스틸-알루미늄 복합 프레임을 갖는 커튼월의 내화성능에 관한 실험적 연구 An Experimental Study on Fire Resistance Performance of Curtain-Wall System with Steel-Aluminum Hybrid Frame원문보기
현재까지 알루미늄은 커튼월의 프레임 재료로서 광범위하게 사용되어 왔다. 최근에 건축물의 초고층화와 더불어 커튼월의 프레임 재료로서 알루미늄에 비해 강도와 열 저항능력이 큰 스틸에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 커튼월에 대한 내화성능을 EN 13830에 근거하여 차염성, 차열성 및 복사열 차단성능에 대하여 평가하였다. 실험결과, 알루미늄 커튼월에 비해 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 차염성능은 15분, 복사열에 대한 성능은 13분 상향 평가되었다. 프레임의 붕괴는 스틸-알루미늄 복합 프레임의 경우 36분, 알루미늄 커튼월의 경우 13분이었으나, 차열성능은 내화유리의 온도에 의해 모두 6분으로 평가되었다.
현재까지 알루미늄은 커튼월의 프레임 재료로서 광범위하게 사용되어 왔다. 최근에 건축물의 초고층화와 더불어 커튼월의 프레임 재료로서 알루미늄에 비해 강도와 열 저항능력이 큰 스틸에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구에서는 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 커튼월에 대한 내화성능을 EN 13830에 근거하여 차염성, 차열성 및 복사열 차단성능에 대하여 평가하였다. 실험결과, 알루미늄 커튼월에 비해 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 차염성능은 15분, 복사열에 대한 성능은 13분 상향 평가되었다. 프레임의 붕괴는 스틸-알루미늄 복합 프레임의 경우 36분, 알루미늄 커튼월의 경우 13분이었으나, 차열성능은 내화유리의 온도에 의해 모두 6분으로 평가되었다.
Aluminum has been widely used as frame materials in the curtain walls. Recently, use of steel as a curtain wall frame is being considered due to its higher strength and thermal resistance than aluminum. In this study, fire tests on the basis of EN 13830 were performed with aluminum and steel-aluminu...
Aluminum has been widely used as frame materials in the curtain walls. Recently, use of steel as a curtain wall frame is being considered due to its higher strength and thermal resistance than aluminum. In this study, fire tests on the basis of EN 13830 were performed with aluminum and steel-aluminum hybrid curtain walls. From the tests, fire resistance integrity, thermal insulation, and radiation properties were evaluated for both systems and compared. According to the test results, the steel-aluminum hybrid curtain wall showed better fire-performance than the typical aluminum curtain wall for the fire resistance integrity and radiation properties. Although, the fire resistance performance for the insulation property was 6 min for both the two frames, the collapses were occurred at 36 min for the steel-aluminum hybrid curtain wall and at 13 min for the aluminum hybrid curtain wall.
Aluminum has been widely used as frame materials in the curtain walls. Recently, use of steel as a curtain wall frame is being considered due to its higher strength and thermal resistance than aluminum. In this study, fire tests on the basis of EN 13830 were performed with aluminum and steel-aluminum hybrid curtain walls. From the tests, fire resistance integrity, thermal insulation, and radiation properties were evaluated for both systems and compared. According to the test results, the steel-aluminum hybrid curtain wall showed better fire-performance than the typical aluminum curtain wall for the fire resistance integrity and radiation properties. Although, the fire resistance performance for the insulation property was 6 min for both the two frames, the collapses were occurred at 36 min for the steel-aluminum hybrid curtain wall and at 13 min for the aluminum hybrid curtain wall.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구는 고층과 초고층 건축물의 커튼월에 대한 내화성능을 향상시키기 위해 스틸-알루미늄 복합 프레임을 적용한 커튼월을 제안하고, 실험을 통하여 내화성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 스틸-알루미늄 복합 커튼월은 결합을 위해 요구되는 복잡한 형상을 스틸로 구현하기 어렵기 때문에, 결합부분의 복잡한 형상은 알루미늄 부재를 적용하여 정밀성을 확보하도록 하였으며, 구조성능과 화재 안전 성능을 향상시키기 위해 커튼월 단면의 외측 부분은 스틸을 적용하였다.
가설 설정
본 연구에서는 건물 내부화재를 가정하여 표준온도[수식](1)을 적용하였으며, 평가를 위한 실험횟수는 각 제품에 대하여 1회씩 수행하였다.
