Lately, city's office and building for commerce manhattanize more for efficient utilization of site by price of land upswing of downtown and difficulty of site security. But, building Manhattanize, area that structure, especially columns occupies increases and is appearing to problem that aspect that is security of ...
Lately, city's office and building for commerce manhattanize more for efficient utilization of site by price of land upswing of downtown and difficulty of site security. But, building Manhattanize, area that structure, especially columns occupies increases and is appearing to problem that aspect that is security of usability of space hitherto is important from interior space.
Concrete Steel Tube(CFT) columns has regular fire-resistance performance to columns itself by concrete regenerative effect which is charged in CFT columns, and recently concrete steel tube columns without protection through fire-resistance ability design law is generalized in advanced nation with Japan, Europe, these trend is likely situation that is magnified more forward.
But, domestic is real condition that is not taking advantage of enough method to estimate fire-resistance for concrete steel tube columns as quantitative or fire-resistance that standards are indwelling being not readied.
This research achieved temperature analysis and stress analysis using by thermal and mechanical special quality of Eurocode 4 to grasp fire-resistance of square concrete steel tube columns and behaved a fire-resistance ability estimation experiment in reply.
Examined existent domestic concrete steel tube columns fire-resistance ability design conclusion and proposed conclusion which can forecast fire-resistance by axial force ratio change through numerical analysis on the basis of experiment result that progress in this research and get following conclusion on the basis of this.
1) According to result that compare maximum force with an experiment with axis transformation conduct by numerical analysis, analysis consequence and experiment consequence of axis transformation conduct to when destroy while progress fire agree well each other or confirmed that analysis consequence is devaluing some.
Therefore, this numerical analysis is reasonable for estimating fire-resistance.
According as concrete section diameter increases about 1.2 times in CFT columns in condition that axial force ratio and concrete strength are equal, fire-resistance of about 20% improved. therefore, concrete strength is judged that is main important parameter who influence in fire-resistance of CFT columns should be considered with axial force ratio. In case axial force ratio is identical, concrete strength is less, fire-resistance is superior and section diameter is big, fire-resistance improves.
2) Fire-resistance time by numerical analysis agrees almost or confirmed that is forecasting (safe side) more high about 5 ~ 15% with experiment consequence about fire-resistance of square shape CFT columns.
Temperature distribution estimate result is forecasting temperature distribution tendency by actuality fire-resistance time passage properly in section by numerical analysis.
When action axial force ratio is below 0.45, maximum force estimate consequence shows resemblant tendency almost with experiment result at fire by numerical analysis or estimate is possible in safe side more.
Axis transformation action was shown that axial force ratio in extent of about 0.3 ~ 0.4 estimate by numerical analysis conduct similar to experiment result. While progress fire in axial force ratio extent, analysis consequence and experiment consequence of axis transformation action agree well each other or analysis price devalued some.
3) Concrete strength was expose that fire-resistance time rises about 5% according as 10MPa's strength rises in 20~50MPa extent and in the case of conclusion, AIJ code and fire-resistance are displaying resemblant pattern except case that axial force rain is below 0.4.
Also, the more axial force ratio rises, demonstrate equal tendency except V.K.R Kodur's design and was expose that fire-resistance becomes low.
In the case of domestic conclusion in effect of section size, effect degree by increase of section size was expose that is big than V.K.R Kodur, AIJ code that is outside the country design.
AIJ code design was expose that uniformity axial force ratio displays equal fire-resistance regardless of change of section size if act.
We Can know that Lin-Hai Han is considering effect degree of fire-resistance by increase low than other inside and outside of the country fire-resistance performance design way in section rise.
Through this, I propose coverage of conclusion which is not prescribed in domestic fire-resistance conclusion as following.
