그라스울을 사용한 비노출형 중도리 복합지붕시스템의 내화성능에 관한 연구 = Study on fire resistance performance of unexposed purlin composite roof systems using glass wool

국문 초록 (Abstract)

화재발생 시 인명피해 및 재산피해를 최소화하기 위해 국내 건축법의 경우, 건축물의 주요구조부를 내화구조로 하도록 규정하고 있다. 그러나 비주거용 건축물의 경우 화재발생 시 지붕이 붕괴되어 대형 화재사고로 이어지고 있다. 이러한 지붕붕괴 원인은 건축법에서 지붕틀만 내화구조로 하도록 규정하고 있어, 그 외 지붕구성 재료가 내화구조 대상에 제외되었다는 점이 중요한 원인으로 판단된다.
비주거용 건축물 지붕이 화재에 노출되는 경우 소방관들의 화재진압이 어려워짐으로 구조시간의 지연으로 인해 인명피해가 커질 수 있다. 이러한 이유로 지붕에 대한 내화구조를 지붕틀에 국한된 것이 아닌, 지붕전체를 내화구조로 하도록 건축법이 개정되었다. 이에 따라 내화성능을 확보한 지붕시스템에 대한 개발이 필요한 상황이다.
본 연구에서는 화재로 인하여 지붕이 붕괴되는 문제점을 개선하고자 기존 지붕시스템에 사용되는 공법에 대한 문제점을 분석하였다. 그 결과 화재발생 시 중도리 위에 시공된 지붕을 구성하는 요소들의 탈락 및 붕괴가 발생하였다. 하부강판 조인트 부분의 경우, 열에 노출된 하부강판이 벌어져 내부로 화염이 침투하는 경향이 있다. 내부단열재의 경우 단열성능을 확보하기 위해 화재에 취약한 유기계 단열재를 사용하여 연소특성에 따라 급속하게 화재가 확산되어 지붕이 붕괴되는 문제점이 발생되는 것으로 조사되었다.
본 연구에서는 기존 지붕시스템의 문제점들을 보완하여 내화성능을 확보한 중도리 비노출형 내화지붕시스템을 제안하였다. 본 연구에서 제안한 중도리 비노출형 내화지붕시스템은 내부단열재가 중도리를 감싸는 형태로 중도리가 고온에 직접 노출되지 않으며, 내부단열재는 불연재료를 사용하여 중도리 비노출형 내화지붕시스템의 내화성능을 확보하였다. 또한 하부강판 조인트가 열에 의해 벌어지는 것을 방지하기 위해 연결철물을 이용하여 하부강판조인트와 중도리를 연결하여 내부로 화염이 침투되는 것을 방지하였다.
제안한 내화지붕시스템의 내화성능은 KS F 2257-1과 KS F 2257-5의 실험방법을 통해 건축법에서 규정하고 있는 지붕시스템의 요구내화시간에 따라 1시간의 내화성능 실험을 수행하였으며, 소방관 및 재실자의 안정성을 확보하기 위해 단위면적당 65kgf의 하중을 적용하여 하중지지력을 평가하였다. 그 결과 제안한 내화지붕시스템은 1시간의 내화성능을 확보하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

According to domestic building code, main structural members of the building shall be fire resistant in a bid to mitigate the fire damage to the people and property. But when it comes to non-residential building, collapse of roof structure results in a large fire and roof collapse is considered to have been caused by non-fire resistant roof material
The firefighter has difficulties with fire suppression when the roof od non-residential building is exposed to fire, which delays the rescue time, causing the severe damage to the people. For such reason, fire resistance requirement has been applied to the whole roof structure, instead of roof frame only, according to the revised building code. Hence, itʼs necessary to develop the fire-resistant roof system accordingly.
This study is intended to analyze the problems with construction method for existing roof system in an attempt to deal with the roof collapse problem in fire. Consequently, roof elements on purlin were found collapsed. When it comes to lower steel plate joint, it was widened by heat and flame penetrated into the gap and for internal insulation, fire spread rapidly because of organic insulation material which is vulnerable to fire, causing the collapse of the roof.
In this study, fire resistant roof system with non-exposed purlin is proposed after supplementing the existing roof system. This fire resistant roof system with non-exposed purlin is designed to wrap the purlin with internal insulation so as to prevent the purlin from being directly exposed to high temperature and glass wool is used as internal insulation material to maintain the required fire resistance of roof system.
Besides, lower steel plate and purlin is connected by tie metal to prevent the steel plate joint from being widened by heat, thereby avoiding flame penetration.
To verify the fire resistance performance of proposed fire resistant roof system, 1-hour firer test was conducted according to KS F 2257-1 and KS F 2257-5, Fire Resistance requirements of the Roof System and evaluation of load bearing capacity was conducted by applying 65kgf load per unit area to prove the safety of the occupant and firefighter. As a result, 1 hour fire resistance performance was proven,

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구내용 및 범위 3
• 2. 이론적 고찰 5
• 2.1 연구동향 5
• 2.2 기존 지붕시스템의 공법 7
• 2.2.1 샌드위치패널 공법 7
• 2.2.2 데크판넬 시트 공법 8
• 2.2.3 데크판넬 공법 9
• 2.3 지붕 단열재의 종류 및 특성 10
• 2.4 기존 지붕시스템의 문제점 12
• 3. 지붕관련 법규 및 내화성능평가방법 15
• 3.1 국내 15
• 3.2 일본 18
• 3.3 미국 20
• 3.4 영국 23
• 3.5 국내·외 지붕관련 기준 및 성능평가방법 비교분석 24
• 4. 실험을 위한 내화지붕시스템의 설계 25
• 4.1 개요 25
• 4.2 중도리 결합형 내화지붕시스템 27
• 4.3 중도리 비결합형 내화지붕시스템 29
• 4.3 일체형 내화지붕시스템 30
• 5. 내화지붕시스템의 성능실험 31
• 5.1 개요 31
• 5.2 내풍압성·수밀성 실험 32
• 5.2.1 내풍압성·수밀성 실험계획 32
• 5.2.2 수밀성 실험방법 35
• 5.2.3 수밀성 실험결과 37
• 5.2.4 내풍압성 실험방법 37
• 5.2.5 내풍압성 실험결과 39
• 5.3 내화성능 실험 41
• 5.3.1 실험계획 41
• 5.3.2 실험방법 42
• 5.3.2.1 가열조건 43
• 5.3.2.2 성능기준 44
• 5.3.3 실험결과 47
• 5.3.3.1 중도리 결합형 내화지붕시스템 실험결과 47
• 5.3.3.2 중도리 비결합형 내화지붕시스템 실험결과 52
• 5.3.3.3 일체형 내화지붕시스템 실험결과 57
• 5.3.4 실험결과 비교분석 61
• 6. 결론 66
• 참고문헌 67
• Abstract 69
• 국문요약 71