[논문]강재보용 내화피복의 내화성능 평가단면에 대한 고찰

전수민; 김재준

doi:10.7731/kifse.2016.30.2.049

강재보용 내화피복의 내화성능 평가단면에 대한 고찰
Review on Fire Test Section of Fire Protection Coating for Steel Beam 원문보기

한국화재소방학회 논문지= Fire science and engineering, v.30 no.2, 2016년, pp.49 - 55

초록
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강구조용 내화피복은 내화성능평가를 통하여 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 기둥용 내화피복은 4면, 보용 내화피복은 3면을 가열하여 내화성능을 평가한다. 4면이 균등하게 가열되는 기둥과 달리 3면이 가열되는 보의 경우 비가열면인 상부의 온도가 가열면의 온도와 차이가 있을 것이 예상된다. 보용 내화피복 내화성능 평가시 비가열면의 온도도 포함되는데 비가열면의 온도가 부재의 온도와 유의한 차이가 있다면 온도측정 부위에 대한 신중한 검토가 필요할 것이다. 이에 본 논문에서 내화구조로 인정된 보용 내화피복의 내화성능시험결과를 분석하여 보용 내화피복 내화성능 평가단면의 타당성을 살펴보고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is necessary to obtain a fire resistance certification in order to use Fire Protection Coating in Korea. According to the fire test standards, columns have four heating sides and beams have three. In comparison with columns which are heated four sides equally, beams have three exposed sides and one unexposed up side. So the question arises as to there were the differences between the temperature of up side and others of beams in fire test. The purpose of this study is to consider the positions of thermocouples for beams through a comparative analysis of the temperature data obtained from fire certification tests.

주제어

표/그림 (9)

그림 Figure 1. Positions for specimen thermocouples.
표 Table 1. Standard Specimen for Fire Test
그림 Figure 2. Thermocouples positions for beam.
표 Table 2. Current Certificate List of Fire Protection Paint for Steel Beam
그림 Figure 3. Comparative temperatures of unexposed side of paint protection beam.
표 Table 3. Current Certificate List of Fire Protection Spray for Steel Beam
표 Table 4. Paired T-test Result of Paint Protection Beam
그림 Figure 4. Comparative temperatures of unexposed side of spray protection beam.
표 Table 5. Paired T-test Result of Spray Protection Beam

AI 본문요약
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문제 정의

내화구조 인정 과정에서 구조당 2회의 내화성능시험을 실시하므로 38건의 보용 내화도료 시험데이터 및 34건의 보용 내화뿜칠 시험데이터가 존재한다. 내화성능시험시 보부재의 평균온도와 비가열면인 상부의 온도 사이에 차이가 없다는 귀무가설을 전제로 상기 시험데이터의 부재 평균온도와 상부온도를 쌍체비교 t-검정하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 지 여부를 살펴보고 이를 통하여 내화성능 평가단면의 타당성을 검토해 본다.
이러한 문제점에도 불구하고 KICT에서 부속서B에 따른 내화구조 인정을 하고 있는 것에 대하여 본 논문에서 구체적으로 다루고자 하는 바는 아니다. 본 논문에서는 상기와 같은 논란의 여지가 있는 비재하 가열시험에 대하여 실제 시험데이터를 비교분석하여 강재보 온도 측정 부위의 타당성을 살펴 보고자 한다.
보 부재 내화성능시험의 합부는 부재온도의 절대값으로 판단하는데 현재는 비가열면 측정온도도 부재온도에 포함하고 있으며 만일 비가열면 측정온도가 부재 온도와 유의한 차이를 보인다면 비가열면에 열전대를 설치하는 현 시험방법을 신중히 재검토할 필요가 있을 것이다. 본 연구를 통하여 현재 내화구조로 사용되고 있는 보용 내화피복에 대한 인정당시 내화성능시험결과를 비교분석하여 보용 내화피복 내화성능 평가단면의 타당성을 검토해 보고자 한다.
그런데 현재 내화피복 내화구조 인정절차를 살펴보면 비재하 가열시험을 통한 강재온도로 합부를 판정하고 있으며, 내화구조 인정내용을 살펴보면 사용부위를 ‘건축물의 철골보’ 또는 ‘건축물의 철골 기둥’으로 명시하고 있어 결과적으로 주요구조부인 보 및 기둥의 평가에 상기 부속서B가 적용되고 있는 문제점을 발견할 수 있다. 이러한 문제점에도 불구하고 KICT에서 부속서B에 따른 내화구조 인정을 하고 있는 것에 대하여 본 논문에서 구체적으로 다루고자 하는 바는 아니다. 본 논문에서는 상기와 같은 논란의 여지가 있는 비재하 가열시험에 대하여 실제 시험데이터를 비교분석하여 강재보 온도 측정 부위의 타당성을 살펴 보고자 한다.

