인체충돌시 바닥의 안전성에 관한 시험방법간 연관성 분석 Relationship of Test Methods of Impact Absorbing Effect of Floors from a viewpoint of Safety in Accidental Collisions원문보기
성능중심의 건축재료설계 수행과정에서 어떤 성능에 대한 시험 방법이 복수 존재할 경우 최적 대안 선택에 필요한 시험방법 DB 기반구축의 일환으로, 인체충돌시 바닥의 안전성을 예로서 시험방법간의 연관성을 분석하였다. 8종류의 바닥시험체를 대상으로 EN 1177의 한계하강높이 시험과 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 적용한 결과, 주로 바닥의 강성(쿠션) 크기에 따라 각 시험방법의 적용상 한계가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 시험을 통해 측정하는 물리량 단위가 같은 경우라도 시험방법간 연관성이 불분명한 상태에서는 각각의 물리량이 호환되지 않는다는 것을 알수 있었다.
성능중심의 건축재료설계 수행과정에서 어떤 성능에 대한 시험 방법이 복수 존재할 경우 최적 대안 선택에 필요한 시험방법 DB 기반구축의 일환으로, 인체충돌시 바닥의 안전성을 예로서 시험방법간의 연관성을 분석하였다. 8종류의 바닥시험체를 대상으로 EN 1177의 한계하강높이 시험과 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 적용한 결과, 주로 바닥의 강성(쿠션) 크기에 따라 각 시험방법의 적용상 한계가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 시험을 통해 측정하는 물리량 단위가 같은 경우라도 시험방법간 연관성이 불분명한 상태에서는 각각의 물리량이 호환되지 않는다는 것을 알수 있었다.
Since the study of building performance design was first undertaken by Building Research Station in 1930s, the results of such study has been reported from many parts of the world, building construction codes and standards have been revised based on performance in advanced nations as well in Korea, ...
Since the study of building performance design was first undertaken by Building Research Station in 1930s, the results of such study has been reported from many parts of the world, building construction codes and standards have been revised based on performance in advanced nations as well in Korea, and various performance certification systems are in operation. The purpose of this study is to build a database of performance certification systems to investigate the co-relationship of various test methods related to the same test items. As test methods for case study, we selected test methods involving collision of the human body. Through analysis of Critical fall height test of EN 1177 and Head Model test of JIS A 6519 about 8 species of floor test-bodies, it was found that there are limits of application in terms of the depth and strength of cushion. Furthermore, although the measured physical parameters are the same, when the co-relationship between test methods is uncertain, the various physical parameters may not be compatible with the results.
Since the study of building performance design was first undertaken by Building Research Station in 1930s, the results of such study has been reported from many parts of the world, building construction codes and standards have been revised based on performance in advanced nations as well in Korea, and various performance certification systems are in operation. The purpose of this study is to build a database of performance certification systems to investigate the co-relationship of various test methods related to the same test items. As test methods for case study, we selected test methods involving collision of the human body. Through analysis of Critical fall height test of EN 1177 and Head Model test of JIS A 6519 about 8 species of floor test-bodies, it was found that there are limits of application in terms of the depth and strength of cushion. Furthermore, although the measured physical parameters are the same, when the co-relationship between test methods is uncertain, the various physical parameters may not be compatible with the results.
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문제 정의
건축재료분야의 성능설계에 관한 연구는 부위별 요구조건에 대응하는 성능항목 및 성능수준 설정과 그 부위에 적용 가능한 재료의 보유성능에 대한 객관적이고 정량적인 평가를 골자로 하는 최적재료 선정시스템 구축을 목표로 한다. 건축의 부위별 요구조건이나 이에 대응하는 성능항목에 대해서는 오래 전부터 연구되어온 만큼 비교적 참고할 자료가 많고 설정도 용이한 편이다.
따라서 본 연구에서는 동일한 바닥시험체에 대한 EN 1177과 JIS A 6519의 시험결과를 다각도로 비교 분석함으로서 향후 인체충돌시 안전성 관점에서 바닥을 설계하거나 개발할 때 유용한 자료로서 제시하였다.
제안 방법
HIC는 10k㎐의 표본주파수로 구한 시간 · 가속도곡선의 전체 시간간격(tstart와 tend 사이)에 대해 Formula (1)을 이용하여 산출하였다.
JIS A 6519의 헤드모델 시험은 머리가 바닥에 부딪힐 때의 상대질량 및 충돌속도, 접촉면적 등에 대한 분석결과에 기초하여 개발된 헤드모델을 이용하여 전도충돌시 바닥의 안전성을 평가한다. 헤드모델 시험장치의 개요를 Figure 4에 나타낸다.
