건축물의 내화성능은 화재의 피해를 최소화하기 위해 요구되고 있으며, 건축물의 용도 및 층수 등에 따라 일률적으로 정해지고 있으나, 실제 발생되는 건축물 화재의 크기와 구조부재의 응력, 변형은 매우 다양한 조건에 의해 달라진다. 스웨덴, 영국, 뉴질랜드, 호주 및 일본 등의 국가에서는 건축물의 화재크기에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수를 공학적인 수단을 활용하여 구조체 안전성을 평가하는 공학적 내화설계를 사용하고 있다. 본 논문은 공학적 내화설계의 경제적 효과를 검증하기 위하여 21층의 철골조 공동주택을 공학적 내화설계와 사양적 내화설계에 의한 내화피복비용을 비교분석하였으며, 그 결과 공학적 내화설계절차에 의한 철골조 아파트의 기둥부재 및 보부재는 무내화피복으로 내화성능을 만족하였으며, 내화피복비용 절감효과는 약 90% 수준으로 나타났다.
건축물의 내화성능은 화재의 피해를 최소화하기 위해 요구되고 있으며, 건축물의 용도 및 층수 등에 따라 일률적으로 정해지고 있으나, 실제 발생되는 건축물 화재의 크기와 구조부재의 응력, 변형은 매우 다양한 조건에 의해 달라진다. 스웨덴, 영국, 뉴질랜드, 호주 및 일본 등의 국가에서는 건축물의 화재크기에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수를 공학적인 수단을 활용하여 구조체 안전성을 평가하는 공학적 내화설계를 사용하고 있다. 본 논문은 공학적 내화설계의 경제적 효과를 검증하기 위하여 21층의 철골조 공동주택을 공학적 내화설계와 사양적 내화설계에 의한 내화피복비용을 비교분석하였으며, 그 결과 공학적 내화설계절차에 의한 철골조 아파트의 기둥부재 및 보부재는 무내화피복으로 내화성능을 만족하였으며, 내화피복비용 절감효과는 약 90% 수준으로 나타났다.
In general, fire resistance is determined through the building' uses and stories. But recently a fire engineering design that is done by the calculation of design fires from the fire cell and an evaluation of stabilities for structural behavior at fire condition have applied to almost of countries a...
In general, fire resistance is determined through the building' uses and stories. But recently a fire engineering design that is done by the calculation of design fires from the fire cell and an evaluation of stabilities for structural behavior at fire condition have applied to almost of countries as a major alternative against a prescriptive fire design. To adopt and utilize the fire engineering design into Korea, at first, we evaluated structural stability of 21st stories steel residential building at fire condition through fire engineering design and secondly the fire protection cost was analyzed with fire engineering design method and the prescriptive one, respectively. No fire protection materials for satisfaction of building law at structural members such as columns and beams were needed and about 90 % of fire protection cost was saved.
In general, fire resistance is determined through the building' uses and stories. But recently a fire engineering design that is done by the calculation of design fires from the fire cell and an evaluation of stabilities for structural behavior at fire condition have applied to almost of countries as a major alternative against a prescriptive fire design. To adopt and utilize the fire engineering design into Korea, at first, we evaluated structural stability of 21st stories steel residential building at fire condition through fire engineering design and secondly the fire protection cost was analyzed with fire engineering design method and the prescriptive one, respectively. No fire protection materials for satisfaction of building law at structural members such as columns and beams were needed and about 90 % of fire protection cost was saved.
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문제 정의
4,5). 따라서 본 논문은 21층의 철골조 아파트를 대상으로 공학적 내화설계 절차에 따라 화재 시의 구조적 안전성을 평가하고, 이에 따른 내화 피복비용을 사양적 내화설계에 의한 비용과의 비교분석을 통하여 공학적 내화설계의 필요성, 실용화 제고 및 강구조 건설 산업의 경쟁력 향상에 기여함을 목적으로 한다.
가설 설정
설계화재 계산에는 전열 특성치외에 화재하중밀도, 구획 전체면적, 구획 높이, 수직 개구부 면적, 수직 개구부 높이 등의 자료가 요구되며, 철골조 아파트의 화재하중은 뉴질랜드 자료인 400MJ/m2을 이용하였고, 강재와 초기의 공기온도는 20℃로 가정하였다.
화재구획의 설계화재곡선으로부터 기둥부재 및 보부재의 표면온도 계산을 위하여 기둥부재 및 보부재는 9.5mm의 석고보드로 시공된 구조체로 가정하였다. 설계화재곡선의 도출은 변수화재곡선의 관련 자료를 참고하여 개발된 프로그램을 이용하였으며, 계산에 적용된 전열 특성치는 다음 Table 5와 같다.