● Domestic fire-resistance conclusion
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요)
● Concrete strength(MPa) : 20 ≤ f_(ck) ≤ 50
● Axial force ratio() : 0.3 ≤ N_(a)/N_(c) ≤ 0.9
● Section size(㎜) : 200 ≤ D_(c_ ≤ 600
here,
a : Section shape coefficient
F_(c) : Concrete strength(MPa)
A_(c) : Charged concrete sectional area(㎠)
D_(c): Charged concrete diameter(㎜)
t : Fire-resistance time(min)최근에는 도시의 사무실 및 상업용 건물은 도심지의 지가상승 및 용지 확보의 어려움으로 부지의 효율적인 이용을 위하여 더욱 고층화되고 있다. 그러나 건물이 고층화될수록 내부공간에서 구조체, 특히 기둥이 차지하는 면적이 증가하여 종래보다 공간의 사용성의 확보라는 측면이 중요한 문제로 등장하고 있다.
콘크리트충전 강관(Concret Steel Tube, CFT)기둥은 강관속에 충전된 콘크리트의 축열효과로 인하여 기둥 자체만으로 일정한 내화성능을 갖고 있으며, 일본, 유럽 등 선진국에서는 내화성능설계법을 통하여 최근 무내화피복 콘크리트충전 강관기둥이 일반화되어 가고 있으며, 앞으로 이러한 추세는 보다 확대되어 나갈 가능성이 높은 상황이다.
그러나 국내에서는 콘크리트충전 강관기둥에 대한 내화성능을 정량적으로 평가하는 방법이나 기준들이 마련되지 않아 내재하고 있는 내화성능을 충분히 활용치 못하고 있는 실정이다.
본 연구는 각형 콘크리트충전 강관기둥의 내화성능을 파악하고자 Eurocode 4의 열적 및 역학적 특성으로 이용하여 온도해석 및 응력해석을 수행하였으며 이에 대한 내화성능평가 실험을 행하였다. 이를 토대로 기존의 국내 콘크리트충전 강관기둥 내화성능설계 추정식을 검토하고 본 연구에서 진행한 실험 결과를 토대로 수치해석을 통해 축력비 변화에 따른 내화성능을 예측할 수 있는 추정식을 제안하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 수치해석에 의한 축변형 거동과 최대내력을 실험과 비교해본 결과, 화재 진행하는 동안 파괴시까지의 축변형 거동은 해석값과 실험값이 서로 잘 일치하거나 해석값이 약간 저평가하고 있음을 확인하였다. 따라서 본 수치해석에 의한 CFT기둥 내화성능예측은 타당하다고 판단된다.
축력비와 콘크리트 강도가 동일한 조건에서 강관 내 콘크리트 단면 직경이 약 1.2배 증가함에 따라 약 20%의 내화성능이 향상됨을 확인하였으며, 따라서 콘크리트 강도는 축력비와 함께 고려되어야 하며 CFT기둥의 내화성능에 영향을 끼치는 주요 인자라고 판단된다.
축력비가 높을 경우 콘크리트의 강도의 영향이 축력비가 낮은 경우보다 콘크리트 강도에 의한 저감율이 2배 정도 차이를 보였으며, 축력비가 동일할 경우 콘크리트강도가 적을수록 내화성능이 우수하며 단면직경이 클수록 내화성능은 향상된다.
2) 각형 CFT기둥의 내화성능에 대하여 수치해석에 의한 내화저항시간은 실험결과값과 거의 일치하거나 5~15% 정도 더 높게(안전측) 예측하고 있음을 확인하였다. 수치해석에 의한 단면 내 온도분포 예측결과는 실제 내화시간 경과에 따른 온도분포 경향성을 적절히 예측하고 있다.
작용축력비가 0.45 이하인 경우, 수치해석에 의한 화재시 최대내력 예측값이 실험 결과와 거의 유사한 경향성을 보이거나 보다 안전측으로 예측이 가능하였다.
