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ㆍ	기고칼럼
ㆍ년/월/일	2014-03

주차장 램프 종단곡선 제원 산정에 관한 연구
주차장 램프 종단곡선 제원 산정에 관한 연구
A Study on Determination Elements of Vertical Curve at
Parking Lamp

Abstract
2012년 12월말 기준 국내 자동차 등록대수는 1,887만대를 기록하고 있으며 매년 자동차 수요는 증가 추세에 있으며 그에 따른 주차장 수요도 꾸준히 요구되고 있다. 최근 설치되는 주차장은 한정된 지상공간 및 건축물의 대형화, 지하화로 인해 옥상이나 지하에 설치하는 것이 일반화됐으며 이에 따라 운전자 안전성 등을 확보하기 위해 주차장 램프의 경사를 17% 이하로 규제하고 있다. 그러나 운전자가 주차를 위해 주차장 램프 진입시 경사로 종단경사가 다소 급한 경우 자동차 차체와 경사로 바닥이 부딪치는 현상을 경험하거나 또는 경사로 바닥이 손상된 흔적을 접하게 된다.
이에 본 연구는 주차장 램프의 시·종점부에 대한 종단해석을 통해 자동차 및 경사로 바닥과 접촉되지 않는 적정한 종단곡선 제원을 제시해 구조물 손상을 방지하고 운전자 및 동승자 승차감과 안전성 확보하는데 도움이 되고자 한다. 본 연구에서는 현실에 적합한 주차장 램프의 종단경사 규정이 필요하다고 판단, 첫번째로 불특정 다수가 많이 이용하는 대형 건축물 주차장 램프를 대상으로 현장조사를 실시해 문제점을 도출했다. 두번째로 주차장 시점부 및 종점부에 대한 이론적 분석으로 상호 접촉 여부를 평가했으며 마지막으로 주차장 램프의 종단곡선 제원 산정을 위한 종단곡선 해석과 제원을 제시했다.
결론적으로 향후 본 연구를 통해 제시된 종단곡선를 적용할 경우 자동차 및 구조물 손상을 방지하고 운전자 승차감 및 안전성 확보는 물론 주차장 램프 종단 설치기준이 재정립될 것으로 기대된다.

Ⅰ. 서론

1. 연구배경 및 목적
국내 경제성장을 기반으로 개인생활의 질적 향상과 사회구성원의 경제활동 범위가 넓어짐에 따라 자동차 수요는 매년 증가추세에 있으며 자동차 대수 증가와 더불어 이에 따른 주차장 수요도 꾸준히 요구되고 있으나 현실적으로 부족한 실정이다. 또 한정된 지상공간으로 인해 옥외주차장보다는 건물 내부에 주차공간을 확보하는 옥내주차장의 비율이 커지고 있다.
특히 건축물의 대형화, 지하화 추세에 따른 옥상주차장이나 지하주차장 설치는 이제 일반화됐다고 볼 수 있다. 최근에는 주거 및 업무시설 주변환경의 쾌적성과 생태도시 추구에 발맞춰 잔디, 조경 등의 녹지공간 확보차원에서 옥외주차장보다는 옥내주차장이 선호되고 있다.
옥내주차장의 경우 기계식 주차장과 자주식 주차장으로 분류할 수 있으며 다층 형식의 자주식 주차장의 경우 운전자가 자동차를 주차하기 위해 주차장으로 진입하거나 층간 이동시 또는 진출입시 주차장 램프 시점과 종점부에서 차량 일부가 경사로 바닥에 부딪치는 현상이 자주 발생하게 된다. 이로 인해 차량은 물론 구조물에도 손상이 가해지며 운전자 및 차량 동승자 또한 심한 불쾌감을 느끼고 부상 등 안전상의 문제가 유발될 가능성이 매우 높다.
주차장 관련 법규에는 주차장의 종단경사는 직선부 17%, 곡선부 14%를 초과하지 못하도록 명시돼 있으며 이에 따른 주차장 램프의 종단경사가 최소 법적 규제치일 경우 자동차 주차를 위해 주차장 램프 진출입시 차체와 경사로 바닥과의 부딪침 현상이 나타나고 있다.
이에 본 연구에서는 주차장 램프의 시·종점부에 대한 종단 해석을 통해 자동차 및 구조물 손상을 방지하고 운전자 및 차량 동승자 승차감과 안전성 확보에 적정한 종단곡선의 제원을 제시하고자 한다.

