초고층 건물의 효과적인 화재진압 전술에 관한 연구

우성천,채진 위기관리 이론과 실천 2013 Crisisonomy Vol.9 No.1

도시의 사회·경제적 기능 확대와 인구의 대도시 집중현상으로 이에 대한 해결방안 중 하나로 초고층 건축물의 건설이 전 세계적으로 추진되고 있는 실정이다. 초고층건축물의 다양성, 다기능성, 복잡성 등의 특성은 인구의 집 중, 불특정 다수인의 이동, 거주공간의 복합화를 야기하며 테러, 화재 등과 같은 재난발생시 피해 규모의 확대와 더불어 대규모 인명·재산 피해가 발생할 수 있는 위험성이 매우 높다. 그러므로 초고층 건물에 화재가 발생하였 을 경우 초고층 건물이 내포하고 있는 취약성과 현장대응활동에 수반되는 제약성 등을 고려한 효율적인 화재진압 전술이 필요하다. 본 연구는 초고층 건물의 개념과 특성을 국내·외 문헌연구를 통해 살펴보고, 초고층 건물의 국 내·외 화재사례를 분석하여 이를 토대로 효과적인 초고층 건물 화재진압 작전전술 방안을 제시하는데 목적이 있 다. 연구의 결과 첫째, 효과적인 초고층 화재 진압을 위해서는 시민 요구와 의견이 반영되고 시민사회의 적극적 지지가 이루어져야 한다. 둘째, 초고층 건물의 소방시설을 활용한 화재진압훈련을 실시하여 화재진압기법을 개발· 보급하고 교육과 훈련을 강화하여야 할 것이다. 셋째, 초고층 건물 화재현장에 화재진압대원의 접근성을 향상시 키기 위해서 소방헬기를 이용한 화재현장 진입방안과 피난전용 승강기를 이용한 화재현장 진입방안을 제안하였 다. 넷째, 소방헬기에 방수포를 장착하여 초고층 건물에 직접 방수 할 수 있는 시스템도입을 적극적으로 고려하 는 등 첨단기술을 활용하여 효과적인 초고층 건물 화재진압전술 개발해야 한다. 다섯째, 초고층 건물의 소방안전 을 법적·제도적 지원할 수 있는 규정을 조속히 마련해야 할 것이다. 여섯째, 재난 현장에서 일사분란한 활동으로 효과적인 재난관리를 위해서는 다양한 조직들의 협력이 필요하다. 일곱째, 초고층빌딩의 다양한 문제점 등을 바 탕으로 전문가의 화재진압전술에 대한 연구개발(R&D)필요하다. 여덟째, 재난은 예방에 못지않게 사후 학습이 매 우 중요하다.

