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내화유리를 적용한 강재 유리벽의 내화성능 평가
The Evaluation of Fire-Resistant Performance of the Non-bearing Steel Wall Using Fire Resistant Glass 원문보기

한국구조물진단유지관리공학회 논문집 = Journal of the Korea Institute for Structural Maintenance and Inspection, v.22 no.5, 2018년, pp.72 - 81  

이재승 (한남대학교 건축공학과) ,  임현창 (포스코) ,  양승조 (한남대학교 건축공학과)

초록
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방화구획 내 벽체에는 콘크리트, 조립식 패널, 건식벽체 등을 사용한 내화구조가 주로 적용되고 있으나 근래에 들어 시야 확보 및 미적 관점에 대한 관심이 증가하여 유리로 구성된 벽체의 수요가 발생하고 있다. 본 연구에서는 차열 유리를 적용한 스틸 내화벽체에 관한 것으로써 내부 방화구획에 적용 가능한 60분 내화벽체와 외부 벽체 및 커튼월에 적용 가능한 90분 내화벽체에 대하여 내화시험 및 성능분석을 수행하였다. 시험 결과, 각 시험체의 요구 내화성능을 충족하는 것으로 나타났으며, 추가적으로 유한요소해석을 통한 유리벽체의 내화성능을 평가하였으며 그 결과 1차적으로 시험체의 내화성능을 예측하는 것이 가능한 것으로 판단되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Fireproof structures using concrete, built-up panels and dry walls are usually used in walls inside fire compartments. However, demand for glass walls is emerging due to increase in interest in visibility and external appearance. In this study on steel fire resistance walls using insulation glass, f...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내 건축법 기준에 적합한 유리가 적용된 비내력 벽체를 실제 건축물에 적용하기 위해 실대형 내화성능 시험을 수행하고 이를 분석하였다. 평가 대상 시험체는 내부 비내력(칸막이) 벽, 외부 비내력 벽으로 구분되며 내화성능 시간은 60분, 90분으로 구분된다.
  • 본 연구에서는 차열, 차염성능을 갖는 내화유리를 방화구획에 사용 가능한 비내력벽에 적용하여 국내 건축물의 내화기준에 따라 내화성능을 평가하고 분석하였다. 내화성능을 평가하기에 앞서 유리로 구성된 벽체에 관한 국내 법규 분석 및 국외 시장분석을 수행하였다.
  • 그러나 비내력벽에 대한 시각적·미적 관점에 대한 요구가 점차적으로 증가하고 있으나 이에 대한 연구 및 실 건축물 적용사례는 매우 미흡한 상황이다. 이에 본 연구에서는 앞서 언급한 단점을 보완하고자 내화 유리를 적용한 비내력벽을 제작하고 내화시험을 통한 성능검증 및 유한요소해석을 통한 전열해석을 수행하여 비내력벽 적용 가능성을 검토하였다.

