A fundamental limitation of steel structures is the decrease in their load-bearing capacity at high temperatures in fire situations such that structural members may require some additional treatment for fire resistance. In this regard, this paper evaluates the structural stability of fire-resistant steel, introduced in the late 1999s, through tensile coupon tests and proposes some experimental equations for the yield stress, the elastic modulus, and specific heat. The surface temperature, deflection, and maximum stress of fire-resistant steel H-section columns were calculated using their own mechanical and thermal properties. According to a comparison of mechanical properties between fire-resistant steel and Eurocode 3, the former outperformed the latter, and based on a comparison of structural performance between fire-resistant steel and ordinary structural steel of equivalent mechanical properties at room temperature, the former had greater structural stability than the latter through $900^{\circ}C$.
The strength of steel material in a concrete filled steel tube (CFT) is reduced in fire, but the filled interior concrete structurally ensures the fire resistance due to its high thermal capacity. More, the contractibility of CFT is excellent since it can be constructed without form work. This research analyzed the interior concrete strength and deformation characteristics, which are the influence factors of the fire resistance of CFT, in proportion to the axial load ratio. The fire resistance performance according to changes of the axial load ratio showed great fluctuation. As $280{\times}280{\times}6$ CFT columns with the concrete strengths of 24 MPa and 40 MPa and the axial load ratios of 0.9, 0.6, and 0.2 in accordance with KS F 2257-1 and 7 were heated with loading to examine the fire resistance performance, the 24 MPa concrete exhibited the fire resistance time as 27, 113, and 180 minutes for the axial load ratios, 0.9, 0.6, and 0.2 respectively. In case of 40 MPa concrete, the fire resistance time were turned out to be 19 and 28 minutes for the axial load ratios, 0.9 and 0.6 respectively. The results of 40 MPa concrete showed the much lower fire resistance performance when comparing with those of 24 MPa concrete. The fire resistance performance was not increased significantly when the axial load ratio was reduced. Therefore, the deceased fire resistance performance of high strength concrete is assumed to be caused by the internal pressure increase upon the heat application.
In this article, the role of spans number and length in fire-resistance ratings (FRRs) of fireproofed steel frames are investigated. First, over a span-lengthening scenario, two one- and three-bay frames under the ISO834 fire are examined. It is shown that the FRRs of the frames rely highly on the changes made on their span length. Second, a building designed for three spans number of three, four, and five under natural fire is investigated. The beams are designed for two load-capacity-ratios (LCRs) of optimum and ultimate. The fire curves are determined through a probabilistic-based approach. It is shown that the structural vulnerability vastly increases while the number of spans decreases. The results show that for an optimum LCR, while the five-span frame can meet the required FRR in 87% of the fire scenarios, the four- and three-span frames can meet the required FRR in only 56%, and 50% of the fire scenarios, respectively. For an ultimate LCR, the five-, four- and three-span frames can meet the required FRR in 81%, 50%, and 37.5% of the fire scenarios, respectively. Functional solutions are then proposed to resolve the insufficiencies in the results and to rectify the application of the standard-based FRRs in the cases studied. The study here highlights how employing current standard-based FRRs can endanger structural safety if they are not connected to structural characteristics; a crucial hint specifically for the structural engineering community who may be not well familiar with the fundamentals of performance-based approaches.
복합 구조 시스템은 강재와 콘크리트의 합성으로 내화성능이 우수할 것으로 판단된다. 그러나 복합구조의 내화성능에 대한 연구는 아직 초기 단계로 기둥과 보 등의 부재에 대한 내화실험 결과가 일부 발표 되었으나 합성보에 대한 자료는 거의 없다. 이에 본 연구에서는 TSC 합성보의 내화성능 평가를 위해 내화실험과 수학적 및 수치 해석적인 방법을 통해 평가하였다. 내화실험은 형상의 종류와 가력 하중, 내화피복재 보강방법 등을 변수로 실험을 실시하였다. 또한 수치 해석 중 강재와 콘크리트의 재료특성은 Eurocode에 준하였으며 온도의 변화는 열전도 FE 해석과 수학적인 방법을 사용하였다.
Steel doors, which are common in general buildings, do not seal the gap between the door and the floor, so drafts, noise, dust, and lights flow from the outside, and shielding devices are installed in various materials and methods, such as adding magnetic gate paper to the side of the door or installing a gasket under the door, but performance is limited. Accordingly, in order to fundamentally solve these problems, we researched and developed a double gap blocking device that can improve fire resistance and airtightness performance in steel doors. Unlike general products, the double gap blocking device has the advantage of maximizing airtight performance by forming an air layer in the center when the door is closed, as well as greatly improving the fire resistance performance, which is the basic performance of the fire door.