제안 방법
국내의 화재안전 법규는 커튼월의 내화성능 평가에 대한 별도의 규정이 없으므로, 해외의 커튼월 관련 내화성능실험 및 평가에서 가장 널리 사용되는 EN138305)의 성능기준과 EN1364-3,6) EN1363-17)의 실험방법을 이용해 성능을 평가하였다. 기존의 알루미늄 커튼월과의 비교를 위하여 동일한 조건으로 알루미늄 커튼월을 제작하여 내화성능을 비교, 평가하였다.
본 연구는 고층과 초고층 건축물의 커튼월에 대한 내화성능을 향상시키기 위해 스틸-알루미늄 복합 프레임을 적용한 커튼월을 제안하고, 실험을 통하여 내화성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 스틸-알루미늄 복합 커튼월은 결합을 위해 요구되는 복잡한 형상을 스틸로 구현하기 어렵기 때문에, 결합부분의 복잡한 형상은 알루미늄 부재를 적용하여 정밀성을 확보하도록 하였으며, 구조성능과 화재 안전 성능을 향상시키기 위해 커튼월 단면의 외측 부분은 스틸을 적용하였다.
본 연구에서는 알루미늄과 스틸의 장단점을 활용한 유닛 커튼월용 스틸-알루미늄 복합 프레임을 제안하였다.
본 연구에서는 제안된 스틸-알루미늄 복합 커튼월 시스템은 고층이나 초고층용으로 적용 가능한 유닛 시스템으로 설계되었으며, 외관 향상을 위해 일반적으로 적용되는 구조실런트 방식을 이용해 프레임과 유리를 부착하였다. 국내의 화재안전 법규는 커튼월의 내화성능 평가에 대한 별도의 규정이 없으므로, 해외의 커튼월 관련 내화성능실험 및 평가에서 가장 널리 사용되는 EN138305)의 성능기준과 EN1364-3,6) EN1363-17)의 실험방법을 이용해 성능을 평가하였다.
Figure 7은 내화성능 실험을 위한 커튼월 프레임의 시험체 설치상황을 보여준다. 차염성 측정도구인 커튼 패드의 경우, 이동형 커튼패드를 사용하였으며, 차열성을 평가하기 위한 열전대는 스틸 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월 시험체에 각각 20개를 부착하였다. 또한, 복사열 차단 성능을 평가하기 위하여 수직로 열유속 측정 시스템을 실험체 비가열면으로 부터 1 m 떨어진 곳에 설치하여 복사열을 측정하였다.
대상 데이터
프레임은 모두 알루미늄으로 구성되었으며, 유리와의 결합은 스틸-알루미늄 복합 커튼월과 동일하게 구조실런트를 이용하였다. 두 개의 시험체 모두 8 mm 방화유리를 적용하였다.
스틸-알루미늄 복합 커튼월의 내화성능을 평가하기 위하여 현재 고층 및 초고층 건축물에서 일반적으로 사용되는 알루미늄 커튼월과의 비교 실험을 수행하였다. Figure 5는 알루미늄 커튼월의 수직재 및 수평재단면을 나타낸다.
Figure 5는 알루미늄 커튼월의 수직재 및 수평재단면을 나타낸다. 프레임은 모두 알루미늄으로 구성되었으며, 유리와의 결합은 스틸-알루미늄 복합 커튼월과 동일하게 구조실런트를 이용하였다. 두 개의 시험체 모두 8 mm 방화유리를 적용하였다.
이론/모형
본 연구에서는 제안된 스틸-알루미늄 복합 커튼월 시스템은 고층이나 초고층용으로 적용 가능한 유닛 시스템으로 설계되었으며, 외관 향상을 위해 일반적으로 적용되는 구조실런트 방식을 이용해 프레임과 유리를 부착하였다. 국내의 화재안전 법규는 커튼월의 내화성능 평가에 대한 별도의 규정이 없으므로, 해외의 커튼월 관련 내화성능실험 및 평가에서 가장 널리 사용되는 EN138305)의 성능기준과 EN1364-3,6) EN1363-17)의 실험방법을 이용해 성능을 평가하였다. 기존의 알루미늄 커튼월과의 비교를 위하여 동일한 조건으로 알루미늄 커튼월을 제작하여 내화성능을 비교, 평가하였다.