가설 설정

  • PCE-90B 시험체는 PCE-90F와 같이 외부 비내력 벽에 적용 가능한 시험체로서 내부에서 화재가 발생한 것으로 가정하여 시험체 뒷면을 가열하여 내화성능을 평가하였다. PCE-90B 시험 결과, 최대 온도 및 평균온도의 온도 상승 기준을 초과하지 않았으며 시험체의 최대온도는 16번 열전대에서 발생하였다.
  • PCE-90F 시험체는 90분 내화성능이 요구되는 외부 비내력 벽에 적용 가능한 시험체로서 외부에서 화재가 발생한 것으로 가정하여 시험체 앞면을 가열하여 내화성능을 평가하였다. PCE-90 앞면의 경우 뒷면에 비해 화염에 노출되는 프레임의 면적이 5배 이상 적기 때문에 열전도율이 높은 강재에 의한 프레임 온도 상승이 비교적 적은 것으로 나타났다.
  • 일반적으로 화재가 발생하면 열원으로부터 대류 및 복사에 의해 구조물 표면부근의 온도가 상승하고, 온도가 상승된 구조물 표면으로부터 열전도에 의해 구조물 내부로 열전달이 이루어지게 된다. 본 해석에는 열전 달의 세가지 요소를 종합적으로 고려하여 종방향 단면에 균일하게 화재에 노출된 것으로 가정하였다. 해석모델의 종방향 단면은 표준화재에 균일하게 노출된 것으로 가정하였으며 , 접합부의 경우 완전접합으로 열전달 및 열유량의 손실이 없는 것으로 가정하였다.
  • 본 해석에는 열전 달의 세가지 요소를 종합적으로 고려하여 종방향 단면에 균일하게 화재에 노출된 것으로 가정하였다. 해석모델의 종방향 단면은 표준화재에 균일하게 노출된 것으로 가정하였으며 , 접합부의 경우 완전접합으로 열전달 및 열유량의 손실이 없는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
방화구획의 구성요소는? 방화구획은「건축법 시행령 제46조」에 따라 건축물을 일정면적, 단위별, 층별 및 용도별 등으로 구획함으로써 화재시 일정범위 이외로의 연소를 방지하여 피해를 국부적으로 한정시키기 위한 것으로 내화구조의 바닥, 벽, 갑종방화문, 자동방화셔터 등으로 방화구획을 구성해야만 한다. 방화구획 중 경계벽에 대한 세부 사양 기준은「건축물 피난 방화기준에 관한 규칙 제19조」에서 제시하고 있으나 유리를 적용한 경계벽의 사양기준은 제시하지 못하고 있다.
방화구획의 목적은 무엇입니까? 방화구획은「건축법 시행령 제46조」에 따라 건축물을 일정면적, 단위별, 층별 및 용도별 등으로 구획함으로써 화재시 일정범위 이외로의 연소를 방지하여 피해를 국부적으로 한정시키기 위한 것으로 내화구조의 바닥, 벽, 갑종방화문, 자동방화셔터 등으로 방화구획을 구성해야만 한다. 방화구획 중 경계벽에 대한 세부 사양 기준은「건축물 피난 방화기준에 관한 규칙 제19조」에서 제시하고 있으나 유리를 적용한 경계벽의 사양기준은 제시하지 못하고 있다.
온도 상승에 따른 내화유리의 대표적인 반응은 각 Layer별로 거의 동일한 반응을 하였는데 그 내용은 어떠합니까? 성능 평가 시 온도 상승에 따른 내화유리의 대표적인 반응은 Table 4와 같이 정리할 수 있으며, 각 Layer별로 거의 동일한 반응을 하는 것으로 분석되었다. 1단계는 Interlayer에 주입되어 있는 차열재료가 온도상승에 의해 반응하여 팽창하기 시작한다. 2단계는 차열재료의 팽창에 의해 가열면의 유리에 크랙이 발생한다. 3단계는 유리에 크랙이 발생하고 화염이 차열재료에 직접 면하는 순간 차열재료가 급격히 발포됨과 동시에 해당 층 전체로 변색이 시작된다. 4단계는 변색된 차열 재료가 일정온도에 도달하면 기포가 발생한다. 이때 발생하는 기포는 차열재료의 내화성능이 한계에 도달한 것을 의미한다. 4단계 이후 다음 층의 내화유리가 반응하기 시작하며 1 단계~4단계의 반응이 반복적으로 발생한다.
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참고문헌 (10)

  1. Eurocode 3 (2005), Design of Steel Structure Part 1.2: General Rules Structural fire design, 20-26 

  2. Hwang, K. J. (2013), Determination of the Fire Protection Thickness of CFT Column Using Heat Transfer Analysis, JOURNAL OF THE ARCHITECTURAL INSTITUTE OF KOREA Structure & Construction 29(6), 65-72 

  3. Kim, H. J. (2009), An Analytical Study on Optimal Shape Condition of Modular Beam Using Fireproof Board, JOURNAL OF THE ARCHITECTURAL INSTITUTE OF KOREA Structure & Construction 25(7), 3-12 

  4. KS F 2845 (2013), Fire Resistance Test for Glazed Elements 

  5. ISO 3009 Fire-resistance tests-Glazed elements 

  6. ISO 834-8 (1999), Fire resistance tests - Elements of building construction - Part8 : Specific requirements for load non-bearing vertical separating elements 

  7. KS F 2257-1 (2014), Methods of Fire Resistance Test for Elements of Building Construction - General Requirements 

  8. KS F 2257-8 (2015), Method of Fire Resistance for Elements of Building Construction - Specific Requirements for Non-loadbearing Vertical Separating Elements 

  9. Lee, D. Y. (2002), A Study on Visual Standards for Aesthetic Beauty Evaluation of Man-Made Creatures : A Case Study on Residential Housing Scenes, Journal of the Architectural Institute of KOREA Planning & Design 18(4), 89-98 

  10. Park, S. Y. (2012), The Study for the Fire Resistance on the Window Walls with Fire Resistance Glass and Frame, JOURNAL OF THE ARCHITECTURAL INSTITUTE OF KOREA Structure & Construction 28(9), 67-74 

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