초고층 건물화재 특성을 반영한 화재 진압에 관한 연구

이성영,양수연,박준하,류상일 한국재난관리학회 2023 한국재난관리학보 Vol.1 No.2

2001년 세계무역센터 테러를 시작으로 중국 상하이 아파트 화재(2010), 미국 하와이 아파트 화재(2017), 영국 그렌펠 타워 화재(2017) 등의 고층 건축물 화재는 건축물의 안전에 관한 관심을 전 세계적으로 증가시켰다. 고층화, 고밀도화, 다기능화, 복잡화 등 초고층 건축물이 가지는 특성은 화재진압을 어렵게 하며, 효과적 화재진압을 위해서는 화재진압에 해당하는 대응 단계뿐만 아니라 예방 및 대비 단계에서도 그 역량을 강화하 여야 한다. 이 연구는 문헌조사 및 선행연구를 통하여 초고층 건물화재 특성과 진화의 어려움을 살펴보고, 해외의 초고층 건물화재 사례를 분석하여 국내 초고층 건물의 대응 및 화재진압 역량 강화 방안을 모색하고자 한다. 연구의 결과를 다음과 같이 제안한다. 첫째, 소방대 역량에 따른 고층 개념의 재정립이 되어야 할 것이다. 둘째, 화재진압 방식의 변경과 이에 따른 소화 약제 개발이 이루어져야 할 것이다. 셋째, 건물 외벽 윈도 스프링클러(Window sprinkler)의 설치가 되어야 할 것이다. 넷째, 피난층 설치 기준의 강화가 이루어져야 할 것이다. 해외 및 국내의 사례를 보면 초고층 건물화재 직후 관련 법안과 규정이 마련되었다. 효과적인 재난관리를 위해서는 후속적 조치로서 법안을 마련하는 것을 넘어, 선제적으로 재난관리 법안을 만들 필요가 있다. Starting with the attacks on the World Trade Center in 2001, high-rise building fires such as the Shanghai, China apartment fire (2010), the Hawaii, USA apartment fire (2017), and the U.K. Grenfell Tower fire (2017), high-rise building fires have increased global attention to building safety. The characteristics of high-rise buildings, such as high-rise, high-density, multi-functionality, and complexity, make fire suppression challenging, effective firefighting requires enhanced capabilities not only in the response phase of firefighting, but also in the prevention and preparedness phase. This study examines the characteristics of high-rise building fires and the difficulty of extinguishing them through literature review and previous research. The results of the study are proposed as follows. First, the concept of high-rise should be redefined according to the capabilities of the fire brigade. Second, firefighting methods will need to change and extinguishing agents will need to be developed accordingly. Third, window sprinklers should be installed on the exterior walls of buildings. Fourth, the standards for the installation of evacuation floors should be strengthened. Based on overseas and domestic cases, relevant laws and regulations were prepared immediately after the fire in highrise buildings. Effective disaster management requires proactive disaster management legislation, not reactive legislation.

초고층건물의 계획적 측면에서 구조시스템별 형태적 특성에 관한 연구

박상민 대한건축학회지회연합회 2017 대한건축학회연합논문집 Vol.19 No.1

일반 건축물들과는 달리 초고층건물의 계획 및 설계가 복잡하고 어려운 이유는 초기 설계단계부터 고려해야 할 요소들이 많고, 요소들 상호간의 연관관계가 복잡하기 때문이다. 초기 기획단계에서 설정된 컨셉(Concept)을 바탕으로 이러한 문제점들을 하나씩 해결해 나가면서 코어와 평면의 크기 및 형태가 결정되고, 궁극적으로 건물의 규모 및 형태가 수많은 피드백 과정을 거쳐 결정된다. 이때 일반적으로 초고층건물의 규모와 형태에 적합한 구조시스템이 동시에 결정된다. 이렇게 초고층건물의 형태와 구조시스템은 초기 설계단계에서부터 상호 밀접한 관계를 유지하며 설계가 진행된다. 구조는 건축형태를 제압하지 않으면서 자연스럽게 융화되어야 하고 시각적으로도 형태를 명료하게 하면서 풍요롭게 해야 한다. 따라서 본 연구는 초고층건물의 형태와 구조시스템에 관한 다양한 문헌 및 선행연구를 조사하고, 초고층건물의 형태와 구조시스템의 발전을 규명하며, 현존하는 소위 100층 규모 이상 초고층건물의 형태와 구조시스템의 상관관계를 분석함으로서, 계획적인 측면에서 초고층건물의 구조시스템별 형태적 특성을 밝히는데 목적이 있다. More than 100-stories tall buildings are no longer the exclusive property of other developed cities. The tall buildings are located as the pivot of the city, maximizing the symbolic value of the nation, the city and the corporation. However, the domestic technology level, such as planning, structural engineering, and environmental engineering, is not sufficient in the circumstances, and the construction technology is evaluated worldwide. Accordingly, most of the tall building developments in Korea are forced to depend on overseas companies such as SOM, KPF and so on. Unlike general buildings, the planning and design of tall buildings are complex and difficult. Because the many factors are involved in the initial design stages, and their relationships among components are complex. Based on the concepts set forth in the initial planning phase, these problems are resolved by determining the ultimate size and shape of the building. At the same time, the structural system suitable for the size and shape of the skyscraper is determined. Architecture should be naturally harmonized with the structural system. Thus, this study will examine the various prior studies of the form and structural system for the tall buildings. By analyzing the correlation between the forms and structural systems of tall buildings which is above the 400m or 100 stories existing buildings, the formal characteristics of the super tall buildings by the structural systems in terms of the architectural planning will be revealed.

