[논문]내화충전구조 인정제도의 성능기준 및 등급분류 개선에 관한 연구

이형도; 최윤정; 안재홍; 정아영; 서희원; 박진오

doi:10.14346/jkosos.2020.35.4.32

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The fire compartments with fire-resistant construction are installed in the principal structural parts of a building in order to reduce damage in the event of a building fire. As a fire may spread through a crack in the fire compartment, the firestop with secured performance is used according to the...

The fire compartments with fire-resistant construction are installed in the principal structural parts of a building in order to reduce damage in the event of a building fire. As a fire may spread through a crack in the fire compartment, the firestop with secured performance is used according to the procedure, methods, and standards specified in the detailed operation guideline. According to the current detailed operation guideline, vertical members (wall penetration) and horizontal members (floor penetration) are classified into different categories respective to each other for the classification of the firestop. Therefore, an accreditation applicant must apply for the performance test for each structure even if the wall and the floor have the same structure. Also, Grade T is used for the firestop that penetrates the fire compartment. However, in the case of foreign countries, the use of Grade F for the firestop is allowed even if it penetrates the fire compartment. The result of the precedent studies also showed that there was a significantly low possibility of fire to spread even if Grade F was applied for a metallic duct that penetrated the fire compartment. In this study, the improved scheme for the classification and performance standard of firestops was presented by analyzing the results of precedent studies regarding the firestop and domestic and overseas firestop qualification systems.

Keyword

표/그림 (14)

그림 Fig. 1. Firestop penetrating the fire separating elements.
그림 Fig. 2. Firestop of linear joint.
그림 Fig. 3. Firestop filler^11-13).
표 Table 1. Classification of firestop according to fire resistance performance in Korea
그림 Fig. 4. Photo of test.
표 Table 2. Performance standard for penetrations of firestop in america
표 Table 3. Performance standard for penetrations of firestop in Japan
표 Table 4. Comparison of integrity standards for firestop¹⁵⁾
그림 Fig. 5. Standard time-temperature curve.
그림 Fig. 6. Schematic Outlines of Test (Unit: mm)⁵⁾.
그림 Fig. 7. Failure mode of assemblies⁵⁾.
표 Table 5. Gauge location for radiant temperature measurement
표 Table 6. Improvement of performance standard and classification for the firestop accreditation system
그림 Fig. 8. Time-temperature curve of radiant temperature.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 내화충전구조의 인정제도 도입에 앞서 효율적인 제도의 운용을 위해 내화충전구조의 성능기준 및 등급분류 개선에 관하여 연구한 것으로, 내화충전구조에 대한 내화성능시험 및 국내외 내화충전구조 인정제도를 분석함으로써 내화충전구조의 성능기준 및 등급분류를 개선하고자 하였다.

제안 방법

시험방법은 Fig. 4와 같이 가열면적이 3 m × 4 m인 수평가열로에 시험체를 얹은 후 수평가열로와 시험체 사이의 틈을 세라믹 울로 밀실하게 채워 가열하였다.
효율적인 내화충전구조 인정제도를 도입하기 위해 국내보다 제도가 먼저 정착된 미국과 일본을 대상으로 내화충전구조의 관리체계를 분석하였다. 국내 내화충전구조 세부운영지침과는 다르게 외국의 경우 방화구획을 관통하더라도 특정 기준을 충족할 경우 F등급의 사용을 허용하고 있다.
시험체의 경우 시험 결과값을 모든 내화충전구조에 적용하기 위해 지침에 명시된 부재중에서 모든 구획부재에 사용이 가능한 스터드구조를 지지구조로 제작하였다. 덕트 경우 PVC 덕트는 화재 발생 시 덕트가 녹으며 내부의 충진재가 발포돼 관통부위를 메꾸기 때문에 화염에 의한 열이 배관을 통해 화재 이면부위로 직접 전달되는 금속덕트를 설치하였다.
방화구획을 관통하는 금속덕트에 차열재를 시공한 경우와 시공하지 않은 경우로 4가지 Case를 구분하여 시험을 진행하였으며, 세부적인 도면은 Fig. 6과 같다.
방화구획을 관통하는 관통부는 사각덕트와 스파이럴 덕트로 구분하였다. 스터드 바닥판을 관통하는 덕트로 인한 틈은 미네랄 울로 밀실하게 시공하였으며, 미네랄 울 상부에 방화용 실리콘 실란트를 시공 하였다. 시험체 파이프의 끝처리는 가열로 밖과 가열로 안 모두 세라믹 울을 사용하여 막은 상태로 제작하였다.
시험체의 차염성 성능은 육안으로 평가하였으며, 평가의 기준은 Table 5의 차염성 성능기준 중 국내기준을 토대로 평가하였다. 덕트로부터 발생하는 복사온도로 인한 화재확산 가능성을 평가하기 위해 Table 6과 같이 시험체 이면의 덕트로부터 일정 거리 떨어진 위치에 열전대를 설치하였다.
부록에 있는 내화충전구조의 등급은 기존에 같은 분류의 부재끼리만 등급의 호환이 가능한 것에서 수평부재로 인정받았으면 수직부재에도 사용할 수 있도록 제안하였다.
내화충전구조의 인정제도의 도입에 앞서 효율적인 제도의 운용을 위해 설비관통부 내화충전구조의 F등급 적용 및 내화성능을 만족하는 수직부재와 수평부재의 호환 가능성에 대해 분석하였으며, 분석결과에 따른 내화충전구조 세부운영지침 개선(안)을 제시하였다.

