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과제기본정보

콘크리트 충전강관(CFT)구조의 내화성능 설계기술 개발3년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 건설기술연구사업 과제번호 08CCTI-C043526-03
국가과학표준분류 1순위 건설·교통 | 유지 관리기술 | 건물화재안전 기술 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 실용화
3순위 None | None | None 과제유형 응용
과제명 콘크리트 충전강관(CFT)구조의 내화성능 설계기술 개발
주관연구기관 서울시립대학교 산학협력단
총괄연구 책임자 성명 최성모
소속 서울시립대학교 직위 교수
기관 대표번호 02-6490-6114 FAX 02-6490-5141
총 연구기간 2006-12-20 ~ 2009-12-16
당해연도 연구기간 2008-06-17 ~ 2009-12-16

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
3차년도 339,000,000 14,220,000 104,280,000 118,500,000 457,500,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 - 현재 강관콘크리트(CFT) 구조는 강관과 콘크리트의 장점을 극대화시킨 합성구조로 두 소재의 합성효과에 의한 강성, 내력, 변형, 내화, 시공성 등의 여러 측면에서 우수한 특성을 발휘하며, 경제성도 우수하고 범용성이 높기 때문에 중저층 건축에서부터 초고층 건축에 이르기까지 건축물의 용도와 무관하게 적용할 수 있으며 기둥단면의 최소화, 장스팬 등이 가능한 구조 부재임.
- 그러나 국내의 경우, CFT구조의 내화성능, 시공성, 경제성 등의 장점에도 불구하고 CFT 관련 내화성능 시험방법 및 성능기준 등이 불분명하여 현행 내화구조 인정제도로는 내화부재로서 현장에 적용되고 있지 못하고 있음.
- 따라서 본연구의 최종 목표는 성능적 내화설계에 기초한 CFT구조의 실증적 내화성능 평가 및 내화설계를 통해 인정된 내화부재로서의 현장 적용이 가능하도록 하는 국내 내화설계 기술 개발과 더불어 CFT구조 내화 관련 Code, 지침서 작성 등을 최종 목표로 함.
최종목표 본 연구는 CFT구조 부재의 내화성능 예측/계산을 위하여 구성재료의 열특성 DB 구축, 화재하중 및 작용하중 산정, 화재성상에 따른 화염의 분포, 화재시 CFT 구조부재의 온도 산정 및 CFT 구조부재의 붕괴온도를 실증적 내화실험 및 성능적 내화설계에 의해 예측계산하고 내화설계 사례분석을 통해 최적의 CFT구조 부재의 내화설계기술을 개발하고자 함. 또한 이와 더불어 CFT 내화설계기술의 국내 현장 적용 및 실용화를 위한 Code 제정, 지침 및 시방서 제정을 최종 목표로 함.
연구내용 및 범위 o CFT 구조부재의 내화성능 및 내화설계 기법의 문헌조사 및 분석
- 콘크리트와 강재의 열적/역학적 특성에 관한 국외 규준 및 기존 연구 조사
- CFT 적용 건축물별(주거시설, 업무시설, 판매시설 등) 내화설계 규준 및 기법 조사
o CFT구조 피복재 유무에 따른 내화설계 현황 및 건설사례 조사 및 분석
- 피복재 사용한 CFT구조의 내화성능설계 분석
- 무피복 CFT구조의 내화성능설계 분석
- CFT구조의 내화설계 적용 건설사례 조사 및 분석
o 내화성능 향상을 위한 새로운 CFT구조상세 적용 가능성 조사
- 내화성능의 목표치 설정
- CFT구조의 내화구조상세의 국외 사례 및 문헌 조사 및 분석
o CFT 구조부재의 구조성능 및 구조설계 기법의 문헌조사 및 분석
- CFT 적용 건축물별(주거시설, 업무시설, 판매시설 등) 구조설계 규준 및 기법 조사
- CFT 구조상세 및 구조형식에 따른 구조설계 규준 조사
o 최근 국내외 CFT구조의 건설현황 분석 및 건설사례 조사
- 건물 규모 및 구조시스템별 CFT구조 국내외 건설현황 분석
- 요구되는 재료(강재, 콘크리트)의 구조성능 분석
- CFT 구조의 국내외 건설사례 조사
o CFT구조 구성재료의 고온특성 DB 구축 및 통합, 열적 특성 평가실험
- 사용 재료별(강재, 콘크리트 등) 국외 고온특성 DB 구축 및 통합
- 화재온도별(20~1,000℃) 국외 고온특성 DB 구축 및 통합
- 물리적/역학적 특성별(비열, 열전도율, 열팽창율, 탄성계수, 압축강도, 항복강도, 응력/변형곡선 등) 국외 고온특성 DB 구축 및 통합
- 사용 재료(강재, 콘크리트)의 열적역학적 특성 평가 실험 통한 국내 재료의 DB 구축
o 재료 열전달해석 및 수치해석을 통한 CFT구조의 화재시 부재온도 산정
- 1차원 열전달해석
- 재료정수도출을 통한 국내 사용재료(강재, 콘크리트)의 열적 특성식 정립
- 해석모델 설정(열전도, 대류 열전달, 방사 열전달 등)
- 단부지지조건별, 하중조건별, 화재진행별 CFT구조의 온도 산정
o CFT구조의 구조성능 평가 및 분석
