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공기 중 폭발하중에 대한 창호시스템의 방폭설계 절차에 관한 고찰
A Review on the Blast Resistant Design for Glazing and Window Systems Subject to High-explosive Loadings 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.20 no.12 = no.165, 2010년, pp.1229 - 1235  

허영철 (한국기계연구원 시스템다이나믹스연구실) ,  정태영 (한국기계연구원 시스템다이나믹스 연구실) ,  오성근 ((주)동양정공)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Anti-terrorism design for public buildings as well as military facilities is important to minimize the mass casualties from terrorist attacks. Also, well designed glazing and window systems can reduce the potential injury of human caused by scattering fragment of a glazing. In this paper, blast resi...

주제어

#창호시스템   #폭발하중   #방폭설계  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 대테러 예방을 위한 방폭 창호시스템의 설계와 관련된 표준, 성능해석 및 성능시험 절차에 대해 미국의 현황을 중심으로 간략히 살펴보았다. 미 국방부 소속의 모든 신축 건물은 UFC에 의한 설계표준의 적용이 의무사항이며 더불어 방폭 창호시스템의 시공은 필수적이다.
  • 이 논문에서는 방폭 창호시스템의 설계부터 성능시험인증을 획득하기까지 고려해야할 절차와 관련 표준서의 적용에 관해 전반적인 사항을 기술한다. 아울러 미 국방부에서 인증하는 성능시험 기관이 전무한 국내 현실에 비추어 그 중요성이 더욱 크다고 판단되는 성능해석의 절차 및 접근방법에 대해서 미국 내 전문기관의 현황을 중심으로 기술한다. 아직은 기초 단계인 방폭설계 분야에 대한 국내 연구원들의 관심을 확산하고 향 후 방폭 시설물의 잠재적 수요에 대비한 기초 자료로 활용될 수 있기를 기대한다.
  • 이 논문에서는 방폭 창호시스템의 설계부터 성능시험인증을 획득하기까지 고려해야할 절차와 관련 표준서의 적용에 관해 전반적인 사항을 기술한다. 아울러 미 국방부에서 인증하는 성능시험 기관이 전무한 국내 현실에 비추어 그 중요성이 더욱 크다고 판단되는 성능해석의 절차 및 접근방법에 대해서 미국 내 전문기관의 현황을 중심으로 기술한다.

가설 설정

  • 여기서, q는 설계하중, a는 유리의 긴 변의 길이, b는 유리의 짧은 변의 길이, t는 유리의 두께 그리고 E는 유리의 탄성계수다. ASTM E 1300 절차서는 기본적으로 단순 평판 이론에 기초하기 때문에 유리의 네 변은 단순지지 조건이며, 하중은 유리표면에 균일하게 분포한다고 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조시스템 성능 개선기술 개발에서 추진 중인 연구 목표는 무엇인가? 최근 국토해양부와 건설교통기술평가원의 V-10 사업의 일환으로서 초고층복합빌딩 사업단이 발족하였으며 1핵심 과제의 3세부 과제인 “구조시스템 성능 개선기술 개발”에서는 폭발물테러 예방 및 피해경감 설계기술을 포함하여 연쇄붕괴방지, 화재ㆍ충돌ㆍ가스폭발에 대비한 초고층건물의 구조적인 안전성과 사용성 증대를 목표로 관련 연구가 추진되고 있다(1). 한편, 이경구(2) 등은 LS-DYNA(3)를 활용한 유한요소해석기법을 사용하여 폭발하중에 의한 기둥부재의 거동과 손상 특성에 대한 연구를 수행하였다.
폭발하중을 고려한 구조물 설계분야의 국내 연구의 사례는 무엇이 있는가? 최근 국토해양부와 건설교통기술평가원의 V-10 사업의 일환으로서 초고층복합빌딩 사업단이 발족하였으며 1핵심 과제의 3세부 과제인 “구조시스템 성능 개선기술 개발”에서는 폭발물테러 예방 및 피해경감 설계기술을 포함하여 연쇄붕괴방지, 화재ㆍ충돌ㆍ가스폭발에 대비한 초고층건물의 구조적인 안전성과 사용성 증대를 목표로 관련 연구가 추진되고 있다(1). 한편, 이경구(2) 등은 LS-DYNA(3)를 활용한 유한요소해석기법을 사용하여 폭발하중에 의한 기둥부재의 거동과 손상 특성에 대한 연구를 수행하였다. 심창수(4) 등은 알루미늄 폼의 방호구조물에 대해 근거리 폭발에 의한 수치해석을 수행하고 희생 부재의 설계변수에 따른 거동을 평가하였다. 이렇듯 폭발하중을 고려한 구조물 설계분야의 국내 연구는 시작 단계에 있다고 볼 수 있다(5,6).
방폭 창호시스템의 시공이 필수적인 이유는 무엇인가? 특히 지난 2001년 미국의 세계무역센터에서 발생한 9ㆍ11 테러 이후 미 국방부 소속의 모든 신축 건물에 테러예방 설계표준의 적용을 강화하고 있으며 기존 건물이나 임대 건물에도 최소한의 설계 요구조건이 적용되고 있다. 이러한 건물설계에서 방폭 창호시스템의 시공은 필수적인데 일반 창호의 경우 외부 폭발에 의한 강한 충격에 매우 취약해서 손상된 유리파편의 비산으로 건물 내부의 인명이 심각한 상해를 입을 수 있기 때문이다.
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참고문헌 (15)

