1. 서론

일정규모 이상의 방화대상물에는 소방법령에 따라 소방용 설비 등의 설치 및 유지의 의무가 부과되어 있으며, 소방용 설비 등의 설치 및 유지에 관한 규정 중 하나로서 소방법 시행규칙 제12조 제1항 제9호에 “저수조, 가압송수장치, 비상전원, 배관 등에는 지진에 의한 진동 등에 견디는 유효한 조치를 강구할 것.”(“소화설비 배관 등의 내진기준”)이라고 정성적 기준이 규정되어 있다. 그러나, 구체적인 내진조치에 대하여 명확화되어 있지 않으며, 현재의 소화설비 배관 등의 내진기준은 “건축설비 내진설계, 시공지침”(일본건축센터), 관계 공업회 등이 자주적으로 정한 기준을 참고로 하여 운용하고 있다.

2. 소화설비 배관 등의 내진 안전성의 생각방식

(1) 소화설비 배관 등의 지금까지 내진대책

미야기현 앞바다 지진과 효고현 남부지진을 계기로 건축설비기기 등의 내진 안전성에 관해서는 각종 지침이 정리되어 왔다. 건축설비 내진지침에서는 건축설비기기, 배관 등을 대상으로 하여 각종 장치기기의 연결, 설치부와 배관 등을 대상으로 국부진도법(局部震度法)에 의한 내진설계방법이 제시되고 있다.

국부진도법에서는 대상이 되는 설비기기의 응답배율과 지진 후의 용도에 따라 설정된 “건축설비기기의 내진등급”에 따라 설계용 표준진도를 선정하고, 설계용 지진력을 할증하는 방식이 채용되고 있다. 또한, 건축설비의 내진설계 시공법에서는 건축설비의 내진계획에 있어 개개의 설비기기, 배관 등 연결상의 지지, 고정에 관한 내진성능뿐만 아니라, 건축설비 전체에서 종합적인 내진성능을 고려하는 것이 중요하다는 것을 주장하고, 건축설비를 시스템으로서의 중요성을 나타내고 있다.

(2) 소화설비 배관 등 앞으로의 내진대책의 기본적 생각방식

소화설비는 일부의 건축설비와는 달리, 지진직후에도 건축물이 건전한 상황에서는 그 기능유지와 기능복구가 용이하지 않으면 안 된다. 특히, 지진직후의 화재 확대방지라는 관점에서 생각하면, 스프링쿨러 설비 등의 자동 소화설비는 대규모지진에서도 기능유지가 요구된다. 본 연구는 과거 건축설비 등에 관한 내진지침을 답습하면서 소화설비 배관 등이 지진 후에 기능유지 또는 다소의 손상이 있어도 쉽게 복구 가능하도록 필요한 시스템으로서 내진안전성 향상에 필요한 생각방식에 대하여 새롭게 정리하였다.

(3) 대상이 되는 소화설비 배관 등

소화설비는 복수의 구성요소가 상호 조합된 시스템으로서 기능을 유지하고 있다. 특히 스프링쿨러 설비 등의 자동소화 설비는 건축물과의 관련성도 높고, 요구되는 내진안전성도 높다. 따라서, 본 연구에서는 대상으로 하는 소화설비 배관 등을 자동소화 설비의 2개로 분류하고, 자동소화 설비를 중심으로 내진안전성을 정리하였다.

(4) 자동소화 설비의 내진안전성에 관한 요구 성능

소화설비에 요구되는 내진안전성은 건축물을 사용할 수 있는 상황에서는 기능유지가 기본이다. 특히 스프링쿨러 설비 등의 자동소화 설비는 대규모 지진직후에도 손상되지 않고 기능을 유지하는 것이 바람직하다. 한편 대규모 지진직후의 공설소방을 기대할 수 없는 상황에서는 연결송수관이 반드시 기능이 유지되지 않아도 좋다고 생각된다. 즉, 같은 소화설비에서도 그 기능과 중요성에서 요구되는 내진안전성이 다르다고 생각된다.