프랭크 로이드 라이트의 고층건물설계 특성 사례분석

박종성 대한건축학회지회연합회 2017 대한건축학회연합논문집 Vol.19 No.5

프랭크 로이드 라이트는 유기적 건축이라는 그만의 고유한 건축철학을 바탕으로 유명한 많은 작품을 남겼다. 그러나 라이트가 그의 건축가 인생에서 오랫동안 지속적으로 실험해왔고 실현되었던 고층건물에 대한 라이트 건축의 의미를 고찰한 분석결과는 국내에서는 연구된바 없다. 그가 남긴 건축물 중 고층건물이 다수 존재 했지만 그의 건축철학인 유기적 건축의 범주 안에서 고층건물을 이해하기에는 한계가 있었다. 왜냐하면 고층건물이란 자연을 지배하는 반 유기적 건축이라는 선입관에 기인한다는 일반적 견해를 갖기 때문일 것 이다. 본 연구는 라이트에 의해 수행되었던 고층건물 설계의 건축적 사고와 도시 이론적 배경 그리고 그가 일관되게 표현 하고자 했었던 그만의 독창적 고층건물 스타일의 일관성에 대한 원인과 의미 분석의 결과이다. 분석과정은 라이트 스타일로 이미 고착화 된 ‘수평성’ (Horizontal Dimension)이 강조된, 다시 말해 자연에 순응된 형태가 아닌 유기적 건축에 반하는 모순적 딜레마를 라이트는 ‘수직성’(vertical Dimension) 고층건물 설계과정에서 그리고 그의 도시이론에서 어떻게 논리화 및 정당성을 부여하고 있고 유기적 건축이론으로 설명되고 의미를 부여 할 수 있는가 하는 점 이었다. 나아가 당시 세계 산업화 시대의 혼돈 상황에서 건축의 기술성 적용 및 라이트 건축의 현대성을 어떻게 고층건물에 적용 했는가 하는 점도 연구 분석의 주요 내용 중 하나이다. Frank Lloyd Wright, as one of the master architects, bequeathed the famous design projects based on his philosophy of Organic Architecture. So, we know that which design projects are well known in low-rise design projects emphasized on horizontal dimension. However; we don’t know much about his vertical tower design projects as also a part of Wright’s Organic Architecture as well. This Characteristic analysis study aimed to illuminate the principal idea backgrounds of Wright’s vertical tower designs and the results of the analysis are as flows; - Reacting the unique vertical tower design was motivated by Wright’s anti-urban idea from the mega-cities of 1890s to 1930s of America. - Establishing the first idea concept of wright style’s vertical tower design in Organic architecture was ‘St. Mark’s Tower’ in 1929. - Developing the Wright’s urban theories such as ‘Broadacre City’ and ‘Living City’ were incubating bed to be theorized as part of his vertical tower designs. - Considering the principal structure system of the vertical tower was inspired from the Giant Tree to be rationalized into his idea of Organic Architecture. - Analysing the results of major functions by the Wright’s vertical tower designs took in charge of ‘vista monument’ as well as ‘space spreaders’ in the low density urban areas.