가설 설정

내화지침 부록1의 절차에 따라 내화구조별 2회의 내화성능시험을 실시하므로 상기 19개 내화도료 인정구조에 대한 38건의 시험 데이터 및 38건의 온도차이가 존재하며 이에 대하여 Excel (2013)의 데이터분석 도구 중 t검정 쌍체비교를 활용하여 유의수준 0.05로 가설을 검정한다. 또한, 상기 17개 내화뿜칠 인정구조에 대한 34건의 시험 데이터 및 34건의 온도차이도 도료의 경우와 동일하게 쌍체비교를 활용하여 유의수준 0.
05로 가설을 검정한다. 또한, 상기 17개 내화뿜칠 인정구조에 대한 34건의 시험 데이터 및 34건의 온도차이도 도료의 경우와 동일하게 쌍체비교를 활용하여 유의수준 0.05로 가설을 검정한다.
보용 내화도료 내화성능 평가단면의 타당성 검토를 위하여 귀무가설(H0)은 ‘도료피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 없을 것이다’ (μD =0), 대립가설(H1)은 ‘도료피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 있을 것이다’(μD ≠ 0)로 한다.
보용 뿜칠의 경우도 동일하게 귀무가설은 ‘뿜칠피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 없을 것이다’, 대립가설은 ‘뿜칠피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 있을 것이다’로 한다.
부재온도와 상부온도를 쌍체비교 t-검정한 결과 유의확률이 유의수준보다 작으므로 귀무가설을 기각하고 ‘도료피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 있을 것이다.
부재온도와 상부온도를 쌍체비교 t-검정한 결과 유의확률이 유의수준보다 작으므로 귀무가설을 기각하고 ‘뿜칠피복철골보의 내화성능시험결과 부재 상부부위의 온도는 부재의 온도와 차이가 있을 것이다.

제안 방법

28 °C이다. 현재 인정이 유효한 내화구조에 대한 시험결과를 검토대상으로 하기 때문에 내화구조 인정업체의 기업비밀 보호가 필요하여 실측 온도를 명시하지 않고 Figure 3과 같이 각 부재 평균온도 대비 상부온도의 비율을 제시하였으며 동 비율도 Table 2의 내화구조 나열순과 무관하게 임의로 배치하였다. 이를 살펴보면 부재 상부의 평균온도가 부재평균온도 대비 최저 67.
화재에 노출되지 않는 상부 비가열의 온도측정의 유효성에 대한 의문을 바탕으로 현재 인정이 유효한 보용 내화도료의 내화성능시험결과 38건 및 보용 내화뿜칠의 내화성능시험결과 34건을 분석한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다.

대상 데이터

. 내화구조 인정 과정에서 구조당 2회의 내화성능시험을 실시하므로 38건의 보용 내화도료 시험데이터 및 34건의 보용 내화뿜칠 시험데이터가 존재한다. 내화성능시험시 보부재의 평균온도와 비가열면인 상부의 온도 사이에 차이가 없다는 귀무가설을 전제로 상기 시험데이터의 부재 평균온도와 상부온도를 쌍체비교 t-검정하여 통계적으로 유의한 차이가 있는 지 여부를 살펴보고 이를 통하여 내화성능 평가단면의 타당성을 검토해 본다.

이론/모형

내화지침 별표6 ‘품목별 품질시험’에 명시된 보용 내화피복의 내화시험방법은 KS F 2257-1 및 KS F 2257-6이며 기둥용 내화피복의 내화시험방법은 KS F 2257-1 및 KS F 2257-7이다.

