화재 발생 시 강구조 건축물은 재료의 급격한 강도저하에 따른 처짐과 내력저하로 구조물의 붕괴가 발생될 수 있다. 따라서 구조용 강재의 고온 시 강도저하의 최소화 및 강판 두께 차이에 따른 설계기준강도 차이의 해결과 용접성을 향상하기 위한 필요성이 제기되었으며, 이 결과 TMC 건축용 내화강재가 개발되었다. 본 연구에서는 TMC 건축용 내화강재의 고온 시 구조내력을 평가하기 위하여 일정 길이의 보부재를 대상으로 단순지지 및 고정단 보 조건으로 처짐과 최대내력 변화를 해석적으로 도출하였으며, 건축용 내화강재와 그 성능을 비교분석하였다. 그 결과, TMC 건축용 내화강재를 적용한 보부재가 내화강재 적용 보부재보다 고온 시 구조적 성능이 다소 열위임을 확인하였다.
건축용 내화강재는 화재와 같은 고열환경에 노출되었을 때 일반 구조용 강재에 비해서 내력유지 성능이 우수하도록 개발된 고성능 강재이다. 이와 같은 건축용 내화강재를 적용한 구조체가 화재에 노출되었을 때 구조적 거동을 정확하게 평가하기 위해서는 고온에서의 항복강도, 탄성계수 변화 등의 기계적 특성치가 요구된다. 따라서 본 연구에서는 압연과 TMC방식에 의한 두 가지 두께를 대상으로 건축용 내화강재의 기계적 특성 도출을 위하여 고온인장시험을 수행하였으며, 그 결과 제조방식에 따른 고온에서의 큰 기계적 특성 차이는 없는 것으로 판단되었다.
구조용 강재는 고온 시 물질 내부의 구성 물질의 결합력 약화로 인하여 내력과 변형이 추가적으로 발생됨으로써, 구조적 성능이 저하되고, 국부 및 연속적 붕괴로 이어질 수 있다. 따라서 강재로 구성된 구조부재는 화재 시 열영향부를 최소화하기 위한 수단이 강구되는 내화설계가 요구된다. 건축용 내화강재(FR 490)는 용접 구조용 강재(SM 490)와 상온시 특성은 동일하나, 고온 시의 내력유지 성능이 우수한 강종으로써 이로 구성된 보부재의 고온 시 내력 평가 자료는 거의 없다. 따라서 본 연구에서는 FR 490강재로 구성된 보부재의 고온 시 거동을 고온 시 재료 특성과 이론적 방법을 통하여 해석적으로 평가하고, 이를 SM 490강재보와 비교함으로써 내화성능을 확인하고자 하였으며, 그 결과 FR 490강재보의 경우 SM 490강재보에 비해서 고온 시 내력유지 성능이 우수하였다.
Fire is very serious condition in steel based structures. Therefore, to enhance the structural stability of columns and beams in high temperatures, fire resistant steels and TMC fire resistant steels are developed from steel manufacturing companies. In this study to evaluate the structural stability and compare the resistant performance, a fire engineering design method was applied and fire resistant steels showed the better performance than other two materials.
목재를 이용한 구조의 효율적인 사용은 자원의 낭비를 줄이고 세계 환경을 보호할 수 있다. 이 연구는 대단면 목조건축을 위해 강재와 구조용 집성재를 이용한 내화성능을 지닌 복합재료의 개발을 목적으로 한다. 내화 시험에 앞서 구조용 강재와 구조용 집성재를 이용한 복합재료의 휨강도 특성을 확인하고자 한다. 구조용 강재 보(H type)와 구조용 집성재 보, 구조용 강재와 구조용 집성재를 이용한 복합재료 보의 휨시험을 시행하였다. 구조용 집성재간의 접착제로는 레졸시놀계를 사용하였으며 구조용 강재와 구조용 집성재 간의 접착제로는 폴리우레탄 수지를 사용하였다. 휨시험은 KS F 2150에 의거하여 시행하였으며 각각의 평균 최대하중은 복합재료가 137.5 kN, 구조용 집성재가 106.5 kN, 구조용 강재가 48 kN을 나타내었다. 구조용 집성재가 높은 휨탄성력을 지니고 있기 때문에 복합재료를 사용할 경우 구조적 안정성을 부여할 뿐 아니라 친환경적인 재료로 이용될 수 있을 것이다.
