Improvement of Fire Resistance for Timber Framed Walls by Reinforcement of Heavy Timber Frame

Fire resistance of new hybrid timber framed wall systems was evaluated in this study. These wall systems are composed of two major structural parts. One part is a heavy timber frame part designed to take charge of whole vertical load using heavy timber post and beam, and the other is an infill wall structure, designed to take charge of whole horizontal load and to provide an established level of fire resistance. A basic concept of this hybrid wall is adopted from a typical furniture structure with frame. A timber post and beam frame is constructed with Japanese Larch solid timber post(180mm by 180mm) and beam(180mm by 240mm). As infill wall systems, two types of walls are applied. One is a typical light timber framed wall with solid blocking and another is a structural insulated panel wall, in which polystyrene insulation is filled between two structural panels to make single structure. For all tested walls, two layers of 12.5mm thick type-X gypsum boards are used on fire exposed side. Prior to tests for hybrid walls, only infill walls are tested without heavy timber frame. All fire resistance tests are carried out in accordance with KS F 2257, and temperatures on several points within wall structure and unexposed wall surface are measured during fire tests. It is considered that the reinforcement of heavy timber frame is significantly efficient for improving the fire resistance of timber framed walls.

본 연구에서는 두 개의 주요 구조부분으로 구성된 새로운 하이브리드 목조 벽체의 내화성능을 평가하였다. 수직하중을 전적으로 담당하는 기둥-보 형태의 기본 골조에 두 가지 형태의 벽체가 채워졌을 때 이 전체를 내력 벽체로 가정하고 그 내화성능을 평가하고자 하였다. 하이브리드 벽체의 기본 개념은 뼈대를 갖는 전형적인 가구의 구조로부터 채용되었다. 기본이 되는 기둥-보 골조는 국산 낙엽송 소재로서, 기둥은 $180mm{\times}180mm$, 보는 $180mm{\times}240mm$ 단면의 부재가 사용되었다. 기둥-보 골조의 내부에 채워지는 벽체는 두 종류로서, 하나는 블러킹이 사용된 일반적인 경골목구조 벽체이고, 또 하나는 구조용 패널 사이에 스티로폼 단열재가 채워져 일체화된 구조를 이루는 구조용 단열 패널 벽체이다. 내화성능 시험에 사용된 모든 벽체는 2겹의 방화석고보드를 화염 노출면에 부착하였다. 모든 벽체는 우선 기둥-보 골조가 없는 상태에서 표준화염 조건에서 내화성능 시험을 수행하였고 다시 기둥-보 골조와 결합된 형태로 내화성능 시험을 수행하였다. 시험에 적용된 화염조건은 KS F 2257의 조건을 적용하였고 시험 중 구조체 내부 각 부위의 온도변화도 측정하였다. 본 연구를 통해 기둥-보 골조의 보강이 목구조 벽체의 내화성능 향상에 상당히 기여하는 것으로 확인되었다.