In this study, we aimed to identify changes in fire resistance according to the type of sleeves used for pipe penetrations and to examine their accreditation of fire resistance performance and use them as basic data. The test results of fire resistance according to the type of sleeve used in non-metallic pipe facilities showed that the temperature on the support side was higher for sleeves with higher thermal conductivity. For the temperature on the surface of the pipes, in the case of galvanized steel plates, steel pipes, and structures without sleeves, the highest temperature was observed after the expansion of the firestop material for 46 to 53 minutes and then decreased. PVC sleeves showed a steady increase in temperature until 53 minutes, after which the temperature did not increase further. In addition, for non-metallic pipes, the effect of the type of sleeve on fire resistance is considered to be insignificant because the lower part (heating direction of the furnace) under the support structure is cut off to block the heat during the two-hour fire resistance test.
화재발생시 콘크리트충전 강관(CFT)기둥은 강재의 표면이 고열에 직접 노출되기 때문에 강관의 내화피복에 따라 내화성능에서 많은 차이가 예상된다. 본 연구에서는 내화피복 CFT기둥의 온도분포특성을 파악하기 위하여 내화피복의 종류와 두께 및 내화시간을 변수로 하여 실험을 실시하였다. 실험결과 가열온도를 기준으로 내화성능은 내화뿜칠, 내화페인트, 무내화의 순으로 나타났다. 가열시간-위치별 온도분포는 콘크리트부분은 완만한 증가를 보이고 있으나, 강관외부표면에 도달하면 급격한 온도의 증가를 보이는 것으로 나타났다.
With a rapid development of economy, more high-rise buildings are being constructed in large cities than before. As a result steel members such as beams, columns make a great role of the building construction, and the need of them to be protected to have enough fire resistance is in-creasing . But conducting a real fire test to all the members is almost impossible. So prior to do conduct a real fire test of the protected steel members, evaluating the fire resistant rating of them by means of their specific properties might be economical things. This study is aimed to introduce the fire resistant rating of protected steel members without a real fire test through the related studies and data.
현재 철골부재의 내화성능 확보를 위해서 다양한 내화피복방법이 적용되고 있으며, 따라서 이중 하나가 내화도료 피복 시스템의 적용이다. 하지만 내화도료 시스템의 경우 시공후 시간경과에 따라 균열, 탈락 등에 의한 내구성 저하 및 이에 따른 내화성능 상실의 우려가 있으며, 이에 따라 건축 설계 및 시공 초기에 시간경과에 따른 내구성 변화를 파악하여 이에 대비할 수 있는 평가방법 및 유지관리 등에 대한고려가 필요하다. 이에 본 연구에서는 시간경과에 따른 내화도료의 내구성 평가 및 이에 대한 관리방안을 제시하기 위하여 영국을 비롯한 기타 국가의 관련 자료를 조사하여 국내에 적용할 수 있는 내화도료 내구성 평가방법 및 유지관리에 필요한 기초 자료를 제시하도록 하였다.
본 연구에서는 표준화재에 노출된 무피복 콘크리트충전강관(CFT)기둥의 내화성능 및 거동 특성을 파악하고자 화재실험 및 수치해석 연구를 수행하였다. 실험변수로는 기둥높이, 하중비, 단면크기를 고려하였고, 이들이 CFT 기둥의 내화성능에 미치는 영향을 알아보고자 단면내 온도변화 및 축변형을 분석하였다. 실험결과 모든 실험체의 강관에서 국부좌굴이 발생, 콘크리트로 하중전이가 일어났고, 이후 콘크리트 압괴로 이어졌다. 이는 CFT 기둥의 전체 휨좌굴과 함께 국부좌굴이 내화설계의 주요 변수로 고려되어야 함을 시사한다. 하중비가 증가할수록 콘크리트저항구간이 줄어들면서 전체적인 내화시간이 감소하였다. 강재한계온도에 근거한 합성부재의 내화성능평가는 실제 하중지지력에 의한 내화시간에 비해 다소 보수적임을 확인하였고, 기존 연구자들의 제안식에 의한 성능예측결과도 실제 내화성능과 비교해볼때 개선의 여지가 있었다. 화재시 CFT 기둥의 내화성능을 예측하기 위하여 유한요소해석을 수행하였고, 실험결과와 비교할 때 신뢰성 있는 예측값을 나타냄을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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