hazardous material storage, public institutions, general hospitals (≥ 1,000 m2) 250 kg (550 lb) 15.0 Minor damage suppression 2 weeks Contamination prevention 2 weeks Contamination prevention 60
Grade 1 Hazardous material storage, public institutions (< 1,000 m2), general hospitals, apartments (≥ 5 stories), schools, emergency shelters 250 kg (550 lb) 15.0 Severe damage suppression 1 week 2 weeks 40
Grade 2 Buildings and facilities not classified as Special Grade or Grade 1 250 kg (550 lb) 15.0 Protection of human life 3 days - - -

방폭요구성능은 다음과 같이 정의된다: ‘인명보호’는 구조부재의 붕괴, 파편의 관통 등으로 인한 인명피해를 방지하는 요구성능수준이다. 구조물과 부재의 심한손상은 허용된다. ‘심한손상억제’는 다수인명의 피해를 방지하기 위한 구조물의 요구사항이외에 긴급대피시설에 요구되는 비구조재 및 설비의 요구사항을 만족해야 한다. 인명안전에 영향을 미치지 않는 구조물과 부재의 손상은 허용된다. ‘경미손상억제’는 긴급상황 이후에 인명안전 뿐만 아니라 시설에 요구되는 사용성능을 유지할 수 있어야 한다. 구조물의 사용성능에 영향을 미칠 수 있는 구조물과 부재의 손상은 억제되어야 한다.

핵방호 및 방사능방호가 필요한 경우 방호시설은 지하에 설치해야 한다. 방폭성능과 화생방 방호성능이 동시에 요구되는 경우에는 방폭성능은 경미손상억제 수준을 만족해야 한다. 발주처가 요구하는 경우, 전문가의 검토에 따라서 요구성능을 별도로 정할 수 있다. 산업폭발 및 대테러 방호시설에 대한 요구사항은 발주처의 요구에 따라서 별도로 정한다.

2.2 방폭요구성능

폭발하중의 정의는 시설물에 피해를 줄 수 있는 폭발물(TNT)의 파괴력과 폭발이 발생하는 위치(시설물로부터 떨어진 위치)에 근거하여 결정된 폭압의 크기와 충격량으로 정한다. 민간방호시설의 경우 폭탄에 의한 직접타격은 고려하지 않는다.

방폭설계를 위한 방폭방호수준은 A(경미한손상), B(심한손상), C(인명안전)로 구분되며 방호수준별 요구되는 성능은 Table 3에 따른다.

Table 3.

Definition of protection levels for blast-resistant design

Protection level Required performance Protection grade
A (Minor damage) - Minor local damage to the structure
- Crack width less than 0.3 mm
- No visible deformation in structural members
- Continued functional use possible
- No permanent deformation of blast doors, operable
- No permanent deformation or cracking around blast windows or walls 		Special Protection Grade
B (Severe damage) - Multiple damages to the structure
- Crack width greater than 0.3 mm
- Partial spalling of concrete, exposure of reinforcement
- Visible deformation in structural members, though no collapse
- Limited functionality possible
- Minor permanent deformation of blast doors, operable
- Cracking or deformation in blast windows/walls, but stable 		Protection Grade 1
C (Life satefy) - Major structural damage
- Possible collapse requiring evacuation
- Significant deformation or displacement due to fire or secondary loading
- Function not usable
- Blast doors may not be operable due to deformation
- Failure or breakage in blast windows, with fragmentation confined within 1 meter of the window 		Protection Grade 2

방호특등급에서는 시설물내의 인명과 긴급사태후 기능유지를 위한 최소한의 시설 및 설비를 보호해야 하며, 방호1등급과 2등급에서는 인명에 대한 피해를 억제해야 한다. 화생방, 전자파 방호수준이 요구되는 경우에는 구조물과 설비의 손상에 미치는 영향을 고려하여 방폭 방호수준을 정한다. 건축물의 방폭시설이 지하에 위치하는 경우에도 지면폭발만을 고려하며 지하폭발은 고려하지 않는다.

3. 방폭시설 설계기준

3.1 폭발의 영향

방폭시설 설계기준(KPFI, 2025)은 제1장 총칙, 제2장 폭발압력의 계산, 제3장 폭압설계하중, 제4장 구조해석, 제5장 철근콘크리트구조설계, 제6장 강구조설계, 제7장 지하구조 설계, 제8장 방폭문과방폭창설계로 구성되어 있다.

폭발의 피해는 주로 폭압과 파편(1차, 2차)에 의하여 나타난다(Fig. 2). 이외에 지진, 화재, 열, 전자파 등의 영향이 발생한다.