성능/효과

1) 보용 내화도료의 내화성능시험결과 38건 모두 예외없이 부재상부의 평균온도가 부재의 평균온도보다 낮았으며 부재상부 평균온도는 411.71 °C로 부재 평균온도의 84.26% 수준이었다.
2) 보용 내화뿜칠의 내화성능시험결과 34건 모두 예외없이 부재상부의 평균온도가 부재의 평균온도보다 낮았으며 부재상부 평균온도는 162.61°C로 부재 평균온도의 42.56% 수준이었다.
3) 현재 내화구조의 인정이 유효한 보용 내화피복 전체에 대하여 인정 당시 시험데이터를 분석해 본 결과, 보 상부에 설치하는 열전대에서 측정된 온도가 결과적으로 해당 부재의 평균온도를 낮추고 있음이 통계적으로 확인되었다. 따라서 인정 내화구조의 목적에 부합하기 위하여 내화성능시험시 보 상부 열전대의 필요성 또는 설치위치의 타당성을 신중히 검토해 볼 필요가 있을 것으로 사료된다.
건축법 시행령 등에 따라 건축물의 주요구조부는 내화구조로 하여야 하는데, 법령에 따른 주요구조부의 정의에서 ‘보’ 및 ‘기둥’은 주요구조부이며 사이기둥 및 작은 보등 건축물의 구조상 중요하지 아니한 부분은 주요구조부에서 제외된다. 관련규정과 시험규격의 내용을 종합하여 보면 주요구조부인 보 및 기둥의 내화성능은 재하 가열시험을 통한 하중지지력으로 판정하고, 구조상 중요하지 않은 작은 보 등은 비재하 가열시험을 통한 강재온도로 판정하여야 타당하다. 그런데 현재 내화피복 내화구조 인정절차를 살펴보면 비재하 가열시험을 통한 강재온도로 합부를 판정하고 있으며, 내화구조 인정내용을 살펴보면 사용부위를 ‘건축물의 철골보’ 또는 ‘건축물의 철골 기둥’으로 명시하고 있어 결과적으로 주요구조부인 보 및 기둥의 평가에 상기 부속서B가 적용되고 있는 문제점을 발견할 수 있다.
내화 피복된 강재 보 또는 기둥을 상기 가열조건에 노출시키고 강재에 설치된 열전대를 통하여 내화성능시간 동안 강재의 온도 변화를 측정하여 강재온도가 기준온도(평균온도 538 °C, 최고온도 649 °C)를 초과하지 않는 경우 내화성능이 확보된 것으로 판단한다.
구체적으로는 내화시험을 통하여 내화성능이 확인된 피복두께에 10%를 추가한 두께를 내화구조의 피복두께로 인정하도록 되어 있다. 이렇듯 내화성능이 확인되더라도 피복두께를 증가시켜 안전율을 확보도록 강제하고 있는 반면 본 논문을 통하여 현존 보용 내화피복 전체의 시험데이터를 분석해 본 결과 Figure 2의 열전대 12종 중 보 상부에 설치하는 1번, 5번 및 9번 열전대는 해당 부재의 평균온도를 낮추는 즉, 결과적으로 허용 온도를 초과할 확률을 낮추는 역할을 하고 있음이 통계적으로 확인되었다. 따라서 내화구조의 목적에 부합하기 위하여 보용 내화피복 내화성능시험을 위한 열전대 설치 위치를 신중히 재검토하는 것이 의미 있을 것으로 사료된다.
’라는 귀무가설을 기각한다. 즉, 내화구조 인정시험결과를 분석해본 결과 도료피복철골보의 부재온도와 부재상부온도 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 존재한다.
’라는 귀무가설을 기각한다. 즉, 인정시험결과를 분석해본 결과 뿜칠피복철골보의 부재온도와 부재상부온도 사이에는 통계적으로 유의한 차이가 존재한다.
’라는 대립가설을 채택한다. 즉, 현재 인정이 유효한 모든 도료피복철골보는 인정을 위한 내화시험시 부재상부온도가 부재온도보다 낮았으며 두 종류의 온도사이에 통계적으로 유의한 차이가 있었다.
’라는 대립가설을 채택한다. 즉, 현재 인정이 유효한 모든 뿜칠피복철골보는 인정을 위한 내화시험시 부재상부온도가 부재온도보다 낮았으며 두 종류의 온도사이에 통계적으로 유의한 차이가 있었다.