- CFT구조의 재료 단순인장/압축강도 실험 및 강관기둥의 구조성능 평가 실험
- 축소 CFT 구조의 구조성능 평가 실험
- 실대 CFT 구조의 구조성능 평가 실험
- 축소?실대 CFT 구조의 해석(ANSYS)을 통한 구조성능 평가
o CFT구조의 실증적 내화성능 평가 및 분석
- 화재시 CFT구조 단면 내 온도분포 평가 실험
- 축소 CFT구조의 내화성능평가 실험을 통한 내화성능 영향인자 분석
- 실대 CFT구조의 내화성능평가 실험
- 단부지지조건별, 하중조건별, 화재진행별 CFT구조의 내화성능평가 해석
o 국내외 적용 내화설계 사례 분석
- 건물 용도규모별 설계 사례 분석
- 적용 절차/사후 관리기준 정립
o CFT구조 구조부재 붕괴온도 산정
- 붕괴온도 산정을 위한 요소기술 정립(부재 단면형상, 열응력과 가력순서, 붕괴온도 등)
- CFT구조 붕괴온도 산정
○ CFT구조의 실증적 내화성능 평가 및 분석
- 실대 CFT구조의 실증적 내화성능 평가 실험
o CFT구조의 구조성능 평가 및 분석
- 실대 CFT구조의 구조성능 평가 실험
o CFT구조의 구조설계지침 개선안 제시
- size effect를 고려한 CFT구조의 구조성능 신뢰성 및 안전성 평가
- CFT구조의 구조성능설계식 정립
o CFT구조의 구조설계 사례 제시
- 충전강관 기둥 단면형상(원형/각형) 및 단면크기별 구조설계 사례
- 건물 용도규모별 구조설계 사례
o CFT구조 설계기준 제안 및 표준화, 내화성능설계 개발
- 적용범위, 적용재료, 적용기술
- 내화설계 지침서, 표준 Code 및 인증 추진
- size effect를 고려한 CFT구조의 내화성능 신뢰성 및 안전성 평가
- CFT구조 내화성능설계식 정립
o CFT구조 내화설계 사례 제시
- 충전강관 기둥 단면형상(원형/각형)별 내화설계 사례
- 콘크리트 강도별 내화설계 사례
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
3차년도 <내화분야> o CFT구조의 내화성능설계 개발 및 국내 제도 개선안 제시 <구조분야>
o CFT구조의 구조성능설계 개발 및 지침서 제시 		- CFT구조의 실증적 내화성능평가 및 분석
- CFT구조 구조부재 붕괴온도 산정
- CFT구조의 내화성능설계식 제시
- CFT구조 설계기준 제안 및 표준화, 인증추진
- CFT구조 내화성능 설계식의 신뢰성 및 안전성 평가
- CFT구조 내화설계 사례 제시
- 실대 CFT 구조의 구조성능 평가 실험 축소/실대 CFT구조의 해석(ANSYS)을 통한 구조성능평가
- CFT구조의 구조성능설계식 제시
- CFT구조의 구조설계지침 개선안 제시
- CFT구조의 구조설계 사례 제시
- CFT구조의 구조설계 사례 제시
연구성과 기술적 기대성과 - 성능적 내화설계 도입을 통한 낙후된 국내의 화재안전공학 기술의 선진국 수준으로의 제고
- 내화설계를 위한 소재, 설비, 부품 등 신기술 개발 및 관련 산업부문 활성화
- CFT기둥 내화실험/해석에 의한 성능검증 및 내화성능설계 개발에 따른 국내 기술력 확보
- 화재시 인명피해 감소를 위한 시설기준 제시
- 신구조 및 신공법에 대한 화재안전성 평가에 적용
- 개정된 국내 성능적 내화관련법규 근거에 대한 세부 운영지침 제시
- CFT기둥 구조실험 해석에 의한 성능검증 및 구조성능설계 개선/보완에 따른 국내 기술력 향상
사회 경제적 파급효과 - 내화성능이 확보된 CFT구조 적용에 따른 화재시 건축물 붕괴로 발생될 수 있는 인명 및 재산피해의 절감에 기여(인명피해 10％ 수준 절감, 재산피해 15％ 수준 절감)
- 성능적 화재안전설계기술 확보에 의한 대형 국가적 재해 방지
- 무피복 CFT구조 적용에 따른 내화피복비용 절감에 기여(약 70％ 절감)
- CFT구조의 내화성능 확보를 통한 현장 적용 활성화 및 수요 증가
- CFT구조 시공의 단순화로 시공현장의 작업환경 개선
- 고급 내화설계 기술 개발로 관련 기술의 선진화 추구
- CFT구조 내화설계 기준 및 제도 선진화 국제화
- 내화관련 산업부문의 국제적 인증 및 무역거래 확대 기여
활용방안 - 국내 CFT구조 및 내화설계 데이터베이스 구축 통합화(구조재료의 고온 특성값 설정 및 건축물 위험도 평가자료 활용)
- CFT구조 내화설계기법의 개발(내화설계기법 개발 및 보급)
- CFT구조 구조설계지침 제시(구조설계지침의 개선 및 보완자료 활용)
- CFT구조 내화설계법 및 제도개선방향 제시(제도 반영 추진자료 활용)
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 CFT구조 내화성능 성능적 내화설계 고온 구조안전성
영문 Concrete Filled Steel Tube Column Fire Resistance Fire Resistance Design Based Performance High Temperature Structural stability
최종보고서
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