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Fig. 2

Effects of explosion

폭발압력은 지면으로부터의 거리에 따라서 자유공중폭발, 지면근접폭발, 지면폭발으로 분류할 수 있으며, 지면근접폭발, 지면폭발의 경우에는 지면에 의한 반사파의 영향을 고려해야 한다. 민간방폭시설설계에서는 지면폭발조건(Fig. 3)을 고려한다.

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Fig. 3

Surface burst blast

3.2 방호구조의 종류 및 요구사항

방호방법은 충분한 이격거리를 확보하는 방법, 구조물이 직접 방호하는 방법, 피해유발요소를 구조물이 완전히 포함하고 엄폐하는 방법, 이들을 조합하는 방법들이 있다. 이 기준에서는 주로 구조물이 직접 방호하는 방법을 다룬다.

외부 폭발에 대한 방호구조의 종류는 대피소(shelter), 방벽(barrier)이 있으며, 내부 폭발에 대한 방호구조는 차폐구조물(containment structure)이 사용된다. 대피소는 외부폭발에 대하여 내부의 인원, 장비, 물품을 보호하기 위하여 설치한다. 폭발압력과 폭발에 의한 파편으로부터 보호할 수 있도록 구조물이 설계된다. 대피소의 개구부는 방폭문과 방폭창호로 설계되어야 한다. 대피소의 설비 및 배관을 위한 개구부에는 방폭밸브 또는 차단벽을 설치해야 하며, 매우 작은 개구부는 허용될 수 있다.

차단벽은 대피소 외부 또는 폭발지점 근처에 설치하여, 파편으로부터의 피해를 방지하고, 근접폭압을 완화하기 위하여 설치한다. 차폐구조는 내외부의 폭발압력을 차단하기 위하여 설치된다. 내부에 유독물질이나 유해가스가 있는 경우에는 외부로 압력의 누출이 제한된다. 방호구조 내에 민감한 폭발물질이 있는 경우에는 별도의 내부방호구조 또는 시설을 설치해야 한다.

3.3 방폭설계의 절차

외부폭발에 대한 방폭구조물의 설계절차는 다음과 같다.

1) 시설물 요구사항 결정(방호등급에 따른 요구사항, 방호시설기준)

2) 시설물의 건축계획(수용인원, 배치, 동선, 크기 등, 방호시설기준)

3) 폭발에 의한 압력-시간관계의 계산(2장)

4) 구조물 및 부재에 작용하는 폭압하중의 계산(3장)

5) 폭압하중에 대한 구조물의 구조해석(4장)

6) 요구강도와 변형에 대한 구조물과 부재의 설계 및 안전성 검증(5장 및 6장)

7) 방폭문, 방호창(8장)

지하구조를 설계하는 경우에는 2장과 3장 대신에 7장을 따라서 설계하중을 계산한다.

3.4 폭발압력의 계산

폭발이 발생하면, 입사압력이 공기를 통하여 전달되고, 이 입사압력이 큰 강성을 가진 구조물에 도달하면 증폭되어 반사압력이 발생한다(Fig. 4). 반사압력은 입사압력의 2배이상으로 증폭된다. 다만, 양압력의 지속시간은 매우 짧아서 0.005-0.01 초에 불과하다.

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Fig. 4

Pressure-time relationships acting on front face

실제 압력-시간관계는 매우 복잡하지만 설계를 위해서는 삼각형형태의 압력-시간관계로 단순화할 수 있다(Fig. 4). 압력-시간곡선에 의하여 포괄되는 면적은 충격력 i로 정의된다. 구조물의 주기에 비하여 압력의 지속시간이 매우 적은 경우(일반적인 경우)에는 압력자체보다는 충격력이 설계에 미치는 영향이 크다.

폭발에 의하여 구조물에 발생하는 폭발압력과 충격력은 많은 실험과 측정을 통하여 개발된 경험적인 설계도표를 사용하여 계산한다. 기준에서는 지면폭발조건의 설계도표(Fig. 5)를 제공하고 있다.

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Fig. 5

Design chart for calculating blast pressure under surface burst conditions (Reproduced from UFC 3-340-02 (2008))

설계도표에서 W는 유효폭발무게를 나타낸다. 유효폭발무게는 폭발에 직접 관여하는 TNT폭발물의 무게를 가리킨다. 설계시에는 폭발력, 시공방법 및 품질에 대한 변동성의 영향을 고려하기 위하여 폭발력을 나타내는 TNT 유효무게에 20 %의 안전율을 고려한다.

설계도표에서는 환산거리 Z를 매개변수로 하여 설계계수인 입사압력 Pso, 입사압력에 의한 충격력 is, 반사압력 Pr, 반사압력에 의한 충격력 ir를 계산할 수 있다.