2. 연구내용 및 방법
본 연구는 대형 아파트 단지의 주차장 램프 진출입부 구조에 익숙한 거주민보다는 불특정 다수가 이용하는 대형 마트나 관공서를 대상으로 해당 건물 주차장 램프 직선부에 대한 현장조사를 실시해 문제점을 파악하고 이에 대한 방안을 제시하고자 한다.
첫째, 주차장 램프의 종단곡선 분석을 위해 주차장에 관한 규칙, 도로 구조시설에 관한 규칙 등 관련 법규와 주차장 램프에 관한 연구에 대해 먼저 고찰했다. 둘째, 현장조사를 통해 자료를 수집하고 주차장 시·종점에서 발생하는 문제점을 도출했다. 셋째, 주차장 램프의 종단곡선 제원 산정을 위한 방법론을 제시하고 이를 토대로 종단곡선 해석과 제원을 산정했다.

Ⅱ. 기존 연구문헌 고찰

1. 주차장법
경사로의 종단경사는 층고와 경사로 길이에 의해 결정되며 층고는 통상 3.5 ~ 4m 내외가 많다. 주차장법 시행령에 직선부 경사로는 17%를 초과하지 않도록 규정되어 있으나 실제로는 17%는 상당히 급한 경사에 속하므로 12.5% 내외로 계획하는 것이 좋다.
경사로는 완만할수록 더 안전하지만 대지이용률, 공사비 등에서 보면 불리한 측면이 있다. 따라서 주차장 내외를 불문하고 경사로는 12.5% 정도보다 급한 경사가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

2. 종단경사 및 종단곡선 설계에 관한 연구
(1) Peltz와 Schuman(1969)
Peltz와 Schuman(1969)은 운전자들은 운전한 지 처음 5년 동안 예상했던 것보다 더 많은 사고와 범칙행위를 일으켰다. 사고 및 범칙행위는 20세까지 상승했고 운전면허 합격 후 8년 후인 24세 때부터 뚝 떨어져 안전한 괘도에 오르기 시작했다.
(2) Mourant와 Ge(1997)
Mourant와 Ge(1997)는 초보운전자들이 적정 차로유지를 하는데 거의 모든 주의를 기울이므로, 차로변경을 위한 차량용 미러를 보기 위한 여분의 시각적 주의능력이 부족한 것으로 나타났다.

Ⅲ. 현장조사 및 문제점 도출

1. 주차장 램프 현장조사 및 자료수집
주차장 램프에 발생하는 문제점 도출을 위해 대상 건축물 방문(2013년 9월, 광주광역시 소재 다중이용시설 6개소)을 통해 주차장 램프의 실태를 파악했다. 또한 주차장 램프 이용에 익숙한 장소 배제를 위해 불특정 다수의 이용이 많은 대형 건축물을 선정해 조사했다.
자동차가 주정차를 위해 주차장에 진출입시 경사로에서 차체가 부딪친 흔적을 확인하기 위해 현장조사를 실시했다. 현장조사시 주차장의 경사로 종단경사 및 경사로 표면 상태를 확인했으며 주차장 램프의 종단경사 측정은 구배측정기를 이용해 실측했고 경사로 바닥의 손상상태는 육안조사를 했다.
주차장 램프에 대한 경사로는 자동차 주차장 진입부와 진출부를 기준으로 오르막 경사로의 시·종점부와 내리막 경사로의 시·종점부로 분류해 조사했으며 그에 따른 손상 여부를 확인했다.

2. 주차장 램프 문제점 도출
자동차를 이용해 대형 건축물을 방문하기 위해서는 그 건축물 내 설치되어 있는 옥내주차장을 이용하는 경우가 많다. 이를 위해 운전자는 주차장 램프의 경사로를 통해 자동차를 주차하는데 경사로의 종단경사가 다소 급한 경우에는 진입과 진출시 경사로 바닥과 자동차의 밑면이 서로 부딪치는 현상이 발생하게 된다.
현장조사 결과 주차장 램프의 직선구간 법적 최대경사인 17%인 경우에서 대부분 경사로 바닥 손상이 발생했으며 종단경사 16%에서도 일부 손상흔적을 발견할 수 있었다.
오르막 경사로일 경우 오르막이 시작되는 부분과 내리막 경사로일 경우 내리막이 끝나는 부분을 주차장 램프의 시점부(오목형)로 했으며 오르막 경사로의 끝 부분과 내리막 경사로의 시작부를 주차장 램프의 종점부(볼록형)로 정의했다.

