Cowlard, Adam;Bittern, Adam;Abecassis-Empis, Cecilia;Torero, Jose L.
국제초고층학회논문집
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제2권1호
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pp.63-77
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2013
In any subject area related to the provision of safety, failure is typically the most effective mechanism for evoking rapid reform and an introspective assessment of the accepted operating methods and standards within a professional body. In the realm of tall buildings the most notable failures in history, those of the WTC towers, widely accepted as fire induced failures, have not to any significant extent affected the way they are designed with respect to fire safety. This is clearly reflected in the surge in numbers of Tall Buildings being constructed since 2001. The combination of the magnitude and time-scale of the WTC investigation coupled with the absence of meaningful guidance resulting from it strongly hints at the outdatedness of current fire engineering practice as a discipline in the context of such advanced infrastructure. This is further reflected in the continual shift from prescriptive to performance based design in many parts of the world demonstrating an ever growing acceptance that these buildings are beyond the realm of applicability of prescriptive guidance. In order for true performance based engineering to occur however, specific performance goals need to be established for these structures. This work seeks to highlight the critical elements of a fire safety strategy for tall buildings and thus attempt to highlight some specific global performance objectives. A survey of tall building fire investigations is conducted in order to assess the effectiveness of current designs in meeting these objectives, and the current state-of-the-art of fire safety design guidance for tall structures is also analysed on these terms. The correct definition of the design fire for open plan compartments is identified as the critical knowledge gap that must be addressed in order to achieve tall building performance objectives and to provide truly innovative, robust fire safety for these unique structures.
The purpose of this study was to improve the refuge safety area in the high-rise building type. Each simulation was conducted to evaluate the performance of three types in improving the refuge safety area. Targeting the first 63 floors (no refuge safety area), secondly, to target up to the $30^{th}$ floor (refuge safety area on the $30^{th}$ floor, $47^{th}$ floor) specified in domestic laws, and finally, the $20^{th}$ floor (evacuation safety area on the $20^{th}$ floor, $42^{th}$ floor) were considered as targets. Through this analysis, the following results were obtained : The floor for the refuge safety area through simulations showed that the evacuation time is low. It is necessary to improve the floor for the refuge safety area by using the characteristics of the domestic fire fighting vehicle. The first floor for the refuge safety area from the ground floor differs according to the distance and height of the building floor. However, in the case of a business facility it is 15F, and in the case of apartment housing, it is 20F.
Because of the high-rise and bigger building structure, high strength concrete's demand was increased. However, chemicophysical property of concrete is changed by high temperature. Therefore, this study evaluated on spalling properties of 80MPa high strength concrete with fireproof coating. The result, when complex fireproof coating spread on concrete, it has good fire safety that was thinner than single fireproof coating spread on concrete.
Ultra-high strength concrete and high tensile steel are becoming very attractive materials for high-rise buildings because of the need to reduce member size and structural self-weight. However, limited test data and design guidelines are available to support the applications of high strength materials for building constructions. This paper presents significant findings from comprehensive experimental investigations on the behaviour of tubular columns in-filled with ultra-high strength concrete at ambient and elevated temperatures. A series of tests was conducted to investigate the basic mechanical properties of the high strength materials, and structural behaviour of stub columns under concentric compression, beams under moment and slender beam-columns under concentric and eccentric compression. High tensile steel with yield strength up to 780 MPa and ultra-high strength concrete with compressive cylinder strength up to 180 MPa were used to construct the test specimens. The test results were compared with the predictions using a modified Eurocode 4 approach. In addition, more than 2000 test data samples collected from literature on concrete filled steel tubes with normal and high strength materials were also analysed to formulate the design guide for implementation in practice.
인간 생활을 보다 편리하게 하기 위하여 대형 빌딩, 복합상가, 대형 지하시설물 등을 포함한 최근 건물들은 점점 대형화 및 초고층화가 되어 가고 있는 추세이다. 그러나 초고층 건물들이 많이 증가할수록 화재 등 대형 재난에 대한 위험성도 점점 증가하고 있다. 특히, 초고층 건물에 화재와 같은 대형 재난이 발생할 경우에 재실자를 대상으로 신속하고 정확한 피난유도가 이루어지지 않는다면, 인명 피해는 상상 이상으로 엄청날 것이다. 따라서 건물 내부에 있는 재실자들이나 구조가 필요한 사람들을 대상으로 신속한 피난 유도 및 구조가 이루어져야 하며, 이를 위해서는 건물 내부에 있는 사람들의 규모와 위치 식별 및 파악이 선행되어야 한다. 이를 위하여 먼저 건물 내부의 재실자 파악을 위한 기존 위치추적기술에 대한 선행연구를 수행한다. 그리고 이를 기반으로 본 논문에서는 실제 재난 발생 시에 초고층빌딩을 대상으로 위치식별기술을 활용하여 실시간 인원수를 파악하여 밀집도를 개선하고 피난시간을 단축할 수 있는 방안에 대해 연구하고자 한다.
