[논문]내화뿜칠재 보와 기둥의 내화성능 분리평가에 대한 실험적 연구

전수민; 김재준

doi:10.7731/kifse.2015.29.4.001

초록
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강구조용 내화뿜칠재는 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 내화뿜칠재 인정시 보와 기둥이 분리되어 평가 및 인정되고 있다. 보와 기둥의 내화시험 표준시험체는 단면형상계수 등이 상이하므로 내화피복 두께산정방법(KS F 2848)에 따르면 동일피복재를 사용하는 경우 동일성능의 보용 뿜칠재와 기둥용 뿜칠재는 피복두께가 상이할 것으로 예상할 수 있다. 그러나 현재 인정이 유효한 내화뿜칠재의 보 기둥 피복두께는 제품별로 서로 동일하거나 매우 유사하다. 그렇다면 동 뿜칠재의 내화구조 인정을 위한 성능시험시 보와 기둥의 강재평균온도에 차이가 있었을 것이라고 추정해 볼 수 있다. 본 연구를 통하여 보용 또는 기둥용 내화뿜칠재의 강재평균온도를 비교분석하여, 보용 기둥용으로 분리하여 평가 및 인정하고 있는 현 제도를 검토해 보고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is necessary to obtain a fire resistance certification in order to use SFRM in Korea. The fire resistance tests for certifications are performed separately for beams and columns and the certifications are different. We could assume that the same SFRM has different thicknesses for beams and column...

It is necessary to obtain a fire resistance certification in order to use SFRM in Korea. The fire resistance tests for certifications are performed separately for beams and columns and the certifications are different. We could assume that the same SFRM has different thicknesses for beams and columns because the conditions of the fire resistance tests for them differ in the section factors etc. But most of the SFRMs in Korea have the same thicknesses for beams and columns. So the question arises as to there were the differences between the fire test results for beams and columns reside. The purpose of this study is to consider the separate evaluation of the fire resistance of members through a comparative analysis of the temperature data obtained from fire certification tests.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 연구에서는 상기 뿜칠재 제품군의 보 및 기둥의 내화 시험결과를 비교하여 내화뿜칠재 보와 기둥을 분리하여 평가 및 인정하고 있는 현 제도의 타당성을 검토해 보고자 한다.

가설 설정

귀무가설은 ‘동일 피복재가 사용된 동일 내화성능의 보와 기둥의 내화성능시험결과 간에 온도차이가 없을 것이다.
분리평가의 타당성 검토를 위하여 귀무가설(H0)은 ‘동일 피복재가 사용된 동일 내화성능의 보와 기둥의 내화성능 시험결과 간에 온도차가 없을 것이다’(μD =0), 대립가설 (H1)은 ‘동일 피복재가 사용된 동일 내화성능의 보와 기둥의 내화성능시험결과 간에 온도차가 있을 것이다’(μD ≠0) 로 한다.

제안 방법

3.4에서 전술한 바와 같이 내화구조 인정을 위한 내화시험방법은 내화지침 부록1 ‘내화구조 품질시험방법’에 명시되어 있고 여기에 시험체 경계조건 및 부재의 크기가 특정되어 있으며 본 논문에서는 이에 따라 실시된 내화구조 인정용 내화시험결과를 분석하였다.
현재(2015년 5월) 내화구조의 인정이 유효한 ‘뿜칠피복 철골보’ 및 ‘뿜칠피복철골기둥’ 중 보와 기둥에 사용된 피복재가 동일제품이고 피복두께가 동일하거나 유사한 구조가 26개이다. 내화구조 인정 과정에서 구조당 2회의 내화 성능시험을 실시하므로 총 52건의 시험 데이터가 존재하며, 구조별 보와 기둥 내화시험 결과가 서로 차이가 없다는 귀무가설을 전제로 동 내화시험 데이터를 쌍체비교 t-검정하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 지 여부 및 분리 평가의 타당성을 검토한다.
국내에서는 사양적 내화설계법에 따라 뿜칠재의 내화성능을 확인하여 ‘뿜칠피복철골보’ 및 ‘뿜칠피복철골기둥’을 내화구조로 인정하는데 보와 기둥을 분리하여 평가 및 인정한다. 보와 기둥의 내화시험체의 단면형상계수 등이 상이함에도 불구하고 현재 인정이 유효한 30종의 SFRM 중 보와 기둥이 대응되는 26종의 경우 동일 제품군의 보와 기둥의 내화성능별 피복두께가 동일하거나 매우 유사한 것에 대한 의문을 바탕으로 상기 내화구조 26종에 대한 인정 당시의 내화성능시험결과 52건을 비교분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.
인정과정에서 시공의 적절성은 내화기준 제7조(시료채취 및 시험체 제작) 등의 규정에 따라 인정기관과 내화시험을 실시하는 공인시험기관이 주체가 되어 확인하고 있으며, 현장 적용시 시공의 적절성은 동 기준 제14조(인정업자 등의 자체품질관리) 등의 규정에 따라 감리자가 주체가 되어 확인하고 이를 관할 허가청에 제출하도록 되어 있다. 본 논문의 분석 대상인 26개 인정구조의 52개 내화시험체의 경우 인정기관인 한국건설기술연구원과 내화시험을 실시한 공인시험기관에서 동 기준에 따른 시공의 적절성을 확인한 후 내화시험을 실시하였고 성능이 확보되어 내화구조로 인정되었다.