Ⅳ. 주차장 램프 종단곡선 제원 산정

1. 분석모델 자동차 선정
주차장 램프의 종단곡선 제원 산정을 위한 분석 모델 자동차를 선정하기 위해 국내 대표적인 자동차업체의 주요 차종에 대한 제원을 조사했다. 자동차 홈페이지에 자동차 종류별 앞내민 길이와 뒷내민 길이가 정확히 공개되어 있는 현대자동차 중에서 자동차 보편성 및 고급화 추세 등을 고려해 ‘그랜저TG(유형 1)’와 ‘제네시스(유형 2)’를 선정했으며 각 제원에서 최대조건을 고려해 ‘조합자동차(유형 3)’를 만들어 분석했다.

2. 주차장 램프 종단곡선 제원 산정

(1) 주차장 램프 시점부 종단곡선 산정(오목형)
도로 설계시 종단곡선은 주로 2차 포물선이 이용된다. 본 절에서는 두 종류의 분석 모델 자동차와 주차장 램프의 종단경사가 최소 법적규제인 17%일 때 발생되는 현상을 분석하고자 한다. [그림 2]에서 지동차의 앞·뒤내민 길이(a)과 최저지상고(b)와의 관계에서 직각삼각형이 형성되는데, 이때 빗변(c)과 내민 부분(a)이 이루는 경사(s)가 램프의 종단경사 17% 보다 상대적으로 작을 경우 이론상으로 주차장 램프의 경사로 바닥과 자동차의 차체가 접촉되는 현상이 발생하게 된다. 이때 자동차 차체가 이루는 경사(s)는 높이를 거리로 나눈 값을 백분율로 나타낸 것이다. 이를 근거로 분석 모델 자동차(유형 1)에 대한 앞내민 길이와 경사로의 종단경사와의 관계를 분석하면 다음과 같다.
앞내민 길이(a) : 950mm, 최저지상고(b) : 160mm, 앞내민 부분의 경사(s) = (160/950)×100 = 16.84%(최저지상고에서 자동차의 앞내민 부분의 경사를 계산)가 된다.
이는 경사로의 종단경사 17%보다 작은 값이므로 경사로 바닥과 자동차의 앞내민 부분이 서로 접촉할 우려가 있음을 알 수 있으며 특히 조합자동차(유형 3)의 경우에는 경사로 바닥과 차체가 접촉되는 것으로 나타났다. 자동차의 승차정원이 모두 탑승한 경우를 가정한 자동차의 최저높이 및 램프 진입을 위해 감속하는 과정 중에서 발생하는 노즈다이브(Nose-Dive) 현상에 따른 변위를 고려할 필요가 있다.
20km/h 속도에서 운전자가 자동차를 제동할 경우에 10mm 이하가 발생한다는 실험자료를 바탕으로 본 연구에서는 노즈다이브 크기를 최대값인 10mm로 가정했으며, 또한 자동차 정원승차시 탑승자 몸무게 중량에 따라 자동차 차체가 약간 가라앉게 되는데 이를 측정하기 위해 65kg의 성인 5명을 기준으로 수 차례 실제 측정해 차체하단의 평균높이 변화량을 20mm로 가정했다. 따라서 [표 2]의 최저높이에서 30mm를 감해 종단곡선 제원 산정에 반영했다.
주차장 램프의 직선부 종단경사 17%를 기준으로 시점부에서 자동차의 차체와 경사로 바닥과의 추돌현상이 발생하지 않는 종단곡선의 크기 표시방법에는 종단곡선의 반지름으로 나타내는 방법과 종단곡선 변화비율로 나타내는 방법이 있다. 주차장 램프 설계 및 시공시 경사로 시점부 단면이 변화하는 부분에 삽입되는 종단곡선은 L1=3.368m, 오목형의 중앙종거(h1)=7.6cm로 하는 완화구간 필요하다고 판단된다.