3. 소화설비 배관 등의 내진 설계 수법

1981년에 실시된 “신내진설계법” 이전의 일반 건축설비는 기초볼트(anchor bolt)의 설치가 없는 경우도 있으며, 단지 바닥에 있었던 것처럼 내진성이 낮은 상태였다. 그 때문에 우선은 설비기기의 내진지지, 고정을 제일로 중시하고, 지지, 고정되면 큰 손상은 발생하지 않으며, 복구에 필요한 시간은 적게 되므로 건축물의 지진응답을 고려한 정적 진도법에 기초한 설계, 시공지침이 작성되고, 배관 등의 내진조치도 포함된 “신내진설계법”이 실시되었다.

“신내진설계법”에는 옥상에서 돌출된 수조 등 배관설비, 엘리베이터 등의 건축설비에 관한 내진규정이 설정되었으나, 효고현 남부지진의 피해상황을 고려하여, 실무적 관점에서 설계용 지진입력을 간략화하고, 국부진도법에 의해 입력을 산출하는 것으로 하여, 허용응력도법으로부터 내력을 검정하는 방법으로 각 기기에 대하여 구체적으로 설계계산, 판정계산을 수행하도록 한다. 또한, 배관 등에 대해서는 내진지지 부자재의 선정이 배관형성과 질량에 따라 쉽게 수행할 수 있도록 배려된다.

4. 지진에 의해 상정된 피해

지진에 의해 상정된 피해는 과거에 발생한 지진피해에 대하여 조사된 각종 “피해상황 등 보고서”을 참고하여 발생한 피해=상상된 피해로서 정리하였다. 지진재해에 의한 소화설비 배관 등의 피해는 그 지진의 규모, 진원지, 진원의 깊이 등에 의해 다르며, 또한 하나의 지진재해에 대해서도 조사를 한 시기와 조사자가 다르면 피해상황의 보는 시각과 피해의 발생원인 분석도 달라진다.

각종 피해상황 등 보고서의 피해상황은 건축물의 용도별, 또는 소방용 설비 등의 종류별로 피해건수를 정리는 것이 있으나, 본 장에서는 다음 사항을 고려하여 배관계 및 기기류계에 구분하여 그 중에서 부위별로 피해상황을 정리하였다.

■ 소화설비 배관 등의 내진설계의 지침 및 유효한 내진조치에 반영한다.

■ 건축설비의 피해이지만, 소화설비 배관 등에도 일어날 수 있을 것으로 생각되는 피해도 포함한다.

■ 피해가 발생한 원인(추정을 포함)과 대책을 가능한 범위에서 망라한다.

5. 소화설비 배관 등의 부위별 내진 조치

(1) 배관계

배관계는 자동소화 설비에서 내진등급 S대응, 그 외 소화설비에서는 시설에 적합한 내진등급 대응의 내진지지를 적용하고, 지진에 의한 건축물의 변위 및 배관본체 등의 과대한 흔들림에 의한 손상을 방지한다. 내진지지재는 건축물 구조체를 이용하여 견고하게 지지, 고정한다.

(2) 기기류계

기기류계는 기기류 본체의 내진성이 충분히 담보되는 것을 전제로 한다. 건축설비의 내진설계시공법(1997년 8월(사)공기조화위생공학회)에서는 기기류의 내진조치의 기본사항으로서 건축구조체로의 고정과 상대변위량에 대한 추종성 확보로 한다.

(3) 기초, 기초볼트(anchor bolt)계

기초볼트의 선정과 지진 시에 이동하지 않는 기초구조 및 방진기초의 스토퍼 선정에 대해서는 건축설비 내진지침 및 가스계 소화설비의 내진조치 방식 검토보고서(1999년 10월 (사)일본소화장치공업회)를 참조하여 시공한다. 또한, 기초볼트의 선정에 있어서는 내구성의 관계에서 특히 지정이 없으면 스테인레스망을 사용함과 동시에 시공 기초볼트에는 암나사형과 숫나사형의 종별이 있으며, 빼는 힘에 큰 차가 있는 것에 유의한다.