축변형 거동은 축력비가 약 0.3~0.4의 범위에서 수치해석에 의한 예측이 실험 결과와 유사한 거동을 보였다. 이 축력비 범위에서의 화재 진행하는 동안 축변형거동은 해석값과 실험값이 서로 잘 일치하거나 해석값이 약간 저평가하였다.
3) 콘크리트 강도가 20~50MPa 범위내에서 10MPa의 강도가 상승함에 따라 내화성능시간은 약 5%정도 상승하는 것으로 나타났으며, 추정식의 경우 축력비가 0.4이하인 경우를 제외하고는 AIJ code와 내화성능이 유사한 패턴을 나타내고 있다. 또한, 축력비가 높아질수록 V.K.R Kodur의 설계식을 제외하고 동일한 경향성을 나타내며 내화성능이 낮아지는 것으로 나타났으며, 단면치수의 영향도(%)에 있어서 국내 추정식의 경우 단면치수의 증가에 따른 영향도가 국외 설계식인 V.K.R Kodur, AIJ code보다 큰 것으로 나타났다.
또한, AIJ code 설계식은 동일 축력비가 작용한다면 단면치수의 변화와 상관없이 동일한 내화성능을 발휘하는 것으로 나타났으며, Lin-Hai Han 역시 단면치수에 증가에 따른 내화성능의 영향도를 다른 국내외 내화성능설계식에 비하여 낮게 고려하고 있다는 것을 알 수 있다.
이를 통해 국내 내화성능 추정식에 규정되어 있지 않는 추정식의 적용범위를 다음과 같이 제안한다.
● 국내 내화성능 추정식
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요)
● 콘크리트강도(MPa) : 20 ≤f_(ck) ≤ 50
● 축력비(N_(a)/N_(c)) : 0.3 ≤N_(a)/N_(c) ≤ 0.9
● 단면치수(㎜) : 200 ≤D_(c)≤ 600
여기서,
a : 단면형상 계수
F_(c) : 콘크리트 강도
A_(c) : 충전된 콘크리트의 단면적(㎠)
D_(c) : 충전된 콘크리트의 직경(㎜)
t : 내화시간
Lately, city's office and building for commerce manhattanize more for efficient utilization of site by price of land upswing of downtown and difficulty of site security. But, building Manhattanize, area that structure, especially columns occupies increases and is appearing to problem that aspect that is security of usability of space hitherto is important from interior space.
Concrete Steel Tube(CFT) columns has regular fire-resistance performance to columns itself by concrete regenerative effect which is charged in CFT columns, and recently concrete steel tube columns without protection through fire-resistance ability design law is generalized in advanced nation with Japan, Europe, these trend is likely situation that is magnified more forward.
But, domestic is real condition that is not taking advantage of enough method to estimate fire-resistance for concrete steel tube columns as quantitative or fire-resistance that standards are indwelling being not readied.
This research achieved temperature analysis and stress analysis using by thermal and mechanical special quality of Eurocode 4 to grasp fire-resistance of square concrete steel tube columns and behaved a fire-resistance ability estimation experiment in reply.
Examined existent domestic concrete steel tube columns fire-resistance ability design conclusion and proposed conclusion which can forecast fire-resistance by axial force ratio change through numerical analysis on the basis of experiment result that progress in this research and get following conclusion on the basis of this.
1) According to result that compare maximum force with an experiment with axis transformation conduct by numerical analysis, analysis consequence and experiment consequence of axis transformation conduct to when destroy while progress fire agree well each other or confirmed that analysis consequence is devaluing some.
Therefore, this numerical analysis is reasonable for estimating fire-resistance.
According as concrete section diameter increases about 1.2 times in CFT columns in condition that axial force ratio and concrete strength are equal, fire-resistance of about 20% improved. therefore, concrete strength is judged that is main important parameter who influence in fire-resistance of CFT columns should be considered with axial force ratio. In case axial force ratio is identical, concrete strength is less, fire-resistance is superior and section diameter is big, fire-resistance improves.
