| 연구개발개요 |
- 비대칭H형강을 활용한 합성보는 1990년대 초반부터 유럽의 주요 선진국에서 많은 관심을 갖고 개발하여 온 건축구조물의 한 형태임. 본 연구는 비대칭 H형강이 부분적으로 콘크리트 슬래브에 매립된 합성보가 형상측면에서 내포하고 있는 화재에 대한 성능적인 기본 장점을 깊은 춤 슬래브와 연동하여 시너지 효과를 극대화시켜 형성하고, 이를 기반으로 화재조건 및 구조측면의 강성에 장점이 있는 성능기반 합성플로어시스템 내화설계 요소기술 개발에 관한 연구임.- 비대칭H형강을 활용한 합성플로어시스템이란 현대제철에서 생산중인 ASB와 deep steel decking을 활용하여 구성하는 합성구조 시스템으로 상부플랜지 보다 하부 플랜지가 110mm 큰 H형강으로 층고절감 공법의 일종인 합성플로어 바닥 보 전용 형강을 활용한 합성 구조임.- 본 연구에서 개발하고자 하는“비대칭 H형강 합성플로어 성능기반 최적화 내화설계 요소 기술”이란 2006년부터 허용되고 있는 구조물 내화성능설계(KS2848) 기법을 실제 합성플로어시스템에 적용하기 위하여 관련선진국(영국, 유럽)의 내화 설계 기준인 BS 5950과 Eurocode4 기준을 준용하여 합성플로어시스템의 내화성능평가 및 고도화 연구를 수행하고, 이를 기반으로 국내 실정에 적합한 합리적 내화설계 기준방안 및 경제성을 고려한 최소요구피복 도출과 최적 내화성능 확보방안 제시를 마련하는 연구임. - 최근의 건설 사업은 생산성 향상 / 자원재활용 / 공장 생산에 의한 품질 확보 / 시공 안정성 확보 방안들에 대한 해결방안이 당면과제로 부각되고 있으며, 이에 따른 신 건설 공법에 대한 개발 추진을 기반으로 하여 공간의 가변성 / 구조의 안전성 / 내구성 / 시공 편리성 / 재활용이 가능한 환경 친화특성과 설계 융통성이 큰 장지간 구조가 가능한 합성구조물 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있음. - 이중에서 합성 철골 구조물의 큰 단점중의 하나인 층고 문제를 보완한 합성 플로어 시스템의 개발을 통해 층고감소를 기반으로 도심 건축물의 최대 10% 내외의 연면적 증가효과와 각종 내 / 외장재의 절감 및 자원의 절약 / 폐기물 감소효과 등의 장점을 포함하고 있는 층고절감형 합성 바닥판(합성 플로어 시스템)공법 개발이 진행됨. 그러나, 국내에 적용된 합성플로어 시스템은 "콘크리트에 데크 플레이트와 H형강을 인입하여 내화 피복을 생략하거나 최적화 할 수 있다"는 선진외국의 기본연구결과를 국내 실정을 고려하지 않은 상황에서 그대로 준용하였으며, 국내 실정에 적합한 고온 영역 하에서의 합성플로어 시스템의 화재 영향성에 대한 전반적인 검토 및 평가관련 연구는 전무한 현실임.비대칭 H형강을 활용한 합성플로어 시스템을 사용하는 관련선진국의 경우에는 다양한 단면형상의 고강도 강재를 주요 구조용 보로 사용하며, 춤이 깊은 데크플레이트, 중공 콘크리트 또는 H형강 등을 보조 보로 구성하고 있기 때문에 보통 콘크리트와 SS400강재의 한정된 단면형상을 사용하며 심화 화재영향 연구가 미흡한 국내의 조건에 대한 심도 있는 연구가 필요함.합성플로어 시스템은 표준화재 곡선(ISO Fire Curve 또는 Parametric Fire Curve)을 기준으로 하여 고온상황에서의 다양한 단면형상의 열전달 실험과 FE해석(피복영향 포함)을 수행 및 다양한 재하조건에서 합성구조물의 거동분석 실험과 FE해석을 통하여 수행하여 합성시스템의 전반적인 내화거동 향상방안을 최적단면형상제안과 최적피복적용으로 제안하고 중-장지간 합성플로의 내화거동을 수치해석방법으로 증명함. 본 연구의 성과는 국내에서 허용은 되어 있으나 기반설계기법 및 해석기술의 미비로 적용에 어려움을 겪고 있는 성능기반 구조물 내화설계법의 활용방법을 화재조건에 강점이 있는 구조물인 비대칭H형강과 다양한 연동 테크플레이트를 생산중임에도 적절한 적용을 하지 못하고 있는 기업과 연계하여, 관련 선진외국기술을 기반으로 국내의 기반연구를 한 차원 발전시키면서, 기업의 마케팅에 적절한 활용이 가능하여, 도입된 설계법의 현장 적용방법을 설명할 수 있는 훌륭한 pilot 연구 과제로 판단됨.