환산거리 Z = R/W1/3로 정의되는데, 환산거리는 이격거리에 따른 폭발압력 또는 충격력의 감소를 나타내는 주요변수이다. 폭발압력은 폭발무게 W가 증가할수록 증가하는데 반하여 이격거리 R이 증가할수록 감소한다. 한편 폭발에너지는 3차원 공간상으로 전달되므로 R이 증가하면서 선단의 구면의 면적은 R2에 비례하여 증가한다. 따라서 단위면적당 에너지는 R3에 반비례하여 감소한다. 즉, 폭발에너지는 W에 비례하여 증가하고 R3에 비례하여 감소한다. 따라서 두 개의 계수를 하나의 계수로 통합하면 Z3 = R3/W 또는 Z = R/W1/3로 정의할 수 있다. 설계도표에서 보면 Z가 증가할수록 폭발압력과 충격력이 감소한다.

설계도표는 TNT의 폭발력을 기준으로 개발되었다. 따라서 폭발물이 TNT와 다른 경우, 폭발물 무게에 등가TNT 계수를 곱하여 W를 계산한다. 예를 들어 고성능폭약인 C4의 등가TNT 계수는 1보다 큰 값을 산업용 폭약인 ANFO의 경우에는 1보다 작은 값을 사용한다. 등가 TNT계수는 대상(폭발물의 폭발열)/(TNT의 폭발열)로 정의되며, 기준 또는 참고문헌의 관련 표에 따른다.

건물의 측면, 지붕, 후면은 폭발 진행방향과 평행한 면이라 반사압은 발생하지 않으므로 입사압력을 기준으로 폭발압력을 계산한다. 그러나 이 압력은 전면에 작용하는 반사압력보다 매우 작으며, 전면의 반사압력이 줄거나 사라진 이후에 발생하므로 건물전체의 거동에 미치는 영향은 크지 않다. 또한, 측면과 후면은 폭발에 대하여 전면이 될 수 있으므로, 전면을 가정하여 방폭설계를 수행하면 안전하다.

3.5 폭발하중의 계산 및 구조해석

폭발압력-시간의 관계로부터 구조물에 작용하는 설계하중을 계산한다. 폭발압력은 매우 짧은 시간에 작용하는 동하중이므로 최대폭발압력 자체가 설계하중이 되지는 않고, 구조물의 동적거동에 따라서 설계하중은 증가하거나 감소할 수 있다.

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Fig. 6

Calculation of dynamic load factor (DLF) (Elastic behavior, triangular pressure-time relationships) (Reproduced from UFC 3-340-02 (2008))

구조물에 발생하는 하중은 최대압력에 동적증폭계수 DLF를 곱하여 산정하는데, Fig. 6은 구조물이 탄성거동을 나타내고 압력-시간관계가 삼각형의 형태일 때의 DLF를 보여주고 있다. 주요변수는 T/Tn으로서 T는 압력지속시간이고 Tn은 압력을 받는 전면벽의 주기를 나타낸다. T/Tn이 작으면 DLF가 작고, T/Tn이 증가하면 DLF가 증가하면서 최대값은 2를 나타낸다. 일반적인 구조물의 경우에는 T/Tn이 1보다 작고, DLF값은 1보다 작다. Tn는 구조물의 모드해석이나 이론식을 통하여 계산하는데 전면벽이 압력에 따라서 휨의 동적거동을 하는 모드에 해당하는 값을 사용해야 한다.

구조물이 비탄성거동을 나타내는 경우에는 Fig. 7에 따라서 DLF를 결정한다. 주요변수는 T/Tn와 연성도(Am/Ae) 또는 강도보정계수(ru/P)이다. 설계시에는 구조물의 연성도를 가정하거나 강도보정계수를 가정하여 설계하고, 그 설계결과에 따른 변형이나 요구강도가 가정에 맞는지 확인해야 한다.

연성도를 큰 값으로 사용하는 경우에는 그에 따라서 특수 철근연성상세를 사용해야 하는데 시공이 쉽지 않으므로 가급적 큰 연성도 값을 사용하는 것은 피해야 한다.

또한 특등급구조물 또는 화생방 방호를 요구하는 경우에는 구조물 자체에 큰 손상이 없어야 하기 때문에 낮은 연성도 또는 탄성거동을 가정하여 설계하여야 한다.

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Fig. 7

Calculation of dynamic load factor (DLF) (Elasto-plastic behavior, triangular pressure-time relationships) (Reproduced from UFC 3-340-02 (2008))

설계하중을 계산한 후에는 선형구조해석프로그램을 사용하여 구조해석을 수행한 후 내력에 대하여 각 구조부재를 설계하고, 관련상세 설계를 수행한다.

폭압을 받는 벽체에는 각 위치에 따라서 압력의 크기가 다른데, 이격거리와 압력방향과 벽체면의 각도에 따라서 다르게 나타난다. 간략해석을 위하여 최단 이격거리를 고려하여 압력을 계산한후 벽체에 동일한 압력을 가하여 구조해석과 설계를 수행할 수 있는데, 이러한 경우에는 과설계가 된다는 점에 유의해야 한다.