복합용도 초고층건물의 기능별 면적비율에 따른 건물체적과 계획요소의 분포 및 분석에 관한 연구

박상민 대한건축학회지회연합회 2007 대한건축학회연합논문집 Vol.9 No.4

can be a symbol of national recognition. One of the recent trend of tall building development is multi-function. Multi-functional tall buildings have been developed to maximize land use and minimize real estate market risk. The attempt to combine more than one major function in a building or complex presents the designer with several problems. Each function has different planning considerations for optimum and habitable space. Due to the inter-related functional requirements within a building, one change can affect many other factors that must be considered when developing a project. Much has been researched regarding planning factors for tall buildings. These research presented only the analyzed planning factors by statistics with built tall buildings in the world. However, there are few references available that deal with the appropriate building volume and planning factors of multi-function tall buildings actually designed with different total gross area and functional gross area ratio. The purpose of this study was to suggest the distributions of the appropriate building volume and planning factors by changing total gross area and functional gross area ratio. The result of this research will be used as important design guideline in preliminary design phase of multi-function tall building development.

Rapid Visual Screening통한 건물 높이별 테러위험도 비교 분석

송진영,윤성원,Song, Jin-Young,Yoon, Sung-Won 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.4

최근 테러의 대상 범위는 보다 광범위해 지고 있으며, 국내의 테러발생위험이 지속적으로 증가하고 있는 가운데 테러의 형태는 국가의 중요시설과 같은 경성표적(Hard Target)에서 초고층건물과 같은 다중이용시설의 연성표적(Soft Target)으로 변화하고 있다. 따라서 본 논문에서는 Fema 455 - Rapid Visual Screening을 통해 국내의 초고층건물과 고층건물의 테러위험도 평가결과를 국내의 저층건물의 테러위험도 평가결과와 비교하여 초고층건물의 테러위험도를 분석하였다. 그 결과 초고층건물 및 고층건물은 저층건물에 비해 Consequences, Vulnerability Rating보다 Threat Rating항목이 상대적으로 높았으며, 이는 초고층건물의 거주인원 및 국가적 또는 지역적인 상징성 및 가시성 부분에서 테러위험도가 높은 것이 주요 원인으로 분석되었다. As the scope of the target of terrorism is recently extending, the danger of domestic terroristic attacks is increasing constantly, and the form of terrorism is changing from hard targets such as significant facilities of the country into soft target of multi-complex buildings such as skyscrapers. Accordingly this study analyzes the terrorism threat level on skyscrapers by comparing the assessment results of the terrorism threat level on skyscrapers and high-rise buildings with the assessment results of the terrorism threat level on low-rise buildings through fema 455 - Rapid Visual Screening. As a result, skyscrapers and high-rise buildings are relatively higher threat rating than consequences and vulnerability rating. This is caused by the fact that the terrorism threat level on skyscrapers is high due to their residents and their national or regional symbolism and visibility

초고층 건물의 입지 변화에 대한 연구

김주희,이자원 국토지리학회 2014 국토지리학회지 Vol.48 No.1

As the world is in the progress to Globalization, the main agents of economic activity change from countries-based into cities-based. Also, the impact of cities on countries increases, the factors that evaluates competitive cities changes. In the past, the competitiveness was determined by economic and industrial parts. However, attractive images and quality of cities’ life have been considered in terms of evaluating the competitiveness in this age. This paper formulated on the hypothesis that cities’ image goes in skyscrapers upon the periodic paradigm. Moreover with this research analyzed geographically locational pattern of skyscrapers and locational factor related to each cities’ economic index. Furthermore, through skyscrapers and their height, this research would like to find out whether countries have competitiveness or not. There is some limitation to work for finding data and develop the idea. We need to approach to this subject in aspect of quality of urban environment such as cities’ image which goes to new idea of urban competitiveness. 세계화가 진전되면서 현대 경제활동의 주체는 국가가 아닌 도시로 변화하였다. 과거에는 경제·산업적인 측면을 도시경쟁력의 지표로 간주하였는데, 현재는 매력적인 도시이미지와 건축물을 포함한 도시환경의 질적인 면이 경쟁력으로 평가되고 있다. 이러한 시대적 패러다임과 함께 본 연구에서는 초고층 건물의 높이가 지역적으로 어떻게 이동하는지 그 추이를 살펴보고자 한다. 높이의 대표성을 갖는 초고층 건물의 입지를 경제성장기를 기준으로 시기를 구분하여 추이를 살펴보고자 한다. 또한 초고층 건물 높이와 초고층 건물이 위치한 도시의 경제적 지표의 관련성을 살펴보고자 한다. 자료 구득의 한계에 의해 국가 혹은 도시의 관련 지표를 획일적으로 구조화하는 데는 제약이 있었다. 또한 유럽제국과 같이 초고층 건물 건축이 눈에 띄게 나타나지 않는 지역들을 고려할 때 경제적 지표와 초고층건물의 관련성 이외에 최근 도시이미지 등 새롭게 형성되는 도시경쟁력의 의미로 초고층건물 건축을 해석하는 연구를 이어가야 할 필요가 있다.