|
| 최종목표 |
화재안전 성능기반 구조물 내화설계(KS2848)의 허용이후 관련 설계기법 및 기반연구의 미비로 현장적용의 어려움이 발생함. 이에 구조적으로 강한 내화성능이 내재되어 있으나 심도 있는 연구의 미비로 이러한 장점이 충분히 활용되지 못한 비대칭H형강과 데크플레이트를 활용한 합성플로어시스템의 화재안전 성능기반 선진화 연구를 통하여 성능기반 내화설계법을 제시를 기반으로 제품화 및 실용화 기술력을 향상시킴.본 연구는 다양한 요소기술(비대칭H형강활용 합성보의 최적화단면형상 개발, FE해석기반 다양한 합성구조물 내화거동 해석 및 설계 기법 개발, 내화피복 고온물성 및 성능향상연구, 실무적용 구조물 성능기반 최적내화설계지침)을 포함함으로서, 연구대상 구조물이 과학적 & 합리적으로 화재안전이 증명됨과 동시에 경제적인 최적화 설계 및 시공을 가능하게 하며, 유관업체(철강&피복업체)의 현장적용 기술력 향상을 추진하여 국내 피복업체의 제조기술력향상, 고품질내화도료피복제품 출시의 기반을 마련함.
|
| 연구내용 및 범위 |
1. 비대칭H형강 활용 합성보의 최대내화강성확보를 위한 최적화단면형상 연구화재조건에서 구조물 단면의 온도상승은 화재에 대한 노출 단면적 대비 전달된 열량을 흡수할 수 있는 체적의 비율을 기반으로 분석이 가능하며, 이러한 형상비가 크면 단면의 온도상승이 빨라지며 적으면 그 반대가 된다. 합성보에서 콘크리트는 강재보다 그 열전달 속도가 현저히 낮으므로, 이러한 관련 열역학적 특성과 재료의 고온물성특성을 기반으로 합성보의 형상을 심도 있게 연구하면 국부 단면이 매립된 비대칭H형강 활용 합성보에서는 화재조건에서 매립된 강재의 강성저하를 최소화 한 경제적인 구조물 내화설계기법의 도출이 가능함. 2. 구조물 화재거동FE해석 및 설계기법제시 - 보 및 슬래브 구조물 화재거동 성능실험은 인증시험용인 4.2m이상의 부재에서는 막대한 연구비의 투자 없이는 현실적인 어려움이 상존함. 이러한 문제를 극복하기 위한 성능기반설계기법 개발을 위하여 관련선진국에서는 중장지간 보 및 슬래브 구조해석과 3D 실대형 구조물 내화설계를 기반으로 FE해석기법 개발을 위한 연구 분석을 수행하고 있음. 이러한 상황에서 국내성능기반설계를 가능하게 하고, 국가경쟁력확보 및 기술자립화를 고취하기 위해서는 현장실무에 적용할 수 있는 설계지침서 제시를 위한 관련 내화설계 기술개발이 필요하다 판단됨. 3. 비대칭 H형강 및 깊은춤 3D 합성플로어시스템 최적 모듈화 내화설계기법 제시 지난 20년간 내화구조 연구분야 관련선진국의 연구동향은 구조물 붕괴를 위협하는 기둥의 내화피복 설계는 보수적인 방향으로 수행하고 있으며, 상대적으로 화재구획보전이 주 목적인 보 및 3D 플로어는 경제적/합리적인 최적 내화피복 설계기법의 개발로 그 연구 방향이 추진되고 있음. 국내에서도 화재조건에 구조적으로 장점이 있는 비대칭 H형강 및 다양한 형상의 데크플레이트가 이미 시판중이므로 이러한 구조체를 조합한 3D 합성플로어시스템의 성능기반 내화설계기준을 마련하여 관련 분야의 시장을 확대하고 건설기술 선진화 및 국제화에 기여할 수 있다고 판단됨. 4. 내화피복의 고온물성 분석 및 성능고도화 연구 성능기반구조물 내화설계에서 기존의 사양적 방법과의 주요 차이점중의 하나는 내화피복의 최적화 적용이 가능하다는 점임. 기존의 국내 내화피복성능평가가 열전도 성능평가에만 치중된 것과는 다르게 고온거동에 대한 적절한 거동성능 검증이 필요함은 주지의 사실임. 이러한 상황에서 영세한 국내 피복업체를 위하여 연구 기반이 있는 국가인증기관이 본 과제를 기반으로 고온물성의 분석을 토대로 한 성능향상 최적 피복설계기법과 성능고도화 기술의 지원이 국익차원에서 필요하다고 판단됨.5. 구조물 및 내화피복의 화재성능기준 제시 성능기반 설계는 정확히 제시된 목표 성능기준을 다양한 설계방법으로 만족시키는 것이 그 기법의 근간을 구성하고 있음. 그러나 현재 국내 내화성능설계에서는 구조물의 거동기준 및 내화피복의 성능기준이 적절하게 제안되지 있지 못한 실정임. 본 연구에서 다양한 피복조건의 합성구조에 대한 화재조건실험 및 수치해석을 통한 거동 분석, 관련선진국의 비교연구를 기반으로 국내에 도입된 성능기반 내화설계의 주요한 요소인 화재조건 합성구조물의 내화피복 화재성능기준(안) 제시를 목표로 함. 6. 구조물 성능기반 내화설계 적용기법 및 지침(안) 제시. 성능기반 구조물 내화설계기법이 허용되어 있음에도 국내의 기반연구 및 설계기술의 미비로 그 적절한 활용에 어려움이 상존하는 실정임. 이러한 상황에서 본 과제와 같은 최적화 및 설계지침을 제안할 수 있는 연구는 현재 건설분야의 다양한 기업들이 요청하는 실용설계기술로의 적용이 직접적으로 가능하고, 다른 형태의 유사 구조체에 적용 될 수 있기 때문에 파급효과가 막대하리라 예상됨.
|
이 누리집은 대한민국 공식 전자정부 누리집입니다.
