산업용 강구조 건축물에 대한 사양적내화설계법과 성능내화설계법 비교

국문 초록 (Abstract)

산업시설의 화재는 경제적 피해와 구조물의 붕괴 및 변형에 영향을 준다.
구조물의 붕괴와 변형을 방지하고자, 시간에 따른 구조체의 하중지지력 향상 방안으로
사양설계법과 성능기반 내화설계법을 적용하였다.

2가지 설계 방식으로 설계된 구조물은 안전에는 영향이 없으며 화재로 인한
구조체의 하중지지력 및 내화구조 시간을 확인하여 그에 따른 경제성을 비교
분석하였다. 이를 위해 1시간 내화구조 성능기준인 창고 구조물의 성능확보를 위해
사양설계법으로 설계하였다.
규모는 가로방향 111m, 세로방향 41m, 처마높이 9.0m 구조물을 샘플로 계획하였다.
일반적으로 사용하는 탄성해석 프로그램을 활용하여 수직력과 횡력에 저항할 수
있도록 부재 설계를 진행하였으며, 부재의 적합성 및 안정성을 확인하였다.
설계 후에는 강재량 및 페인트 면적을 계산하고 비용을 산정하였다.

다음은 성능기반 내화설계법으로 화재원, 화재시나리오, 화재형태를 고려하여 시간에
따른 위치별 온도를 파악하고 그 결괏값인 높이별 온도를 열 해석이 가능한
유한요소해석 프로그램에 입력하였다.
재료의 기계적 특성과 열적 특성, 경계조건을 유한요소해석 프로그램에
입력하여 시간에 따른 구조체의 온도, 변형, 응력을 확인하였다.

추가로 EN1994-1-2의 언급된 표준화재곡선을 이용하여 1시간 내화구조 성능기준인
부분 충전용 합성기둥에 제시한 방법으로 수계산을 통해 내화성능을 확인하였다.
1시간 내화구조 성능기준인 창고 건물을 예시로 비교 검토한 결과 성능기반 내화설계법이
사양설계법 보다 10.3% 경제적으로 저렴하였다.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 초록 i
• Abstract iii
• 목차 v
• 표 목차 viii
• 그림 목차 x
• 1장. 서론 1
• 1.1 연구의 배경 및 목적 1
• 1.2 연구의 범위 및 방법 3
• 2장. 국내 내화구조 설계 6
• 2.1 개요 6
• 2.2 관련 법규 및 기준 8
• 2.3 사양적 내화 설계법 11
• 2.4 성능기반의 내화구조설계 13
• 2.4.1 성능기반 내화설계 단계 13
• 2.4.2 구조물 거동분석 15
• 2.4.3 성능내화 설계시 고려사항 16
• 2.5 완공 후 유지관리 17
• 3장. 강구조물 사양내화설계 19
• 3.1 강구조물 설계 개요 19
• 3.1.1 구조물 개요 19
• 3.1.2 구조계획 20
• 3.2 강구조물 설계사례 22
• 3.3 부재크기 산정 26
• 3.4 경제성 분석 27
• 4장. 성능기반의 내화구조설계법 검증 29
• 4.1 개요 29
• 4.2 화재하중 산정 30
• 4.2.1 화재원 및 화재형태 파악 30
• 4.2.2 화재곡선 도출 32
• 4.3 유한요소해석 고려사항 34
• 4.3.1 재료적 특성 34
• 4.3.2 기하학적 특성 44
• 4.3.3 접촉면 특성 45
• 4.3.4 메시요소유형 46
• 4.4 유한요소해석 검증 47
• 4.5 유한요소해석 결과분석 50
• 4.5.1 온도해석분석 50
• 4.5.2 구조거동분석 54
• 4.5.3 내화성능평가 56
• 4.6 수계산 검토 57
• 5장. 강구조물 성능기반 내화설계 60
• 5.1 개요 60
• 5.2 산업용 강구조 건축물 화재하중 산정 61
• 5.2.1 화재원 산정 및 화재형태 파악 61
• 5.2.2 화재곡선도출 64
• 5.3 산업용 강구조 건축물 유한요소해석 결과분석 66
• 5.3.1 온도해석분석 66
• 5.3.2 구조거동분석 70
• 5.3.3 내화성능평가 72
• 5.4 산업용 강구조 건축물 수계산 검토 73
• 5.5 사양내화설계와 성능내화설계 분석 75
• 6. 결론 77
• 참고문헌 79
• 부록 83
• A. 화재원 산정 84
• B. 국부화재 86
• C. 압축재 수계산 검증 88
• D. 강구조 건축물 건축도면 92
• E. 강구조 건축물 구조도면 94
• F. 산업용 강구조 건축물 압축재 내화성능 수계산 96