대상 데이터

현재(2015년 5월) 내화구조로 인정되는 뿜칠피복재는 총30개 구조이다. 이중 26개 구조는 철골보용과 철골기둥 용이 짝을 지어 인정을 받았으며 4개 구조는 철골보에만 사용하는 구조이다.

데이터처리

Table 4 뿜칠피복재 인정현황과 같이 보13개 구조와 기둥 13개 구조가 각각 쌍을 이루는 내화구조이며 내화지침 부록1 ‘내화구조 품질시험방법’에 따라 내화구조별 2회의 내화시험을 실시하므로 보13개 구조에 대한 26건의 내화시험결과와 기둥13개 구조에 대한 26건의 내화시험결과의 온도차를 구할 수 있다. 이 26개의 온도차에 대하여 Excel(2013)의 데이터분석 도구 중 t검정 쌍체비교를 활용하여 유의수준 0.05로 가설을 검증한다.

성능/효과

1) 뿜칠피복철골보에 대한 26건의 내화성능시험결과 평균온도는 372.52^oC, 뿜칠피복철골기둥에 대한 26건의 내화성능시험결과 평균온도는 382.40 ^oC이며 표준편차는 각 84.94 ^oC, 97.44 ^oC이다. 기둥의 평균온도가 보의 평균온도 보다 9.
05보다 크므로 귀무가설을 기각하지 못한다. 즉, 상기 52건의 내화성능 시험결과에 대한 쌍체비교 t-검정 결과 동일한 뿜칠재가 피복된 보와 기둥의 내화성능에 있어 통계적으로 유의한 차이는 없다.
’라는 귀무가설을 기각하지 못한다. 즉, 실제 내화시험결과를 분석해본 결과 보용 표준 내화시험체와 기둥용 표준내화시험체가 상이함에도 불구하고 동일한 뿜칠재로 구성된 보용 내화시험체와 기둥용 내화시험체의 내화성능 간에 통계적으로 유의한 차이가 없다.