성능/효과
1) 차염성능은 커튼월 자체 시스템의 내화성능을 고려하여 알루미늄 커튼월은 중앙 수직프레임 착화 및 화염증가 시점인 5분, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우 중앙부 프레임에 화염이 발생한 시점인 20분으로 결정되었다.
2) 유리가 탈락하면서 시스템이 붕괴된 시간차는 23분으로 알루미늄 커튼월의 경우, 시험 시작 후 13분이었으며 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 36분이었다. 스틸과 알루미늄 사이의 용융점의 차이와 유리의 정착 방식에 의해 커튼월 시스템의 붕괴를 지연시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
5) 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 커튼월의 붕괴로 인한 수직로 열유속 측정 시스템의 파손을 방지하기 위해 측정 시스템을 제거한 시점인 26분까지 성능기준을 만족하였으나, 알루미늄커튼월의 경우 유리 파열로 인하여 붕괴시점인 약 13분에 그 성능 기준을 만족하지 못하였다. 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 차염 및 차열성능의 결과와 달리 약 13분 정도 높은 성능 차이를 보인 이유는 알루미늄의 열전도율이 스틸에 비해 약 5배 정도 높다는 점과 시스템의 결합방식에 기인한 것으로 판단된다.
6) 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 멀리언의 경우 커튼월 파괴시점인 36분까지 최고변형은 4.4 mm이었으며 트랜섬의 경우 14.6 mm였다. 반면 알루미늄 커튼월의 경우, 파괴 시점인 14분까지 최고변형은 4.
그러나, 현재 국내에서는 EN1364-36)에서 제시한 조건을 만족하는 커튼월 실험을 위한 전용 가열로가 없는 관계로 커튼월 시험체를 가열로 벽면에 삽입하고 그 경계면을 Cerak wool을 사용하여 충전하였기 때문에 충전된 프레임 상부에서 화염이 발생하였다. 따라서, 커튼월 자체 시스템의 차염성능을 고려할 때, 알루미늄 커튼월은 중앙 수직프레임 착화 및 화염증가 시점인 5분, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 중앙부 프레임에 화염이 발생한 시점인 20분을 차염성능 판단 시점으로 고려하는 것이 타당할 것으로 판단되었다.
4 mm였다. 변형성능의 결과로부터 본 연구에서 제시한 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월이 기존의 알루미늄 커튼월에 비해 내화성능을 상당히 증진시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
4 mm였다. 변형성능의 결과로부터 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월이 기존의 알루미늄 커튼월에 비해 내화성능을 상당히 증진시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 커튼월의 붕괴로 인한 수직로 열유속 측정 시스템의 파손을 방지하기 위해 측정 시스템을 제거한 26분까지 성능기준을 만족하였으나, 알루미늄 커튼월의 경우, 유리 파열로 인하여 붕괴 시점인 약 13분에 성능 기준을 만족하지 못하였다. 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 차염 및 차열 성능의 결과와 달리 약 13분 정도 높은 성능 차이를 보인 이유는 알루미늄의 열전도율이 스틸에 비해 약 5배 정도 높다는 점과 시스템의 결합방식에 기인한 것으로 판단된다.
2) 유리가 탈락하면서 시스템이 붕괴된 시간차는 23분으로 알루미늄 커튼월의 경우, 시험 시작 후 13분이었으며 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 36분이었다. 스틸과 알루미늄 사이의 용융점의 차이와 유리의 정착 방식에 의해 커튼월 시스템의 붕괴를 지연시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
유리탈락에 의한 화염방출은 건축물에서 상부층으로의 화염확산 속도를 증가시킨다는 점을 고려할 때, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월은 기존의 알루미늄 커튼월에 비해 내화성능을 크게 향상 시킬 수 있을 것으로 예측되었다.
후속연구
4) 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월 모두 차열성능은 최고온도 성능 조건에 의해 6분으로 결정되었으나, 그 차열성능이 내화유리의 온도에 의해 결정되었기 때문에 내화유리에 대한 보강대책이 요구된다.
반면, 11번(프레임) 열전대로부터 측정된 결과로부터 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 차열성능이 알루미늄 프레임의 차열성능에 비해 매우 좋다는 것을 알 수 있다. 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월과 알루미늄 커튼월 모두 차열성능이 내화유리의 온도에 의해 결정된 것으로 보아 이재승 등에서4)에서 제시한 바와 같이 내화유리에 대한 보강대책의 강구가 필요할 것으로 판단되었다.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.