  1. Super-Tall Buildings R&BD Center, 2009, “http://www.supertall.org”. 

  2. Lee, K. K., Kim, T. J., Kim, E. S. and Kim, J. K., 2007, “Behavior of Steel Columns Subjected to Blast Loads,” Journal of Earthquake Engineering Society of Korea, Vol. 23, No. 7, pp. 37-44. 

  3. Whirley, R. G. and Engelmann, B. E., 1993, “DYNA3D: A Nonlinear Explicit Three-dimensional Finite Element Code for Solid and Structural Mechanics,” User Manual, Lawrence Livemore National Laboratory, Livemore, CA. 

  4. Shim, C. S. and Yun, N. R., 2010, “Evaluation of Close-range Blast Pressure Mitigation Using a Sacrificial Member,” Journal of Earthquake Engineering Society of Korea, Vol. 14, No. 1, pp. 11-23. 

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  5. Huh, Y. C., Chung, T. Y., Moon, S. J. and Oh, S. K., 2010, “A Review on the Process of Blast Effect Analysis for Designs of a Glazing System Against Explosive Loadings,” Proceedings of the KSNVE Annual Autumn Conference, pp. 136-137. 

  6. Bin, J. H., 2009, “Numerical Study of Sound Generation Mechanism by a Blast Wave,” Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 19, No. 10, pp. 1053-1061. 

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  7. Bogosian, D. and Fu, S., 2004, “Infiltration of Airblast into Buildings through Glazed Openings,” 31st Explosives Safety Seminar, San Antonio, Texas. 

  8. Crawford, J. E. and Magallanes, J. M., 2006, “Evaluation of the State of the Art Pertaining to Structural Steel Applications in Blast-resistant Design,” Karagozian & Case, Burbank, CA, TR-06-9.1. 

  9. Timmel, M., Kolling, S., Osterrieder, P. and Dubois, P. A., 2007, “A Finite Element Model for Impact Simulation with Laminated Glass,” Int. J. of Imapct Engineering, Vol. 34, pp. 1465-1478. 

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  10. UFC 4-010-01, 2007, “DoD Minimum Antiterrorism Standards for Buildings,” Unified Facilities Criteria, Department of Defence, U.S.A. 

  11. ASTM F 2248, 2003, “Standard Practice for Specifying an Equivalent 3-Second Duration Design Loading for Blast Resistant Glazing Fabricated with Laminated Glass,” American Society for Testing and Materials, Annual Book of ASTM Standards. 

  12. ASTM E 1300, 2007, “Standard Practice for Determining Load Resistance of Glass in Buildings,” American Society for Testing and Materials, Annual Book of ASTM Standards. 

  13. ASTM F 1642, 2004, “Standard Test Method for Glazing Systems Subject to Airblast Loadings,” American Society for Testing and Materials, Annual Book of ASTM Standards. 

  14. Dalgliesh, A., Structural Design of Glass for Buildings, National Research Council of Canada. 

  15. Kingery, C. N. and Bulmash, G., 1984, “Airblast Parameters from TNT Spherical Air Burst and Hemispherical Surface Burst,” Report ARBL-TR-02555, U.S. Army BRL, Aberdeen Proving Ground, MD. 

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