Facilities used by senior citizens, infants, and disabled people have characteristics that make it difficult to escape on their own or require a lot of evacuation time. Therefore, to ensure safety in case of fire, clear measures for securing safety of facilities, fire response methods, and training are required in accordance with the regulations. In case of postnatal care center facilities, newborn babies and mothers reside 24 hours a day, and as they are located in high-rise and multi-use facilities, measures for fire safety are necessary, but the domestic manual lacks. Accordingly, a field survey for security of the manual revealed that the establishment of awareness and facilities on temporary waiting areas and smoke control, which are easy for evacuation and fire safety, was a problem.
The stack-effect in high-rise buildings in winter causes many problems such as difficulties in opening or closing doors, infiltration, energy loss, noise and fire protection. Stack effect is influenced by temperature difference between the interior and exterior of building and the height of building. As an attenuation method for stack effect, the architectural methods are generally used. However, as though architectural methods were fully adopted, the problems are reported as ever in tall building. In this study, a new method to reduce stack effect will be suggested. As an active control method against the stack effect, E/V shaft natural cooling method is suggested. In this paper, the concept of E/V shaft natural cooling system and its reduction performance of stack effect by simulation and field measurement will be reported.
A simplified spring connection modelling approach for steel flush endplate beam-to-column connections in fire has been developed to enable realistic behaviour of connections to be incorporated into full-scale frame analyses at elevated temperature. Due to its simplicity and reliability, the proposed approach permits full-scale high-temperature frame analysis to be conducted without high computational cost. The proposed simplified spring connection modelling approach has been used to investigate the influence of connection ductility (both axial and rotational) on frame behaviour in fire. 2D steel and 3D composite frames with a range of beam spans were modelled to aid the understanding of the differences in frame response in fire where the beam-to-column connections have different axial and rotational ductility assumptions. The modelling results highlight that adopting the conventional rigid or pinned connection assumptions does not permit the axial forces acting on the connections to be accurately predicted, since the axial ductility of the connection is completely neglected when the rotational ductility is either fully restrained or free. By accounting for realistic axial and rotational ductilities of beam-to-column connections, the frame response in fire can be predicted more accurately, which is advantageous in performance-based structural fire engineering design.
건축물에서의 연기제어 시스템과 관련하여 국내에서는 거실에 대한 배연기준과 피난계단 및 부속실에 대한 제연기준이 제시되고 있으나, 대형화 고층화 복합화 되어가는 첨단 건축물에 대한 적용성을 검토하면 국내 설계기준에 따른 연기제어 시스템은 화재시 연기안전을 확보하기 곤란할 수 있다. 따라서 대형 고층 복합의 첨단 건축물에 대한 화재시 연기안전성을 높이고 화재와 건축물 특성에 따른 상호 연기제어 연계성 확보와 통합적 설계가 가능한 성능위주 연기제어의 적용이 요구된다. 본 논문에서는 국내 연기제어 기준을 분석하고 개선이 필요한 부분을 제시하였으며, 선진외국에서의 성능위주 설계 수행에 대한 법체계와 성능위주 연기제어 설계의 지침을 조사하고 분석하였다.
To ensure that fire induced collapse of a building is prevented it is important to understand the sequence of events that can lead to this event. In this paper, the initiation of collapse mechanisms of generic a multi-storey steel frame subjected to vertical and horizontal travelling fires are analysed computationally by tracking the formation of plastic hinges in the frame and generation of fire induced loads. Both uniform and travelling fires are considered. In total 58 different cases are analysed using finite element software LS-DYNA. For the frame examined with a simple and generic structural arrangement and higher applied fire protection to the columns, the results indicate that collapse mechanisms for singe floor and multiple floor fires can be each split into two main groups. For single floor fires (taking place in the upper floors of the frame (Group S1)), collapse is initiated by the pull-in of external columns when heated beams in end bays go into catenary action. For single floor fires occurring on the lower floors(Group S2), failure is initiated (i.e. ultimate strain of the material is exceeded) after the local beam collapse. Failure in both groups for single floor fires is governed by the generation of high loads due to restrained thermal expansion and the loss of material strength. For multiple floor fires with a low number of fire floors (1 to 3) - Group M1, failure is dominated by the loss of material strength and collapse is mainly initiated by the pull-in of external columns. For the cases with a larger number of fire floors (5 to 10) - Group M2, failure is dominated by thermal expansion and collapse is mainly initiated by swaying of the frame to the side of fire origin. The results show that for the investigated frame initiation of collapse mechanisms are affected by the fire type, the number of fire floors, and the location of the fire floor. The findings of this study could be of use to designers of buildings when developing fire protection strategies for steel framed buildings where the potential for a multifloor fire exists.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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