고강도강재를 사용한 건물골조방식 초고층건물의 구조비용 최적화

서지현,권봉근,김상범,박효선,Seo, Ji-Hyun,Kwon, Bong-Keun,Kim, Sang-Bum,Park, Hyo-Seon 한국전산구조공학회 2009 한국전산구조공학회논문집 Vol.22 No.1

Use of high-strength steel members in building of high-rise buildings and large scale structures is expected to increase the effectiveness of structural design by reducing the weight and cost of structures. So far, high-strength steel members have been used in a very limited way because it is hard to select the proper strengths of steel members in a systematic way with the consideration of the structural cost. In this paper, therefore, a structural optimization technique based on Genetic algorithm is developed for effective use of high-strength steel members in structural design of high-rise buildings with the form of building frame system. The stability and efficiency of the technique is evaluated by using to a 35-story building. As a result, a stable and reliable optimal solution was obtained with a difference of 2.63% between individual and mean optimal structural costs. 초고층건물의 구조설계에 고강도강재를 활용하는 것은 수직 부재 크기의 감소로 인한 건축 계획적 측면의 용이성 그리고 골조 물량의 감소로 인한 구조 및 시공 측면에서의 비용적 효율성 등이 예상되지만 적용사례 부족 및 합리적 설계 방법의 부재 등의 이유로 인해 고강도강재는 일부 건축물에서 제한적으로 사용피고 있다. 특히, 많은 부재로 구성되는 초고층 건물에서 강재의 적절한 강도를 고려한 경제적 단면 성능의 결정은 결코 쉬운 일이 아니다. 이러한 이유로 인해 최근 많은 초고층건물들은 콘크리트를 이용하여 계획되거나 시공되고 있다. 그러므로 본 논문에서는 초고층건물 구조설계에서 강재의 적절한 강도와 사용위치를 합리적으로 결정하여 구조비용을 최소화할 수 있는 초고층건물 구조비용 최적화기법을 개발하였다. 개발된 최적설계기법을 건물골조시스템의 35층 건물의 구조 설계에 적용하여 효율성과 적용성을 평가하였다. 적용 결과, 제안된 최적설계기법은 설정된 제약조건을 만족시키며 최적의 구조비용을 안정적으로 산출할 수 있음을 확인할 수 있었다.

다이어그리드 메가프레임 초고층 건물을 위한 효율적인 해석모델의 개발

김현수,강주원,Kim, Hyun-Su,Kang, Joo-Won 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.3