Structural beam plays a key role to carry the applied load on the floors. And then the beam have to sustain the applied load and its load-bearing capacity in fire situation. In this study to know the fire resistance performance of long span beam made of a submarine structural steels, an engineering method is used using mechanical and thermal properties of structural steel at high temperature.
건축물의 공간 효율성 증대를 주 목적으로 고강재 강재(SM 520)의 사용이 활성화되고 있으나, 화재와 같은 고온조건에서의 보부재에 대한 내화성능은 검증되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 SM 520강재가 적용된 양단 고정단 경계조건인 부정정 보부재를 대상으로 표준화재온도곡선과 고온에서의 항복강도, 탄성계수 그리고 비열, 선팽창계수를 적용하는 해석적 방법을 통하여 내화성능을 평가하고, 이를 바탕으로 일반 구조용 강재에 의한 보부재의 내화성능 평가의 안전성을 확인하였다.
가연물의 증가는 건축물 화재의 발생 위험성과 재해발생 규모를 점차적으로 증대시키는 요인이 되고 있다. 따라서 강구조 건축물의 화재에 대비한 기술개발이 요구되었으며, 이 결과로 내화강재가 개발되었다. 본 연구에서는 FR 490강재의 고온 시 기계적, 열적 특성을 실험적으로 평가하고, 이 결과를 상온 시 구조적 내력이 동일한 용접구조용 강재인 SM 490과 상호 비교함으로써 고온 시의 내력유지 성능이 우수함을 확인하였다.
강구조용 내화뿜칠재는 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 내화뿜칠재 인정시 보와 기둥이 분리되어 평가 및 인정되고 있다. 보와 기둥의 내화시험 표준시험체는 단면형상계수 등이 상이하므로 내화피복 두께산정방법(KS F 2848)에 따르면 동일피복재를 사용하는 경우 동일성능의 보용 뿜칠재와 기둥용 뿜칠재는 피복두께가 상이할 것으로 예상할 수 있다. 그러나 현재 인정이 유효한 내화뿜칠재의 보 기둥 피복두께는 제품별로 서로 동일하거나 매우 유사하다. 그렇다면 동 뿜칠재의 내화구조 인정을 위한 성능시험시 보와 기둥의 강재평균온도에 차이가 있었을 것이라고 추정해 볼 수 있다. 본 연구를 통하여 보용 또는 기둥용 내화뿜칠재의 강재평균온도를 비교분석하여, 보용 기둥용으로 분리하여 평가 및 인정하고 있는 현 제도를 검토해 보고자 한다.
강구조용 내화피복은 내화성능평가를 통하여 내화구조로 인정을 받아야 사용할 수 있는데 기둥용 내화피복은 4면, 보용 내화피복은 3면을 가열하여 내화성능을 평가한다. 4면이 균등하게 가열되는 기둥과 달리 3면이 가열되는 보의 경우 비가열면인 상부의 온도가 가열면의 온도와 차이가 있을 것이 예상된다. 보용 내화피복 내화성능 평가시 비가열면의 온도도 포함되는데 비가열면의 온도가 부재의 온도와 유의한 차이가 있다면 온도측정 부위에 대한 신중한 검토가 필요할 것이다. 이에 본 논문에서 내화구조로 인정된 보용 내화피복의 내화성능시험결과를 분석하여 보용 내화피복 내화성능 평가단면의 타당성을 살펴보고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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