폭압해석 프로그램 CONWEP을 사용하여 폭압을 계산할 수 있다.

3.6 철근콘크리트구조의 설계

방호시설의 설계에서 폭발하중의 하중계수는 1로 한다. 하중조합은 지진하중조합에서 E 대신에 폭발하중을 적용한다. 건축구조기준에는 비정상하중에 대한 하중조합이 있으나, 방호시설에서 폭발하중은 비정상하중이 아니므로 이 하중조합을 적용하지 않는다.

폭발하중이 구조물에 작용할 때 저항력-변위의 관계는 Fig. 8과 같이 나타낼 수 있으며, 요구변형의 크기에 따라서 설계방법, 구조해석방법, 단면등급, 횡구속상세가 결정된다. 요구변위의 등급은 소성변형각으로 정의되며 저연성(2도), 중연성(6도), 고연성(12도)으로 구분된다. 단면등급은 콘크리트의 손상에 따라서 1등급, 2등급, 3등급 구분되며, 유효단면의 크기, 압축과 인장철근의 배치가 다르게 요구된다. 횡구속상세는 횡구속철근의 양과 철근후크정착상세(90도, 135도, 180도)에 따라서 상세 A, B, C로 분류된다. 또한 라티스연속철근을 사용할 수 있다. 근접폭발의 경우, 라티스연속철근배치가 바람직하지만, 민간방호시설에서는 근접폭발조건은 요구되지 않는다. 변형요구별 설계요구사항은 Table 4와 같다.

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Fig. 8

Design requirements according to the required deformation level

Table 4.

Design requirements based on deformation level

Required deformation level Required plastic rotation angle Section class Lateral hoop details Analysis method
Low ductility 2° 1 A Elasto-plastic analysis
Moderate ductility 6° 2 B Plastic analysis
High ductility / Near-field explosion 12° 3 C Plastic analysis

건축물에 사용하는 90도갈고리, 135도갈고리를 사용하는 일반적인 횡철근상세는 A이며, 이러한 일반상세를 사용하고자 하는 경우에는 낮은 연성도를 사용하거나 탄성상태로 가정하여 구조해석/설계를 수행해야 한다. 폭발하중의 경우에는 균열이 집중되고 취성파괴가 발생할 가능성이 있으므로 폭발을 직접 받는 전면벽체에는 모든 위치에 횡철근을 배치해야 한다.

3.7 설계의 검증

기본 설계후에는 실제구조물의 거동, 철근배치 및 상세의 검증을 위하여 비선형해석프로그램을 사용하여 설계결과를 검증하는 것이 바람직하다. 동적해석과 구조물의 비탄성거동을 모사할 수 있는 해석프로그램을 사용할 수 있으며, LS-Dyna, ELS 등의 소프트웨어를 사용할 수 있다.

4. 결 론

본 논문은 대한민국의 민간 및 공공 방호시설에 대한 체계적이고 실질적인 설계 기준의 필요성을 강조하고 있다. 비대칭 전쟁과 후방 공격의 위협이 증가하는 가운데, 민간인 보호와 국가 핵심 인프라의 보존은 전략적 우선순위로 고려되어야 한다. 제안된 「방호시설기준」(KPFI, 2025) 및 「방폭시설 설계기준」(KPFI, 2025)은 신축뿐만 아니라 기존 건축물에도 적용 가능한 평가 및 설계 체계를 제시함으로써, 공공 및 민간 건축물 모두에 실질적인 방호기능을 부여할 수 있다. 본 기준은 방호등급별 폭발 피해 수준의 정의, 요구 성능, 설계 절차를 포함하고 있어, 설계자와 발주자에게 실용적이고 신뢰할 수 있는 지침을 제공한다. 특히 방호수준, 폭발하중 산정법, 구조물의 동적응답 해석 체계를 통해 위협 수준에 따른 성능 기반 설계가 가능하다. 기존 지하 구조물의 활용과 선택적 보강을 통해 경제적이면서도 효과적인 방호시설 구축이 가능하다는 점에서도 의미가 크다. 방호시설학회에서 개발한 방호시설기준과 방폭시설설계기준은 민간 및 공공의 방호시설의 방호 및 방폭설계에 활용될 수 있어서 보다 방호설계/시공의 신뢰도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

Acknowledgements

본 연구는 한국연구재단(NRF)의 지원을 받아 과학기술정보통신부의 재원(RS-2023-00218832)으로 수행되었다.

References

1

KPFI (2025) Protective Facility Standard/Blast-Proof Facility Design Standards and Examples. Seoul: Korean Protective Facility Institute, 200 p. (In Korean)

2

UFC 3-340-02 (2008) Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions. Arlington: U.S. Department of Defense (DoD), 1867 p.

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