2) Fire-resistance time by numerical analysis agrees almost or confirmed that is forecasting (safe side) more high about 5 ~ 15% with experiment consequence about fire-resistance of square shape CFT columns.
Temperature distribution estimate result is forecasting temperature distribution tendency by actuality fire-resistance time passage properly in section by numerical analysis.
When action axial force ratio is below 0.45, maximum force estimate consequence shows resemblant tendency almost with experiment result at fire by numerical analysis or estimate is possible in safe side more.
Axis transformation action was shown that axial force ratio in extent of about 0.3 ~ 0.4 estimate by numerical analysis conduct similar to experiment result. While progress fire in axial force ratio extent, analysis consequence and experiment consequence of axis transformation action agree well each other or analysis price devalued some.
3) Concrete strength was expose that fire-resistance time rises about 5% according as 10MPa's strength rises in 20~50MPa extent and in the case of conclusion, AIJ code and fire-resistance are displaying resemblant pattern except case that axial force rain is below 0.4.
Also, the more axial force ratio rises, demonstrate equal tendency except V.K.R Kodur's design and was expose that fire-resistance becomes low.
In the case of domestic conclusion in effect of section size, effect degree by increase of section size was expose that is big than V.K.R Kodur, AIJ code that is outside the country design.
AIJ code design was expose that uniformity axial force ratio displays equal fire-resistance regardless of change of section size if act.
We Can know that Lin-Hai Han is considering effect degree of fire-resistance by increase low than other inside and outside of the country fire-resistance performance design way in section rise.
Through this, I propose coverage of conclusion which is not prescribed in domestic fire-resistance conclusion as following.
● Domestic fire-resistance conclusion
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요)
● Concrete strength(MPa) : 20 ≤ f_(ck) ≤ 50
● Axial force ratio() : 0.3 ≤ N_(a)/N_(c) ≤ 0.9
● Section size(㎜) : 200 ≤ D_(c_ ≤ 600
here,
a : Section shape coefficient
F_(c) : Concrete strength(MPa)
A_(c) : Charged concrete sectional area(㎠)
D_(c): Charged concrete diameter(㎜)
t : Fire-resistance time(min)최근에는 도시의 사무실 및 상업용 건물은 도심지의 지가상승 및 용지 확보의 어려움으로 부지의 효율적인 이용을 위하여 더욱 고층화되고 있다. 그러나 건물이 고층화될수록 내부공간에서 구조체, 특히 기둥이 차지하는 면적이 증가하여 종래보다 공간의 사용성의 확보라는 측면이 중요한 문제로 등장하고 있다.
콘크리트충전 강관(Concret Steel Tube, CFT)기둥은 강관속에 충전된 콘크리트의 축열효과로 인하여 기둥 자체만으로 일정한 내화성능을 갖고 있으며, 일본, 유럽 등 선진국에서는 내화성능설계법을 통하여 최근 무내화피복 콘크리트충전 강관기둥이 일반화되어 가고 있으며, 앞으로 이러한 추세는 보다 확대되어 나갈 가능성이 높은 상황이다.
그러나 국내에서는 콘크리트충전 강관기둥에 대한 내화성능을 정량적으로 평가하는 방법이나 기준들이 마련되지 않아 내재하고 있는 내화성능을 충분히 활용치 못하고 있는 실정이다.
본 연구는 각형 콘크리트충전 강관기둥의 내화성능을 파악하고자 Eurocode 4의 열적 및 역학적 특성으로 이용하여 온도해석 및 응력해석을 수행하였으며 이에 대한 내화성능평가 실험을 행하였다. 이를 토대로 기존의 국내 콘크리트충전 강관기둥 내화성능설계 추정식을 검토하고 본 연구에서 진행한 실험 결과를 토대로 수치해석을 통해 축력비 변화에 따른 내화성능을 예측할 수 있는 추정식을 제안하였으며 다음과 같은 결론을 얻었다.