바닥의 완충성능은 높이 20cm에서 8mm 두께의 고무판을 매개로 헤드모델을 자유낙하(낙하속도 V=2m/sec) 시켰을 때 장치에 부착된 가속도계(500G)에서 발생하는 최대가속도값(Gs)을 이용하여 평가한다.
본 연구에서는 건축재료를 선정 또는 개발시 주요 지표가 되는 시험방법이 어떤 성능에 대해 복수로 존재할 경우 합리적인 대안 선택을 위해 필요한 DB 구축의 일환으로, 동일한 시험조건 하에서 바닥의 인체충돌시 안전성에 관한 국내외 대표적인 시험방법 간의 연관성을 분석하였다.
본 연구에서는 성능중심의 건축재료설계를 수행하는 과정에서 어떤 요구성능에 대응하는 시험방법이 복수로 존재할 경우 최적 대안 선택에 필요한 시험방법 DB 기반구축의 일환으로, 인체충돌 시 바닥의 안전성에 관한 시험방법을 예로서 연관성을 분석하였 다. 본 연구를 통해 얻은 결론은 다음과 같다.
성능중심의 건축재료설계 수행과정에서 어떤 성능에 대한 시험 방법이 복수 존재할 경우 최적 대안 선택에 필요한 시험방법 DB 기반구축의 일환으로, 인체충돌시 바닥의 안전성을 예로서 시험 방법간의 연관성을 분석하였다. 8종류의 바닥시험체를 대상으로 EN 1177의 한계하강높이 시험과 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 적용한 결과, 주로 바닥의 강성(쿠션) 크기에 따라 각 시험방법의 적용상 한계가 있다는 것을 알 수 있었다.
EN 1177에서는 놀이기구에서 떨어졌을 때 두부가 받는 충격력이 Head Injury Criterion(HIC) tolerance level 1,000 미만이면 두부손상이 치명적이지 않다는 가정 하에서 놀이기구 아래의 지표면이 충분한 충격감쇠력을 가질 수 있도록 그 요구조건과 시험방법을 기술하고 있다. 시험에서는 지표면 재료에 대하여 규정한 방법으로 머리모양 시험물체를 몇 단계의 높이에서 낙하시켰을 때의 가속도를 계측한다. HIC는 계측한 가속도와 충격 개시부터 종료까지의 시간과의 관계로부터 산출한다.
대상 데이터
시험장치는 머리모형과 하강높이 조절대, A/D보드, 전하증폭기, 컴퓨터로 구성하였다. 머리모형은 직경 160mm, 중량 4.6kg의 알루미늄제 반구형 발사체로서 내부에 가속도계(500G)를 부착하였다.
바닥시험체로서 Table 2에 나타내는 8종류의 모의바닥을 제작하였다. 바닥시험체의 전경을 Figure 5에 나타낸다.
콘크리트 슬래브 등에 직접 깔아서 시공하는 바닥재를 상정한 시험체 A-1, A-2 A-3은 고무시트(Shore A 75)의 두께로 쿠션을 조정하였다.
성능/효과
1) 인체충돌시 바닥의 안전성에 관해서는 세계적으로 많은 시험방법이 적용되고 있으며, 이들 시험방법은 크게 놀이시설 바닥을 대상으로 하는 것과 스포츠시설을 포함한 일반시설물 바닥과 운동매트를 대상으로 하는 것으로 분류할 수 있다.
2) 놀이시설 바닥의 충격완충성에 관한 대표적인 시험방법으로는 EN 1177의 한계하강높이 시험을 들 수 있으며, 일반시설물 바닥의 충격완충성으로는 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 들 수 있다.
3) 한계하강높이 시험은 어린이놀이터용 바닥재와 같이 완충성이 큰 바닥재에 대해서는 Hc 차이가 분명하게 나타나 유효한 시험결과를 얻을 수 있으나, 일반건축물 바닥에 대해서는 낮은 높이에서도 Gmax가 지나치게 높아 HIC 산출이 곤란한 등의 적용상에 한계가 있다.
4) 헤드모델 시험은 어린이놀이터용 바닥재와 같이 완충성이 큰 바닥재에 대해서는 측정값의 크기가 작고 차이도 거의 없어 변별력이 떨어지지만, 일반건축물 바닥에 대해서는 Gs 차이가 명확하게 나타나 전도충돌시 안전성을 정량적으로 평가할 수 있다.