(4) 단말부계

단말부계에 해당하는 것은 수(水)계 소화설비에서는 스프링쿨러 헤드, 거품헤드, 소화전박스 및 방수구이나, 소화전 박스와 방수구는 내진조치로 공통점이 많으므로 소화전 박스로 대표적으로 나타냈다. 또한, 가스계 소화설비의 단말부계는 분사헤드, 조작박스, 음향경보장치 및 표시등이나, 어느 쪽도 경량의 기기이며, 그것들의 내지조치는 공통한다.

6. 비구조 부자재 등과 스프링쿨러 헤드의 피해방지 관계

천장면에 설치하는 스프링쿨러 헤드와 벽면에 설치하는 벽걸이형 옥내 소화전 박스 등은 비구조 부자재의 구조 및 내진성능에 의존하고 있는 것이 크다. 효고현 남부지진 등의 스프링쿨러 헤드의 손상은 천장 낙하에 동반되는 헤드가 손상되어 물건을 빼내면 천장 마감재료와 배관에 접속된 스프링쿨러 헤드의 흔들림 방식의 차이에 따라 천장재에 돌출하여 감열부가 손상된 예가 많다고 보고되었다.

또한, 옥내 소화전 박스에서는 내진조치가 되어 있지 않은 잡벽(雑壁)의 소화전 박스가 변형된 예가 보고되고 있다. 천장과 벽의 내진성능에 관해서는 건축분야에서의 연구가 추진되고 있으며, 여기서는 최근 많이 설치되고 있는 함몰형 스프링쿨러 헤드의 설치에 관한 내진성능에 대하여 두 가지 보고서에서 인용하였다.

7. 초고층 건축물에 설치하는 소화설비 배관 등의 내진 조치

초고층 건축물의 건축설비(방재설비를 포함) 내진의 안전성에 관한 기준은 명확화 되어있지 않았으며, “장주기 지진동과 건축물의 내진성”(일본건축학회, 2007년 2월)에는 “초고층 건축물의 건축설비 내진설계의 제언”으로서 하나의 안이 기술되어 있다.

“장주기 지진과 건축물의 내진성 IV. 피난계획과 비구조 부자재 4.4 초고층 건축물의 건축설비 내진설계의 제언”에서 발췌요약 건축설비의 기능확보로 설비기기, 배관류의 지지, 고정 등의 설비 내진대책상의 조치가 취해져 있으며, 설비시스템의 신뢰성 향상이 도모되고, 확실히 시공되어 있다는 것을 조건으로 중요설비의 기능확보(지지발생 후의 부분피해에 대해서는 복구를 예상한 응급적, 긴급적 대응 대책과 응급수리 대책을 준비)가 도모된다는 것이 중요하며, 이를 목표로 한다.

8. 마무리

(1) 소화설비는 지진 등의 재해 시에 기능을 유지할 필요가 있으므로 설비 시스템의 내진성능의 확보가 중요하다. 또한, 2차 피해의 방지라는 관점에서 기기의 부착강도, 배관 등의 내진흔들림 방지지지, 배관과 기기의 접속방법, 기초볼트의 성능, 내진 지지간격의 사용 등이 중요하다.

(2) 소화설비의 기능유지를 위해서는 시스템으로서의 기능유지가 중요하며, 전원계와 통신계의 기능유지도 중요한 과제이다. 앞으로는 전기설비의 내진성과 케이블 등의 내진성에 대해서도 검토할 필요가 있다.

(3) 소화설비의 내진성능에 관해서는 “소화설비 배관 등의 내진안전성의 방식” 및 “소화설비 배관 등의 내진설계방법”에서 기본사항을 제언하고, “지진에 의해 예상되는 피해” 및 “소화설비 배관 등의 부위별 내진조치”에서 피해실태를 분석하며, 진동실험결과를 토대로 개개의 내진조치에 대하여 제언하였다.

(4) 건축비구조 부자재와 소화설비의 관계 및 초고층 건축물에 설치하는 소방용 설비의 내진성능에 관해서는 건축분야에 영향을 주는 부분이며, 앞으로 검토해야 것으로 생각된다.

이상의 과제를 참고하여 “소화설비 배관 등의 지진에 의한 진동 등에 견디기 위한 유효한 조치”의 구체적 방법을 계속하여 연구할 필요가 있다.

▣ 원문제목 : 高層建築物に設置する消火設備配管等の耐震基準に関する研究