1) 수치해석에 의한 축변형 거동과 최대내력을 실험과 비교해본 결과, 화재 진행하는 동안 파괴시까지의 축변형 거동은 해석값과 실험값이 서로 잘 일치하거나 해석값이 약간 저평가하고 있음을 확인하였다. 따라서 본 수치해석에 의한 CFT기둥 내화성능예측은 타당하다고 판단된다.
축력비와 콘크리트 강도가 동일한 조건에서 강관 내 콘크리트 단면 직경이 약 1.2배 증가함에 따라 약 20%의 내화성능이 향상됨을 확인하였으며, 따라서 콘크리트 강도는 축력비와 함께 고려되어야 하며 CFT기둥의 내화성능에 영향을 끼치는 주요 인자라고 판단된다.
축력비가 높을 경우 콘크리트의 강도의 영향이 축력비가 낮은 경우보다 콘크리트 강도에 의한 저감율이 2배 정도 차이를 보였으며, 축력비가 동일할 경우 콘크리트강도가 적을수록 내화성능이 우수하며 단면직경이 클수록 내화성능은 향상된다.
2) 각형 CFT기둥의 내화성능에 대하여 수치해석에 의한 내화저항시간은 실험결과값과 거의 일치하거나 5~15% 정도 더 높게(안전측) 예측하고 있음을 확인하였다. 수치해석에 의한 단면 내 온도분포 예측결과는 실제 내화시간 경과에 따른 온도분포 경향성을 적절히 예측하고 있다.
작용축력비가 0.45 이하인 경우, 수치해석에 의한 화재시 최대내력 예측값이 실험 결과와 거의 유사한 경향성을 보이거나 보다 안전측으로 예측이 가능하였다.
축변형 거동은 축력비가 약 0.3~0.4의 범위에서 수치해석에 의한 예측이 실험 결과와 유사한 거동을 보였다. 이 축력비 범위에서의 화재 진행하는 동안 축변형거동은 해석값과 실험값이 서로 잘 일치하거나 해석값이 약간 저평가하였다.
3) 콘크리트 강도가 20~50MPa 범위내에서 10MPa의 강도가 상승함에 따라 내화성능시간은 약 5%정도 상승하는 것으로 나타났으며, 추정식의 경우 축력비가 0.4이하인 경우를 제외하고는 AIJ code와 내화성능이 유사한 패턴을 나타내고 있다. 또한, 축력비가 높아질수록 V.K.R Kodur의 설계식을 제외하고 동일한 경향성을 나타내며 내화성능이 낮아지는 것으로 나타났으며, 단면치수의 영향도(%)에 있어서 국내 추정식의 경우 단면치수의 증가에 따른 영향도가 국외 설계식인 V.K.R Kodur, AIJ code보다 큰 것으로 나타났다.
또한, AIJ code 설계식은 동일 축력비가 작용한다면 단면치수의 변화와 상관없이 동일한 내화성능을 발휘하는 것으로 나타났으며, Lin-Hai Han 역시 단면치수에 증가에 따른 내화성능의 영향도를 다른 국내외 내화성능설계식에 비하여 낮게 고려하고 있다는 것을 알 수 있다.
이를 통해 국내 내화성능 추정식에 규정되어 있지 않는 추정식의 적용범위를 다음과 같이 제안한다.
● 국내 내화성능 추정식
◁수식 삽입▷(원문을 참조하세요)
● 콘크리트강도(MPa) : 20 ≤f_(ck) ≤ 50
● 축력비(N_(a)/N_(c)) : 0.3 ≤N_(a)/N_(c) ≤ 0.9
● 단면치수(㎜) : 200 ≤D_(c)≤ 600
여기서,
a : 단면형상 계수
F_(c) : 콘크리트 강도
A_(c) : 충전된 콘크리트의 단면적(㎠)
D_(c) : 충전된 콘크리트의 직경(㎜)
t : 내화시간
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