5) Gmax와 Gs 등과 같이 시험을 통해 얻을 수 있는 물리량 단위가 같다고 해도 시험방법이 다르면 대상 재료의 보유성능에 대한 가치판정이 달라진다. 따라서 시험방법의 연관성이 불분명할 상태에서는 동일 항목에 대한 복수 시험방법간의 결과(측정값)을 서로 혼용하거나 대체 적용하지 않아야 한다.
성능중심의 건축재료설계 수행과정에서 어떤 성능에 대한 시험 방법이 복수 존재할 경우 최적 대안 선택에 필요한 시험방법 DB 기반구축의 일환으로, 인체충돌시 바닥의 안전성을 예로서 시험 방법간의 연관성을 분석하였다. 8종류의 바닥시험체를 대상으로 EN 1177의 한계하강높이 시험과 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 적용한 결과, 주로 바닥의 강성(쿠션) 크기에 따라 각 시험방법의 적용상 한계가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 시험을 통해 측정하는 물리량 단위가 같은 경우라도 시험방법간 연관성이 불분명한 상태에서는 각각의 물리량이 호환되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
A시리즈 시험체의 경우는 A-1이 하강높이(H) 10cm에서 최대 가속도(Gmax) 283.9G, A-2는 H = 50cm에서 Gmax 222.9G, A-3은 H = 100cm에서 Gmax 257.657G로 나타나 낮은 하강높이에서도 Gmax가 지나치게 높게 측정되었다. 따라서 콘크리트 슬래브와 같이 강성이 크고 딱딱한 바탕에 직접 깔아서 시공하는 바닥재에 대해서는 EN1177의 한계하강높이 시험이 부적합하다고 할 수 있다.
8종류의 바닥시험체를 대상으로 EN 1177의 한계하강높이 시험과 JIS A 6519의 헤드모델 시험을 적용한 결과, 주로 바닥의 강성(쿠션) 크기에 따라 각 시험방법의 적용상 한계가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 시험을 통해 측정하는 물리량 단위가 같은 경우라도 시험방법간 연관성이 불분명한 상태에서는 각각의 물리량이 호환되지 않는다는 것을 알 수 있었다.
후속연구
P시리즈와 F시리즈 시험체의 경우는 이 조건을 충족하여 어린이놀이터용 바닥재처럼 완충성이 상당한 재료나 가구식 구법의 바닥에 대해서는 EN 1177의 한계하강높이 시험을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
건축재료분야의 성능설계에 관한 연구의 목표는?
건축재료분야의 성능설계에 관한 연구는 부위별 요구조건에 대응하는 성능항목 및 성능수준 설정과 그 부위에 적용 가능한 재료의 보유성능에 대한 객관적이고 정량적인 평가를 골자로 하는 최적재료 선정시스템 구축을 목표로 한다. 건축의 부위별 요구조건이나 이에 대응하는 성능항목에 대해서는 오래 전부터 연구되어온 만큼 비교적 참고할 자료가 많고 설정도 용이한 편이다.
JIS A 6519의 헤드모델 시험은 무엇을 평가하는가?
JIS A 6519의 헤드모델 시험은 머리가 바닥에 부딪힐 때의 상대질량 및 충돌속도, 접촉면적 등에 대한 분석결과에 기초하여 개발된 헤드모델을 이용하여 전도충돌시 바닥의 안전성을 평가한다. 헤드모델 시험장치의 개요를 Figure 4에 나타낸다.
고소로부터의 추락을 상정한 Hc에서 뚜렷한 차이를 나타내었던 A-3(112cm)과 F-1(146cm) 시험체의 경우 동일 평면상에서의 전도충돌에 의한 Gs 값에는 거의 차이를 보이지 않았는데, 이는 무엇을 의미하는가?
2G). 이는 동일한 바닥재라도 채용하는 시험방법에 따라 보유성능에 대한 가치판정에 많은 차이가 발생할 수 있음을 의미한다.
참고문헌 (6)
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Mikami T, Ono H. Study on the evaluating method of hardness of floors and walls from a viewpoint of safety in accidental collisions : Part 3 : Presentation of the evaluating method of hardness of floors and walls from a viewpoint of safety in accidental collisions. Journal of structural and construction engineering. Transactions of AIJ 1988;394:1-7.
Ono H, Mikami T, Watanabe H. Research study on hardness of school gymnagium floors from the viewpoint of safety. Journal of structural and construction engineering. Transactions of AIJ 1982;321:11-30.
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