[논문]화재 발생 구조물의 피해상황 분석 및 보강 대책

임철우; 한경일; 이상주; 이동우

화재 발생 구조물의 피해상황 분석 및 보강 대책
Analysis and Reinforcement Method on the Damaged Structures of Fire 원문보기

임철우 ((주)아이스트) , 한경일 ((주)아이스트 안전진단팀) , 이상주 ((주)아이스트 기술연구소) , 이동우 ((주)아이스트)

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문제 정의

이 기사에서는 사전조사를 통한 구조물의 피해정도를 파악하기 위한 수열온도와 구조재료의 물리적 변화 등을 알아보고, 실례를 통하여 화재 발생 구조물의 피해상황 분석 나아가 손상정도 파악, 적절한 보수⋅보강 방법 검토 및 적용 내용을 기술하고자 한다(Fig. 1).

제안 방법

대상 구조물은 화재로 인한 피해가 심각하여 일부 구간에서는 철거하고 재시공 하는 것이 구조물의 안전에 가장 좋은 방법이라 사료되나, 2층 일부를 철거하여 재시공하면 구조물에 2차 피해가 커질 가능성이 있어 보수⋅보강으로 건물의 성능을 회복시킬 수 있는 방법을 모색하였다.
22에 나타낸다. 또한 보강 강재와 기존 콘크리트 면사이에는 일체성을 확보하기위해 에폭시 수지를 주입하였다.
25에 나타낸 것과 같이 중앙부에 2개의 큰 새들과 그 양쪽에 한 개씩 새들을 설치하여 Wire Post Tension 공법을 적용하였다. 또한 앵글을 이용하여 보와 새들의 횡변형을 제어하였다(Fig. 26).
화재 손상된 구조물의 안전성을 검토하기 위해서는 구조부재를 구성하는 주요재료인 콘크리트, 철근 그리고 강재의 화재노출시간에 따른 성능변화를 고려하여야 한다. 사전조사를 통하여 구조물의 손상상태와 화재노출시간을 파악하고 이를 토대로 진단을 실시하여 이 결과를 활용한 구조해석을 근거로 고온에 노출된 부재 및 구조물의 상태를 평가할 수 있다.
콘크리트의 중성화는 시간이 지남에 따라 진행되는 것이지만 화염에 의해 가열된 경우에도 진행된다. 조사 대상부재에 구멍을 뚫고 페놀프탈레인 용액을 주입하여 적변반응을 확인하여 중성화의 깊이를 확인한다. 중성화가 자연풍화 진행이 아닌 화재에 의한 것으로 판단된다면 적색부분은 500℃ 이하의 수열온도였음을 알 수 있다(Fig.
초기에 화재 잔해물이 대부분 존치되어 있어 일부 부재만 근접하여 조사가 실시되었으며, 이를 토대로 정밀 안전진단 및 구조검토를 통한 보수⋅보강설계 및 시공을 행하였다.
현장조사결과 피해정도에 따라 A, B 그리고 C 구간으로 분류하였으며, 이를 토대로 주요구조 부재의 내력을 추정하고 구조검토를 실시하였다. Fig.
화재 손상으로 인해 내력을 상실하거나 부족한 부재의 일부 또는 전체를 강판으로 보강하는 방법을 적용하였다. 손상을 입어 보강 대상이 되는 부재 및 적용한 보강상세도를 Fig.

대상 데이터

화재피해 진단 및 보수⋅보강을 위한 대상구조물은 철골구조로서 철골 보, 기둥, 합성슬래브와 파일기초 등으로 구성되어 있는 지상 3층 규모의 구조물이다.

이론/모형

슬래브의 균열을 보수⋅보강하기위해 에폭시를 주입하였으며, 슬래브도 데크플레이트의 들뜸을 바로잡고 처짐을 제어하고자 Fig. 25에 나타낸 것과 같이 중앙부에 2개의 큰 새들과 그 양쪽에 한 개씩 새들을 설치하여 Wire Post Tension 공법을 적용하였다.
23b와 같은 보강상세를 적용하였다. 피해구간의 다른 보는 Wire Post Tension공법을 적용하여 보강하였다. Fig.

성능/효과

대상 구조물은 화재로 인한 피해가 심각하여 일부 구간에서는 철거하고 재시공 하는 것이 구조물의 안전에 가장 좋은 방법이라 사료되나, 2층 일부를 철거하여 재시공하면 구조물에 2차 피해가 커질 가능성이 있어 보수⋅보강으로 건물의 성능을 회복시킬 수 있는 방법을 모색하였다. 각 부위에 적절한 보강방안을 적용하여 구조 내력를 검토한 결과, 대상구조물의 구조내력이 화재발생 이전의 내력을 충분히 발휘할 수 있음을 확인하였다. 각 부위별, 부재별 적용한 보강 방법을 Table 5에 나타낸다.
현장 피해조사 결과를 바탕으로 Fig. 11에 나타낸 것과 같이 구간을 분류하였으며, 구조검토시 A구간은 화재의 피해정도가 매우 심한 구간으로 철골부재는 600℃이상의 고온에 노출된 것으로 판단되어 내력을 50% 저감하고, B구간내 부재는 A구간보다는 덜하나 피해정도가 심해 내력을 30%저감하였다. 또한 C구간의 경우는 화재 피해정도가 경미해 내력저감을 고려하지 않았다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

콘크리트는 어떤 재료가 혼합된 재료인가

화재 노출시간 및 수열 온도에 따라 구조재료에서 물성변화가 발생하게 된다. 콘크리트는 시멘트, 골재, 물 등의 재료가 혼합된 재료이므로 화염에 의한 고온에 노출된 콘크리트의 성능을 평가하기 위해서는 콘크리트의 성질을 단일변수의 함수로 고려할 수 있다. 온도를 함수로 한 재료의 물리적 성질은 콘크리트와 함께 강재도 열전도율, 열용량, 열팽창계수, 압축강도 및 탄성계수 등이다.

수열온도가 증가하면 늘어나 콘크리트의 균열 및 피복탈락을 유발하는데 육안으로 파악할 수 없는 부분을 간단한 조사 방법은 무엇인가

7에 나타낸다. 이와 같이 육안조사에 의해 콘크리트의 균열이나 피복 탈락을 조사할 수 있는 상태도 있지만, 육안으로는 파악할 수 없는 미세균열이나 들뜸 현상이 발생된 부분이 있을 수 있으므로 손 망치를 통하여 두들겨 보는 간단한 조사 방법을 통하여 전범위에 대하여 조사를 실시할 필요가 있다(Fig. 8).

콘크리트는 몇 도까지 압축강도에 큰 변화가 없는가

온도를 함수로 한 재료의 물리적 성질은 콘크리트와 함께 강재도 열전도율, 열용량, 열팽창계수, 압축강도 및 탄성계수 등이다. 콘크리트는 300℃까지는 압축강도에 큰 변화가 없으나 더 높은 고온에 노출되면 선형적으로 강도가 감소하고(Fig. 2), 강재는 온도가 높아짐에 탄성계수, 항복점, 탄성한도가 낮아지며, 인장강도는 250~300℃에서 최대로 되었다가 300℃를 넘으면 급격히 낮아져 500~600℃ 부근에서 절반이하로 낮아진다(Fig.

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