제안 방법
건축물의 화재 위험성과 기술적 기준을 활용하여 건축 구조부재의 내화성능을 합리적으로 평가할 수 있는 공학적 내화설계의 필요성과 실용성 제고의 목적으로 철골조로 시공된 21층 공동주택을 대상으로 내화설계를 수행하였으며, 이에 따른 공사비 비교를 수행하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.
내화설계법에 따른 강구조 건축물의 내화피복비용 분석을 위하여 건축법에 정의된 사양적 내화설계와 실내 가연물량에 따른 화재크기 도출, 구조부재의 내력적 성능평가를 통한 공학적 내화설계를 수행하였다.
그러나 국내에서는 이에 대한 기술적 연구와 기준 제시는 있었으나, 아직 법률적인 집행은 되지 않고 있는 실정이다. 따라서 국내외에서 개발되고 상용화되고 있는 공학적 내화설계방법을 국내의 21층 규모의 철골조 아파트에 적용하여 화재 발생시의 구조 안전성을 검증하고, 이를 바탕으로 구조부재에 대한 내화피복 유무 판단 및 내화피복 비용을 분석한다.
대상 데이터
내화설계 및 내화피복 비용의 비교분석은 38평형 21층 철골조 아파트를 대상으로 수행하였으며, 비교 대상 건축물의 개요는 Table 1 및 Figure 1과 같다.
이론/모형
구조 안전성 평가는 뉴질랜드의 내화설계법을 적용하였으며, 화재한계상태 설계와 하중비에 따른 한계온도 비교평가 절차로 진행하였다. 화재 시 구조물의 하중계수는 고정하중 1.
성능/효과
1) 구획의 높이 2.65m, 개구부율 0.128, 화재하중밀도 400MJ/m2의 화재구획 조건에서 설계화재곡선을 도출하였으며, 그 결과 7분 30초 경과 시 최고온도 980℃를 나타냈다. 또한 설계화재곡선으로 평가된 강재기둥(H-200 × 200 × 6 × 9, 단면형상계수 211m−1)의 최고온도는 18분 30초 경과 시 541℃로 나타났다.
2) 설계화재곡선에 의해 도출된 9.5mm 석고보드 마감 기둥부재와 보부재의 최고온도는 구조적 붕괴를 예측하는 붕괴온도보다 모두 낮게 나타나, 기둥부재와 보부재는 무내화피복이 가능한 것으로 판단되었다.
3) 공학적 내화설계를 통한 무내화피복에 의한 공사비와 현행 3시간 내화구조의 확보를 위한 사양적 내화설계의 공사비 비교분석을 통하여 약 90%의 내화피복비용 절감효과가 있는 것으로 나타났다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축물의 내화성능은 왜 요구되는가?
건축물의 내화성능은 화재의 피해를 최소화하기 위해 요구되고 있으며, 건축물의 용도 및 층수 등에 따라 일률적으로 정해지고 있으나, 실제 발생되는 건축물 화재의 크기와 구조부재의 응력, 변형은 매우 다양한 조건에 의해 달라진다. 스웨덴, 영국, 뉴질랜드, 호주 및 일본 등의 국가에서는 건축물의 화재크기에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수를 공학적인 수단을 활용하여 구조체 안전성을 평가하는 공학적 내화설계를 사용하고 있다.
공학적 내화설계는 무엇인가?
건축물의 내화성능은 화재의 피해를 최소화하기 위해 요구되고 있으며, 건축물의 용도 및 층수 등에 따라 일률적으로 정해지고 있으나, 실제 발생되는 건축물 화재의 크기와 구조부재의 응력, 변형은 매우 다양한 조건에 의해 달라진다. 스웨덴, 영국, 뉴질랜드, 호주 및 일본 등의 국가에서는 건축물의 화재크기에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수를 공학적인 수단을 활용하여 구조체 안전성을 평가하는 공학적 내화설계를 사용하고 있다. 본 논문은 공학적 내화설계의 경제적 효과를 검증하기 위하여 21층의 철골조 공동주택을 공학적 내화설계와 사양적 내화설계에 의한 내화피복비용을 비교분석하였으며, 그 결과 공학적 내화설계절차에 의한 철골조 아파트의 기둥부재 및 보부재는 무내화피복으로 내화성능을 만족하였으며, 내화피복비용 절감효과는 약 90% 수준으로 나타났다.
참고문헌 (10)
권인규, "고열 환경에서의 구조용 강재 특성 데이터 베이스 구축", 한국화재소방학회논문지, Vol.21, No.3, pp.47-55(2007).
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