후속연구

2) 현재 뿜칠피복철골보 2회 뿜칠피복철골기둥 2회 총 4회의 내화성능시험을 실시하고 그 결과에 따라 각각 내화 구조로 인정을 하고 있는데, 본 논문을 통하여 실제 사례를 분석해 본 결과 동일 피복의 동일 내화성능 보와 기둥 내화시험결과 사이에 통계적으로 유의한 차이가 없으므로 보와 기둥을 분리하여 평가 및 인정하고 있는 현 제도를 신중히 재검토해 볼 필요가 있다고 사료되며, 보와 기둥 표준내화시험체의 단면형상계수 등이 상이함에도 보와 기둥의 실제 부재 내화시험결과에 통계적으로 유의한 차이가 없다는 것은 비팽창성 피복재에 대하여 단면형상계수를 활용한 성능적 내화설계법을 실무에 적용하기 위하여 실증적 후속 연구가 필요함을 의미한다고 사료된다.
이렇게 특정된 내화구조 인정용 시험조건과 달리 실제 강구조 건축물에 적용되는 기둥부재나 보부재의 경우 경계조건이나 크기가 매우 다양하다. 비록 상기 조건으로 내화구조 인정을 받은 뿜칠피복재를 다양한 부재에 적용하고 있는 것이 국내의 현실이나, 기술적으로 본 논문의 분석결과는 실제 건축물에 적용되는 다양한 부재를 포함하지 못하는 한계를 가진다.
아울러, 동 결론은 내화구조 인정을 위한 제한적 조건에 따른 내화시험결과를 대상으로 한 것으로 이 이외의 조건에 대하여는 또 다른 검증(실험과 해석)이 수반되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	내화뿜칠재의 보 기둥 피복두께는 제품별로 서로 동일하거나 매우 유사함을 통해 추정 가능한 것은 무엇인가?	그러나 현재 인정이 유효한 내화뿜칠재의 보 기둥 피복두께는 제품별로 서로 동일하거나 매우 유사하다. 그렇다면 동 뿜칠재의 내화구조 인정을 위한 성능시험시 보와 기둥의 강재평균온도에 차이가 있었을 것이라고 추정해 볼 수 있다. 본 연구를 통하여 보용 또는 기둥용 내화뿜칠재의 강재평균온도를 비교분석하여, 보용 기둥용으로 분리하여 평가 및 인정하고 있는 현 제도를 검토해 보고자 한다.
	강구조용 내화뿜칠재의 사용조건은 무엇인가?	강구조용 내화뿜칠재는 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 내화뿜칠재 인정시 보와 기둥이 분리되어 평가 및 인정되고 있다. 보와 기둥의 내화시험 표준시험체는 단면형상계수 등이 상이하므로 내화피복 두께산정방법(KS F 2848)에 따르면 동일피복재를 사용하는 경우 동일성능의 보용 뿜칠재와 기둥용 뿜칠재는 피복두께가 상이할 것으로 예상할 수 있다.
	내화피복 두께산정방법에 따라 보용 뿜칠재와 기둥용 뿜칠재의 두께의 예상은 어떻게 되는가?	강구조용 내화뿜칠재는 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 내화뿜칠재 인정시 보와 기둥이 분리되어 평가 및 인정되고 있다. 보와 기둥의 내화시험 표준시험체는 단면형상계수 등이 상이하므로 내화피복 두께산정방법(KS F 2848)에 따르면 동일피복재를 사용하는 경우 동일성능의 보용 뿜칠재와 기둥용 뿜칠재는 피복두께가 상이할 것으로 예상할 수 있다. 그러나 현재 인정이 유효한 내화뿜칠재의 보 기둥 피복두께는 제품별로 서로 동일하거나 매우 유사하다.

참고문헌 (15)

I. K. Kwon, N. Y. Jee and H. Y. Kim, "Experimental Study on the Determination of Fire Protection Thickness through Section Factors of Structural Steels", Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 18, No. 9, pp. 125-132 (2002).
C. W. Jung, N. Y. Jee and I. K. Kwon, "Study on the Determination of Fire Protection Thickness based on Section Factor", Proceedings of 2003 Spring Annual Conference, Korean Institute of Building Construction, pp. 139-142 (2003).
S. H. Lee, K. H. Kim, M. S. Lee, H. Y. Kim, H. D. Kim, T. H. Song, C. Y. Ok, B. K. Jin, et al., "Development of Fire Resistance Design Method in Building", KICT 2004-376, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (2004).
T. S. Shin, "An Analysis and Evaluation of Fire Resistance Performance for the Protected Steel Columns in Korea", Journal of Korean Society of Steel Construction, Vol. 21, No. 1, pp. 27-35 (2009).
S. C. Kim, "Correlation Analysis with Fire Endurance Time based on Section Factor to Obtain an Estimate of Fire Protection Material Thickness", Architectural Engineering Master's Thesis, Chungju National University (2009).
H. S. Kim and J. Kang, "A Study on the Determination of Required Fire Protection Thickness Considering Steel Section Shape", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol. 12, No. 12, pp. 5910-5916 (2011).

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Korea Agency for Technology and Standards, "Method for Calculating Fire Protective Thickness of Structural Steel According to Section Factor", KS F 2848:2010 (2010).
Korea Agency for Technology and Standards, "Methods of fire Resistance Test for Elements of Building Construction-General Requirements", KS F 2257-1:2014 (2014).
Korea Agency for Technology and Standards, "Methods of Fire Resistance Test for Elements of Building Construction-Specific Requirements for Beams", KS F 2257- 6:2014 (2014).
Korea Agency for Technology and Standards, "Methods of Fire Resistance Test for Elements of Building Construction-Specific Requirements for Columns", KS F 2257-7:2014 (2014).
Korea Agency for Technology and Standards, "Dimensions, Mass and Permissible Variations of Hot Rolled Steel Sections", KS D 3502:2013 (2012).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "The Evacuative and Fireproof Construction of Buildings", Minister Decree No:149 (2014).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Standards for Accreditation and Management of Fire Resistant Construction", Notification No:2014-200 (2014).
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, "Detail Instructions for Accreditation and Management of Fire Resistant Construction", Document No:7749 (2012).
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology, "Certificate List of Fire Resistant Construction", http://cert.kict.re.kr/ (2015).

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