후속연구

3) 현재 내화구조의 인정이 유효한 보용 내화피복 전체에 대하여 인정 당시 시험데이터를 분석해 본 결과, 보 상부에 설치하는 열전대에서 측정된 온도가 결과적으로 해당 부재의 평균온도를 낮추고 있음이 통계적으로 확인되었다. 따라서 인정 내화구조의 목적에 부합하기 위하여 내화성능시험시 보 상부 열전대의 필요성 또는 설치위치의 타당성을 신중히 검토해 볼 필요가 있을 것으로 사료된다.
이에 보 부재 내화성능시험시 비가열면인 상부의 온도와 부재의 온도간에 차이가 발생할 것으로 예상된다. 보 부재 내화성능시험의 합부는 부재온도의 절대값으로 판단하는데 현재는 비가열면 측정온도도 부재온도에 포함하고 있으며 만일 비가열면 측정온도가 부재 온도와 유의한 차이를 보인다면 비가열면에 열전대를 설치하는 현 시험방법을 신중히 재검토할 필요가 있을 것이다. 본 연구를 통하여 현재 내화구조로 사용되고 있는 보용 내화피복에 대한 인정당시 내화성능시험결과를 비교분석하여 보용 내화피복 내화성능 평가단면의 타당성을 검토해 보고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	한국산업표준 등에서 정한 시험방법에 의해 내화구조로 인정하고 있는 것은?	화재시 인명과 재산 및 건축물의 구조적 안전을 도모하기 위하여 건축물의 주요구조부에 의무적으로 내화구조를 사용하여야 하는데, 특히 강재의 경우 화재시 내력저하가 급격히 발생하므로 철골조 주요구조부에 내화구조를 적용하는 것이 매우 중요하다(1,2). 내화구조의 적용에 대한 국내 제도는 성능적 내화설계법 보다 사양적 내화설계법을 따르고 있는 것이 현실이며 관련 고시, 한국산업표준 등에서 정한 시험방법에 따라 내화성능을 확인하여 ‘도료피복 철골보’, ‘도료피복철골기둥’, ‘뿜칠피복철골보’ 및 ‘뿜칠 피복철골기둥’ 등을 내화구조로 인정하고 있다(3). 동 인정 과정에서 기둥은 시험체의 4면을 가열하여 내화성능을 평가하는데 비해 보는 시험체의 3면을 가열하여 내화성능을 평가하고 있다.
	화재시 강재가 나타내는 특성은?	화재시 인명과 재산 및 건축물의 구조적 안전을 도모하기 위하여 건축물의 주요구조부에 의무적으로 내화구조를 사용하여야 하는데, 특히 강재의 경우 화재시 내력저하가 급격히 발생하므로 철골조 주요구조부에 내화구조를 적용하는 것이 매우 중요하다(1,2). 내화구조의 적용에 대한 국내 제도는 성능적 내화설계법 보다 사양적 내화설계법을 따르고 있는 것이 현실이며 관련 고시, 한국산업표준 등에서 정한 시험방법에 따라 내화성능을 확인하여 ‘도료피복 철골보’, ‘도료피복철골기둥’, ‘뿜칠피복철골보’ 및 ‘뿜칠 피복철골기둥’ 등을 내화구조로 인정하고 있다(3).
	내화성능시험결과 부재 상부 부위와 부재의 온도는 차이가 있었는가?	’라는 대립가설을 채택한다. 즉, 현재 인정이 유효한 모든 도료 피복철골보는 인정을 위한 내화시험시 부재상부온도가 부재온도보다 낮았으며 두 종류의 온도사이에 통계적으로 유의한 차이가 있었다.

참고문헌 (15)

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I. K. Kwon, N. Y. Jee and S. H. Lee, "Experimental Study on the Critical Temperature for Structural Elements Such as Column and Beam Exposed to Fire Conditions", Journal of the Architectural Institute of Korea, Vol. 18, No. 10, pp. 45-52 (2002).
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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