대상 데이터

방화구획을 관통하는 부위에 F등급의 내화충전구조를 적용할 수 있는지 평가하기 위해 기존에 Lee 등에 의해 연구된 시험자료를 활용하였다. 시험방법 개선을 위해서 분석한 자료는 시험체의 차염성 성능결과와 복사열에 의한 복사온도이다⁵⁾.
시험은 한국인정기구에서 인정받은 시험기관인 한국건설기술연구원의 화재안전연구소에서 실시하였다.

이론/모형

4와 같이 가열면적이 3 m × 4 m인 수평가열로에 시험체를 얹은 후 수평가열로와 시험체 사이의 틈을 세라믹 울로 밀실하게 채워 가열하였다. 시험체에 가열한 온도는 KS F 2257-1¹⁶⁾에 따라 Fig. 5와 같이 가열하였으며, 가열시간은 내화충전구조 세부 운영지침에 명시된 최대 내화성능인 2시간 동안 가열하였다.
성능평가는 지침, KS 2257-1, KS F ISO10295-1¹⁷⁾에 따라 F등급 구조의 성능기준인 차염성을 평가하였고, F등급 구조를 적용할 때 발생하는 복사열에 의한 복사 온도를 측정하였다.

성능/효과

7과 같이 차열재를 설치하지 않은 시험체 Case 1과 Case 2 모두 가열 중 덕트와 바닥판의 틈 사이로 화염이 발생하여 차염성 기준을 갖추지 못한 것으로 나타났다. 차열재를 설치한 Case 3과 Case 4의 경우 2시간의 가열 시간 동안 화염이 발생하지 않아 차염성 기준을 만족하는 것으로 분석되었다.
시험결과 스터드 구조로 바닥판의 내화성능을 만족하였으므로 내화충전구조의 등급에 따른 사용에 있어 수평부재가 내화성능을 만족할 경우 수직부재에 사용할 수 있다고 판단된다. 또한, 설비관통부 내화충전구조에 F등급을 적용하기 위해서는 일본의 건축기준법과 같이 관통 부분을 기준으로 차열재(불연재료)를 1 m로 시공해야 할 필요성이 있는 것으로 분석되었다.
시험결과 스터드 구조로 바닥판의 내화성능을 만족하였으므로 내화충전구조의 등급에 따른 사용에 있어 수평부재가 내화성능을 만족할 경우 수직부재에 사용할 수 있다고 판단된다. 또한, 설비관통부 내화충전구조에 F등급을 적용하기 위해서는 일본의 건축기준법과 같이 관통 부분을 기준으로 차열재(불연재료)를 1 m로 시공해야 할 필요성이 있는 것으로 분석되었다.
8에 나타내었다. 시간에 따른 복사온도를 측정한 결과 덕트의 종류, 차열재 설치 유무와 상관없이 140℃ 미만으로 나타나 종이의 발화온도인 233℃보다 낮은 것으로 나타났다. 따라서 방화구획에 F등급의 설비관통부 내화충전구조를 적용함에 따른 화재확산 가능성은 매우 낮은 것으로 판단된다.
1) 스터드 구조의 바닥판을 대상으로 2시간의 내화성능 시험을 진행한 결과 차열재를 설치한 경우 화염과 면패드에 착화가 발생하지 않아 F등급의 차염성을 만족하는 것으로 나타났다. 따라서 세부운영지침 개선안에 명시된 등급 간 허용범위에 있어 “A”등급의 수평 부재를 수직부재에 사용할 수 있다고 판단된다.
2) 차열재의 설치 여부와 상관없이 덕트와 스파이럴 덕트로부터 발생하는 복사열에의 복사온도가 140℃ 미만으로 종이의 발화온도인 233℃보다 낮은 것으로 분석되었다. 따라서 개선한 내화충전구조 세부운영지침의 설비관통부 내화충전구조의 성능요건을 F등급으로 적용하여도 화재확산을 방지하는 방화구획의 기능에는 문제가 없을 것으로 판단된다.
3) 개선된 내화충전구조의 성능기준을 적용할 경우 현행 규정에 따라 설비관통부 내화충전구조를 모두 T 등급으로 설치함에 따라 한국건설기술연구원에서 발생하는 불필요한 행정비용과 업체의 인정심사신청 비용이 감소될 수 있다. 또한, 내화충전구조의 등급개선은 내화충전구조의 기술개발이 필수적으로 수반되기 때문에 기업의 기술경쟁력이 강화될 것으로 판단된다.

