강구조(철골)공사 - 내화피복

강재는 역학적 성질이 매우 우수하지만 단점도 있습니다. 강재에 열에 약해서 고온이 되면 역학적 성능이 떨어지고 대기 중에서 쉽게 부식됩니다. 따라서 강재를 구조 재료로 쓰려면 이 약점에 잘 대처해야 합니다.

강재의 열적 특성

강재는 상온에서 역학적 성능이 매우 우수하지만 온도가 올라가면 이 성능이 유지되지 않습니다. 그래프를 보면 상온 상태를 기준으로 각각의 역학적 특성이 온도에 따라 어떻게 변화하는지 보여주고 있습니다. 강성과 항복강도는 온도가 올라감에 따라 감소하는 경향을 나타내고 500℃를 넘어서면 급격하게 감소하는 경향을 보입니다.

 

인장강도는 강성이나 항복강도와는 다르게 변화합니다. 온도가 200∼400℃ 정도인 청열상태(강재의 표면이 파랗게 변한다고 해서 청열상태라고 합니다.)에서는 상온보다 높은 인장강도를 보입니다. 이 청열상태에서 강재를 가공처리하는 것은 어리석은 일이겠죠? 

500℃를 넘어서면 급격히 낮아지다가 1,000℃ 정도가 되면 0이 됩니다. 따라서 강재를 가공할 때는 청열상태에서 무리하게 가공하기보다는 인장응력이 0에 가까운 고온 상태에서 압연(열간압연)하는 방식으로 강재 제품을 생산합니다. 

그래프를 보고 알 수 있는 것처럼 인장강도나 강성, 항복강도는 강재의 온도가 500℃를 넘어섰을 때 급격하게 저하되는 특성을 보입니다. 따라서 화재가 발생했을 때 강재의 온도가 올라가지 않도록 내화피복을 해야만 합니다. 내화 피복은 정해진 시간 동안 한계온도인 538℃를 초과하지 않도록 제어하는 방식입니다. 

 

내화구조의 성능기준

내화 구조의 성능 기준에서는 시설물의 용도와 규모, 그리고 구조 부재의 종류에 따라서 내화 성능 기준(아래 표 참조)을 정하고 있습니다. 아래 표는 시간을 기준으로 하고 있습니다. 앞에서 말씀드린 것처럼 만일 화재가 발생하더라도 이 표에서 정해진 시간동안은 한계온도인 538℃를 초과하지 않도록 만들어야만 한다는 뜻입니다. 

 

구성 부재 용도				벽						보 ‧ 기둥	바닥	지붕
				내벽			외벽
				내 력 벽	비내력벽		내 력 벽	비내력벽
용도 구분	용도 규모
					연소 우려 有	연소 우려 無		간막이벽	샤프트실 구획벽
	층수	최고 높이 (m)
일반 시설	12	50	초과	3	1	0.5	3	2	2	3	2	1
			이하	2	1	0.5	2	1.5	1.5	2	2	0.5
	4	20	이하	1	1	0.5	1	1	1	1	1	0.5
주거 시설	12	50	초과	2	1	0.5	2	2	2	3	2	1
			이하	2	1	0.5	2	1	1	2	2	0.5
	4	20	이하	1	1	0.5	1	1	1	1	1	0.5
산업 시설	12	50	초과	2	1.5	0.5	2	1.5	1.5	3	2	1
			이하	2	1	0.5	2	1	1	2	2	0.5
	4	20	이하	1	1	0.5	1	1	1	1	1	0.5

 

예를 들어 6층 주거시설 6층에 있는 보와 기둥은 2시간 내화 성능을 확보해야 합니다. 모든 화재를 견딜 수 있도록 부재를 보호하기는 어렵기 때문에, 사람들이 대피하기에 충분하 시간적 여유를 확보하는 수준으로 부재를 보호한다고 볼 수 있습니다.

 

내화피복

아래 그림처럼 H형강을 중심으로 주변에 철근을 배치하고 콘크리트를 타설하는 합성구조(SRC; Steel framed Reinforced Concrete)는 강재를 콘크리트로 피복함으로써 내화구조에 대응할 수 있습니다.

이처럼 화재가 발생했을 때 기둥이나 보를 구성하는 강재의 온도가 한계온도에 도달하지 않게 하려면 강재를 단열재로 감싸는 것이 효과적이라고 할 수 있습니다. 

 

일반적으로 많이 사용하는 방식은 암면과 시멘트를 섞어서 표면에 뿜칠하는 방법입니다. 암면은 단열재로도 많이 사용되는 재료입니다. 이 암면이 강재에 붙을 수 있도록 시멘트와 물을 섞어서 뿜어주는 방식입니다. 

 

아래 그림은 (주)성현캐미컬(http://www.hicote.net/pds/cons.php)에서 생산하고 있는 하이코트 제품의 카탈로그를 발췌한 것입니다. 

제품이 물성(밀도, 부착강도)에 대한 설명과 함께 보와 기둥부재의 내화시간에 따라 뿜칠해서 발라야하는 피복두께값이 제시되어 있습니다. 따라서 필요한 내화성능을 확보하려면 제시된 밀도로 필요한 두께만큼 시공되어야만 합니다. 

 

내화피복 검사

아래 사진은 내화피복을 시공한 후에 두께를 측정하는 사진입니다. 35mm정도 두께라는 것을 알 수 있습니다. 

 

 

두께 검사뿐 아니라 적절한 밀도로 시공되었는지 밀도를 체크해야 합니다. 특히 건식의 경우 두께는 맞아도 부피와 비중이 맞아야 합니다.
밀도 검사는 넓은 평판에 견본뿜칠(350mm X 350mm )을 한 후, 양끝을 잘라내고 100mm 각의 시료를 만들고 9개를 잘라 비중을 측정합니다. 

 

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