(2) 주차장 램프 종점부 종단곡선 산정(볼록형)
주차장 램프의 종점부에서 분석 모델 자동차가 종단곡선(볼록형) 위를 주행할 경우 자동차와 주차장 램프의 종단경사와의 구조적 관계는 다음과 같다. [그림 3]에서 주차장 램프 경사도가 17%일 때 종단곡선에서 경사로 변곡점까지의 높이(h)가 자동차의 최저높이보다 클 경우 이론상으로 경사로 바닥과 자동차 차체가 접촉되는 현상이 발생하게 된다.
이를 근거로 분석 모델 자동차(유형 1)에 대해 계산하면, 축간(L) : 2,845mm, 양끝각(θ) : 5° (변곡점 각도 : 170°이므로), 높이(h) = tanθ×L×1/2= tan(5)×2845×1/2 = 124mm가 된다.
주차장 램프의 종점부에서는 경사로 바닥과 자동차 차체가 접촉되지 않는 것으로 나타났으나 실제 현장조사 결과에서는 경사로 바닥의 손상 흔적을 확인할 수 있었다. 이는 실제 주행 중의 자동차에는 운전자 뿐만 아니라 탑승인원의 중량이 작용해 자동차의 최저지상고가 낮아지며 자동차의 운동특성 및 차종에 따라 축간이 긴 중형차 이상의 자동차가 운행 중에 발생된 것으로 사료된다.
램프의 경사로 종점부에서는 이론상으로 접촉되지는 않았지만 시점부의 종단곡선 조정값과 같은 값을 적용하는 것이 바람직하다고 본다. 자동차의 최저높이보다 작은 값이므로 경사로 바닥과 자동차의 축간 사이에서는 서로 접촉되지 않음을 알 수 있다.
주차장 램프의 종점부 단면인 볼록형 종단곡선의 중앙종거(h2) 값을 구하면 다음과 같다.
중앙종거 값은 h2 = R2/Cos(θ/2)-R2 = 10/Cos(5)-10 = 0.0382m = 3.8cm
주차장 램프의 설계 및 시공시에 경사로 종점부의 단면이 변화하는 부분에 삽입되는 종단곡선은 L2=1.684m, 볼록형의 중앙종거(h2)=3.8cm로 하는 완화구간 필요하다고 판단된다.

(3) 종단경사별 종단곡선 분석
주차장 램프의 시점부 및 종점부에 대한 종단경사별 종단곡선에 대한 분석 결과는 [표 6]과 같다. 주차장 램프에 대한 종단경사가 10%일 경우 자동차와 경사로 바닥과의 접촉이 발생하지 않는 것으로 해석됐다. 또한 종단경사가 14% 이상이 되는 경우 주차장 램프의 시점부(오목형)에서는 4.2cm, 종점부(볼록형)에서는 2.1cm의 종앙종거가 발생했고 법적 최대 종단경사 17%인 경우에는 시점부에서 7.6cm, 종점부에서 3.8cm의 중앙종거가 발생하는 것으로 해석됐다.
옥내주차장 설계 및 시공시 주차장 직선부 램프에 종단경사에 따른 종단곡선을 모두 반영할 경우 자동차의 원활한 진출입이 가능할 것으로 사료되나 종단경사 13% 이하는 시공상 여건 고려 및 자동차 타이어의 곡선반경으로 무리 없이 주행이 가능할 것으로 판단된다. 따라서 주차장 램프의 직선부 경사 14%에서부터 법적 최대경사인 17%까지의 경우는 자동차의 주행성 및 안전성 등을 감안해 종단곡선을 반영하는 것이 바람직하다고 사료된다.

Ⅴ. 결론 및 향후 연구과제

1. 결론
옥내 자주식 주차장 램프 진출입시 층간 경사로 시점과 종점부에서 자주 발생되는 차량과 바닥간의 부딪침 현상을 방지하고 자동차 운전자의 승차감과 안전성 확보를 위한 주차장 램프의 종단곡선 제원 제시를 위해 첫째, 관련규정 및 주차장 램프에 대해 고찰했으며 둘째, 현장조사를 실시해 자동차가 주차장 진출입시 램프의 시·종점부에서 발생하는 문제점을 도출했다.
셋째, 법적 최대규제인 17% 경사를 기준으로 분석 모델 자동차를 선정해 주차장 램프의 시점부(오목형) 및 종점부(볼록형)에 대한 종단곡선 해석과 종단경사별로 종단곡선을 반영해 분석했다. 넷째, 주차장 램프에 종단경사 변화에 따른 종단곡선 제원과 종단경사 길이를 산정할 수 있는 일반식을 제시했다. 결론적으로 향후 본 연구를 통해 주차장 램프의 종단곡선 설치기준 재정립과 운전자 안전성 확보에 이바지할 것으로 판단된다.

2. 향후 연구과제
주차장 램프의 종단곡선 제원을 이론적으로 제시했으나 시·공간적 한계로 임의의 분석 모델을 선정해 해석한 바 향후 본 연구의 실제적용에 대한 결과분석과 외제 수입차량 및 자동차의 운전자 성향, 자동차의 운동특성, 차량하중 등 여러가지 변수 등을 종합적으로 고려한 종단곡선 제원에 관한 심도있는 연구가 필요할 것으로 사료된다.