후속연구

3) 개선된 내화충전구조의 성능기준을 적용할 경우 현행 규정에 따라 설비관통부 내화충전구조를 모두 T 등급으로 설치함에 따라 한국건설기술연구원에서 발생하는 불필요한 행정비용과 업체의 인정심사신청 비용이 감소될 수 있다. 또한, 내화충전구조의 등급개선은 내화충전구조의 기술개발이 필수적으로 수반되기 때문에 기업의 기술경쟁력이 강화될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현행법상 내화충전구조는 어떤 절차를 거쳐야하는가?	현행법상 내화충전구조는 내화충전구조 세부운영지침에서 정하는 절차와 방법, 기준에 따라 시험한 후 성능이 확보된 구조만을 사용하도록 되어 있다3). 내화충전구조는 시공현장에 따라 구조의 형태가 달라지기 때문에 정형화된 구조형태로 성능을 평가할 수 없으며, 등급분류에 있어 수직부재(벽 관통부)와 수평부재(바닥 관통부)는 각기 다른 분류로 규정되어 있다.
	방화구획에 F등급의 설비관통부 내화충전구조를 적용함에 따른 화재확산 가능성은 매우 낮은 것으로 판단되는 이유는?	8에 나타내었다. 시간에 따른 복사온도를 측정한 결과 덕트의 종류, 차열재 설치 유무와 상관없이 140℃ 미만으로 나타나 종이의 발화온도인 233℃보다 낮은 것으로 나타났다. 따라서 방화구획에 F등급의 설비관통부 내화충전구조를 적용함에 따른 화재확산 가능성은 매우 낮은 것으로 판단된다.
	건축물에는 방화구획을 설정하고, 주요 구조부 등은 내화구조로 시공하고 있는 이유는?	건축물의 화재가 발생할 때 인명⋅재산⋅건축물의 구조적 안전을 확보하기 위해 건축물에는 방화구획을 설정하고, 주요 구조부 등은 내화구조로 시공하고 있다1). 또한 방화구획의 수평⋅수직 설비관통부, 조인트 및 커튼월과 바닥 사이 등의 틈새를 통한 화재의 확산을 방지하기 위해 내화충전구조를 시공하고 있다2).

참고문헌 (17)

Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT), Building Act, 2019.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT), Standard for the Accreditation and Management of Fire Resistance Structures, 2016.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT), Detailed Operating Guidelines for FireStop, 2016.
ASTM E814-13a, Standard Test Method for Fire Tests of Penetration Firestop Systems, 2017.
H. D. Lee, A. Y. Jeong, Y. J. Choi, H. W. Seo and J. O. Park, "Standard Supporting and F-Class Structures for Improving the Firestop Recognition System", J. Korean Soc. Hazard Mitig., Vol. 19, No. 5, pp. 127-135, 2019.

상세보기
Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Enforcement Decree of the Building Standards Act, Japan, 2019.
B. Sedlak, P. Sulik, D. Izydorczyk and M. Lukomski, "Fire-stop Wraps and Collars with Intumescent Materials-Performance Comparison", Procedia Engineering, Vol. 172, pp. 961-968, 2017.

상세보기
K. K. Choi, "Fire Stops for Plastic Pipe", Fire Technology, Vol. 23, pp. 267-279, 1987.

상세보기
D. H. Han and J. H, Lee, "Performance Based Design of Passive Fire Protection Using Consequence Analysis", J. Korean Soc. Saf., Vol. 19, No. 1, pp. 102-107, 2004.
M. S. Bang, "A Numerical Analysis of Steel Structures on a Subway Station Fire", J Korean Soc. Saf., Vol. 25, No. 6, pp. 125-129, 2010.
MAGACHEM, Homepage, 2020. 05. 27., Contacted, http://magachem.com/renew/index.html.
DongAHILTI, Homepage, 2020. 05. 27., Contacted, http://dongahilti.com/xe/index.php?document_srl1171&midForm.
SafeKorea, Homepage, 2020. 05. 27., Contacted, http://firestop.co.kr/kor/prd/prd_1_05.php.
ICC, "International Building Code", 2018.
Ministry of Land, Infrastructure and Transport(MOLIT), Research on the Amendment for Improving the Related System to Secure the Fire Safety of the Opening Protectives within Buildings, Vol. 1, 2014.
Korean Standard Association, "KS F 2257-1, Methods of Fire Resistance Test for Elements of Building Construction-General Requirements", 2014.
Korean Standard Association, "KS F ISO 10295-1:2013, Fire tests for building elements and components Fire testing of service installations - Part 1: Penetration seals", 2018.

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