[논문]표준화재 재하조건에서 법정슬래브의 내화성능에 관한 실험적 연구

조범연; 여인환; 김흥열; 민병렬; 김형준

표준화재 재하조건에서 법정슬래브의 내화성능에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Fire Resistance Performance of Legal Slab under Standard Fire with Loading condition 원문보기

조범연 (한국건설기술연구원) , 여인환 (한국건설기술연구원) , 김흥열 (한국건설기술연구원) , 민병렬 (한국건설기술연구원) , 김형준 (한국건설기술연구원)

본 연구에서는 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근콘크리트(RC: Reinforced concrete)조 및 철골철망모르타르(SWM: Steel & Wire Mortar)조 슬래브에 대하여 재하조건에서 구조별 내화성능을 검토하고, 철골철망모르타르조 슬래브에 대해서는 피복두께별 내화성능을 검토하고자 표준화재조건에서 내화실험을 실시하였다. 실험결과 동일피복 두께일 경우 철근콘크리트조 슬래브가 내화성능이 우수한 것으로 나타났으며, 철골철망 모르타르조 슬래브의 경우 피복두께가 10mm 증가 시 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다. 가열 이면온도는 슬래브의 두께가 늘어날수록 낮은 것으로 나타났다.

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문제 정의

본 연구에서는 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근콘크리트 및 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서 구조별 내화성능을 검토하고, 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서의 피복두께별 내화성능을 검토하고자 표준화재조건에서 내화실험을 실시하였다. 실험결과 철근콘크리트조 슬래브와 철골철망모르타르조 슬래브가 허용 변형량 대비 각각 40%, 44%의 내화성능을 확보하는 것으로 나타나 동일피복두께일 경우 철근콘크리트조 슬래브의 내화성능이 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 우수한 것으로 나타났다.
이에 본 연구에서는 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근콘크리트 및 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서 구조별 내화성능을 검토하고, 철골철망모르타르조 슬래브에 대해서는 재하조건에서의 피복별 내화성능을 검토하고자 한다.

제안 방법

또한 철골철망모르타르조의 경우 철골은 국내에 적용되는 최소 규격인 100×100×6×8㎜를 사용하여 제작하였으며, 피복두께를 40, 50㎜의 두가지 타입으로 제작하였다.
슬래브 실험체의 크기는 모두 3000×5000으로 제작하였으며, 실험인자는 철근콘크리트조 및 철골철망모르타르조에 대해서 구조별 내화성능을 비교하고, 철근철망모르타르조에 대해서 피복두께별 내화성능 비교하였다.

대상 데이터

또한 철골철망모르타르조의 경우 철골은 국내에 적용되는 최소 규격인 100×100×6×8㎜를 사용하여 제작하였으며, 피복두께를 40, 50㎜의 두가지 타입으로 제작하였다. 내화실험은 ISO 834의 표준화재조건으로 단면설계모멘트를 기준으로 재하량을 산정하여 실험하였다. 표 1은 실험체 구성 및 재하조건이고, 그림 1은 구조별 실험체 상세도이다.
철근콘크리트의 경우 국내에서 가장 일반적으로 적용되고 있는 24MPa의 콘크리트로 설계하였으며, 현 법정내화구조에서 정하고 있는 슬래브의 최소비복두께인 40㎜를 적용하여 제작하였다. 또한 철골철망모르타르조의 경우 철골은 국내에 적용되는 최소 규격인 100×100×6×8㎜를 사용하여 제작하였으며, 피복두께를 40, 50㎜의 두가지 타입으로 제작하였다.

성능/효과

구조 및 피복두께별 내화성능을 검토한 결과 S-RC-40, S-SWM-40, S-SWM-50 모두 180분의 내화성능을 확보하는 것으로 나타났다. 180분 가열 후, S-RC-40의 경우 허용변형량 대비 40%의 변형이 발생하였으며 S-SWM-40의 경우 허용변형량 대비 44%의 변형이 발생하는 것으로 나타나 철근콘크리트조 슬래브가 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 내화성능이 우수한 것으로 나타났다. S-SWM-40와 S-SWM-50의 내화실험결과를 비교한 결과 S-SWM-50의 경우 허용변형량의 37%의 변형이 발생하여 피복두께 10㎜를 증가함에 따라 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다.
180분 가열 후, S-RC-40의 경우 허용변형량 대비 40%의 변형이 발생하였으며 S-SWM-40의 경우 허용변형량 대비 44%의 변형이 발생하는 것으로 나타나 철근콘크리트조 슬래브가 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 내화성능이 우수한 것으로 나타났다. S-SWM-40와 S-SWM-50의 내화실험결과를 비교한 결과 S-SWM-50의 경우 허용변형량의 37%의 변형이 발생하여 피복두께 10㎜를 증가함에 따라 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다.
구조 및 피복두께별 내화성능을 검토한 결과 S-RC-40, S-SWM-40, S-SWM-50 모두 180분의 내화성능을 확보하는 것으로 나타났다. 180분 가열 후, S-RC-40의 경우 허용변형량 대비 40%의 변형이 발생하였으며 S-SWM-40의 경우 허용변형량 대비 44%의 변형이 발생하는 것으로 나타나 철근콘크리트조 슬래브가 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 내화성능이 우수한 것으로 나타났다.
본 연구에서는 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근콘크리트 및 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서 구조별 내화성능을 검토하고, 철골철망모르타르조 슬래브에 대하여 재하조건에서의 피복두께별 내화성능을 검토하고자 표준화재조건에서 내화실험을 실시하였다. 실험결과 철근콘크리트조 슬래브와 철골철망모르타르조 슬래브가 허용 변형량 대비 각각 40%, 44%의 내화성능을 확보하는 것으로 나타나 동일피복두께일 경우 철근콘크리트조 슬래브의 내화성능이 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 우수한 것으로 나타났다. 철골철망모르타르조 슬래브의 경우 피복두께가 40㎜에서 50㎜로 10㎜ 증가함에 따라 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다.
이면온도의 경우 슬래브의 두께가 늘어날수록 평균온도 및 최고온도가 낮은 것으로 나타났으며, 그림 3의 실험체별 이면 평균온도 곡선과 같이 철근콘크리트조 슬래브가 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 초기 온도변화가 큰 것으로 나타났다. 표 2는 실험체별 내화성능 이고, 그림 2와 그림 3은 실험체별 변위 및 이면 평균온도 곡선이다.
실험결과 철근콘크리트조 슬래브와 철골철망모르타르조 슬래브가 허용 변형량 대비 각각 40%, 44%의 내화성능을 확보하는 것으로 나타나 동일피복두께일 경우 철근콘크리트조 슬래브의 내화성능이 철골철망모르타르조 슬래브에 비해 우수한 것으로 나타났다. 철골철망모르타르조 슬래브의 경우 피복두께가 40㎜에서 50㎜로 10㎜ 증가함에 따라 7%의 내화성능이 향상되는 것으로 나타났다.

후속연구

향후 현재 법정내화구조로 규정되어 있는 철근철골 콘크리트조 슬래브에 대한 내화성능 검토와 다양한 하중비에 대한 내화성능 검토가 추가로 필요할 것으로 판단된다.

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