비정형 초고층건물을 위한 구조시스템 중에서 다이어그리드 구조시스템은 구조적인 효율성 및 조형성 때문에 널리 사용되고 있다. 근래에는 초고층건물을 위한 구조시스템으로 메가부재의 조합을 통하여 횡방향 강성을 효과적으로 발휘할 수 있는 메가프레임 시스템이 널리 사용되고 있다. 두 가지 구조시스템의 장점을 혼합한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템은 미래형 초고층건물에 적용될 유망한 구조시스템으로 평가받고 있다. 그러나 이러한 다이어그리드 메가프레임 구조시스템을 적용한 건물의 거동을 예측하기 위해서는 매우 많은 수의 절점과 요소로 이루어진 유한요소 모델을 해석해야 하므로 상당한 양의 해석시간과 엔지니어의 노력이 필요하게 된다. 따라서 본 연구에서는 다이어그리드 메가프레임시스템을 적용한 초고층건물의 거동을 효율적으로 해석할 수 있는 기법을 제안하여 다이어그리드 메가프레임 초고층건물의 해석과 설계에 소요되는 시간과 노력을 줄이고자 한다. 이를 위하여 다이어그리드 메가프레임의 특정을 활용한 효율적인 모형화기법과 행렬응축기법을 사용하여 해석에 사용되는 자유도수를 최소화한 해석기법을 제안하였다. 예제구조물의 해석을 수행하여 본 연구에서 제안된 해석방법과 일반적인 해석방법에 의한 결과와 비교함으로써 제안된 방법의 효율성과 정확성을 검증하였다. Among structural systems for complex-shaped tall buildings, diagrid system is widely used because of its structural efficiency and beauty of form. Recently, mega frame is favorably employed as a suitable structural system for skyscrapers because this structural system has sufficient stiffness against the lateral forces by combination of mega members which consist of many columns and girders. Diagrid mega frame system is expected to be promising structural system for future super tall buildings. However, it takes tremendous analysis times and engineer's efforts to predict the structural behavior of tall buildings applied with diagrid mega frame system because the diagrid mega frame structure has significant numbers of elements and nodes. Therefore, efficient analytical method for all buildings applied with diagrid mega frame system has been proposed in this study to reduce the efforts and time required for the analysis and design of diagrid mega frame structure. To this end, an efficient modelling technique using the characteristics of diagrid mega frame structures and an efficient analytical model using minimal DOFs by the matrix condensation method were proposed in this study. Based on the analysis of an example structure, the effectiveness and accuracy of the proposed method have been verified by the comparison between the results of the proposed method and the conventional method.

이산형 시뮬레이션을 사용한 초고층건물공사 작업원의 수직이동계획

안병주,Ahn Byung-Ju 한국건설관리학회 2004 건설관리 : 한국건설관리학회 학회지 Vol.5 No.2

최근 수년 동안에 국내에서는 많은 초고층건물들이 완공되었다. 지금도 다수의 초고층건물들이 시공되고 있으며, 심지어 100층 이상 규모의 초고층건물까지도 기획 중에 있다. 이러한 초고층건물공사의 현장관리 측면에서 중요성이 강조되는 관리항목들 중 하나는 시공 과정 중에 발생하는 자원의 수직이동을 관리하는 것이다. 특히 짓고자 하는 건물의 높이가 높아질수록 작업원들이 각자의 작업층으로 이동하는데 걸리는 시간은 길어지며, 자칫하면 이것이 현장의 작업능률과 생산성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 이에 본 연구에서는 초고층건물공사 수행 시 작업원의 수직이동을 체계적으로 관리하기 위한 한 가지 방안으로서 이산형 시뮬레이션을 사용한 작업원의 수직이동계획 프로세스를 제안하였으며, 계획 프로젝트인 MT 130 타워공사를 대상으로 이것의 적정성을 검토하였다. Recently, many high-rise buildings have been constructed, and are under construction. And a high-rise building with more than 100 floors is under planning. From site logistics management point of view, it is very important to manage vertical transportation of resource (e.g., material, equipment and construction labors) in high-rise building construction. The higher the building is constructed, the more important it is to manage for vertical transportation of it. In case of labors, vertical movement needs longer time in high-rise building construction than in low-rise. This results in low productivity and work efficiency of the construction. Therefore, this study presents a process of a vertical movement plan for labors using discrete-event simulation. And then the process applies to MT 130 project, which is a virtual high-rise building construction project.