건축방재 9주차.pdf

(1)

화재가

건축물에

미치는

영향

목조건물

• 목재로 지어진 건축물은 미관상으로는 뛰어나나 화재가 발생하면 화재는 급속하게

확산 진행 - 전소 되었을 경우 재사용이 불가능

• 목조건물 화재는 육안으로 쉽게 붕괴의 조짐을 확인할 수 있어 조금만 주의를

기울이면 소방대원의 안전에는 별 문제가 없으나 그러나 화재가 전체적으로

확산되었을 경우에는 붕괴에 대비 현장 지휘관은 일단 대원들의 안전을 위하여

대원들을 밖으로 철수 시킨 뒤 상황을 정확히 판단하여 재진입여부를 결정하여야

(2)

화재가

건축물에

미치는

영향

철근 콘크리트조 철골조

• 내화 피복을 사용하고 있어 어느 정도는 불로부터 구조물을 보호할 수 있으나

• 피복의 두께, 화재의 온도, 화재의 노출 시간에 따라 구조물을 보호해 주는데 한계가 있다

• 동절기에는 차가운 온도로 인하여 수축되어 있던 건물이 화재가 발생하게 되면 온도로 인해

다시 팽창하게 되고 화재를 진화 후 다시 원래대로 돌아오는 과정에서 건축물에 변형이

온다는 점에 주의해야

• 화재온도가 300℃정도로 진행되었을 때에는 콘크리트의 강도나 탄성계수는 미미한 변화에

그치나 500℃이상으로 진행되면

콘크리트의 강도가 반으로 줄게 되며

콘크리트 의 탄성계수도 반 이하로 줄게 된다.

탄성계수가 반으로 된다는 것

보와 바닥판의 처짐이 2배 이상 증가하여

보에 균열이 생기거나 바닥이나 천정에 처짐

현상이 일어나 그만큼 진압 및 구조 활동을

하는데 있어 위험성이 많음

10개 층을 지지하고 있는 기둥이 5개층

정도만 지지할 수 있다는 것을 의미

-심각한 피해가 예상

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화재가

건축물에

미치는

영향

노후건물

• 노후건물일수록 콘크리트가 부식되거나 주요 구조부에 균열 현상이 진행되고

있어 구조물의 변형이 있을 수 있음.

• 오래된 건물일수록 콘크리트의 강도가 약해지고 열에 견디는 힘이 약해 화재발생시 붕괴의

우려가 높음

(4)

화재 시

온도에 따른

콘크리트의

변화

콘크리트내의수산화칼슘(CA(OH)2)가열분해되어알칼리성소실로철근의 방식능력저감으로내구성현저히저감. 가열에의한강도저하정도가50%로나타남 500℃이상 1200℃이상 _{콘크리트 용융} 1000℃ ~ 1200℃ 내화구조 건축물 화재최성기 / 15 ~ 25mm 깊이 손상유발 / 용융 시작 600℃ ~ 800℃ 시멘트 페이스트 수축 및 골재파열. 강도저하정도 약 80% 100℃이상 자유공극수 방출 400℃이상 화학적 결합수가 방출-폭렬현상 300℃이상 _{콘크리트 중의 시멘트수화물이 화학적으로 변질} 100℃ ~ 200℃ _{물리적 흡착수가 방출되어 콘크리트가 수축. 안전성은 확보됨}

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육안으로

화재의

온도

판단방법

콘크리트 표면이 그을음 정도만 남아있는 경우 - 화재가 300℃ 미만으로 진행됨 구조물의 변형이나 피해가 거의 없어 진압 및 구조 활동을 하는데 있어 어려움은 없으나 연기가 많이 발생하여 시야가 잘 보이지 않으므로 추락 및 전도에 대비, 보행을 하는데 있어 주의 요함《예 : 지하실 화재》 콘크리트 표면이 핑크색으로 변해 있는 경우 - 화재가 300℃에서 600℃ 사이에서 진행됨 이때에는 콘크리트 표면이 급격한 온도차에 의해 타일 등이 떨어져 나가는 박리현상이나 폭렬현상이 나타나며 유리창이 파열되어 튕겨져 나감 - 진압 및 구조 활동을 함에 있어 파편이나 낙하 물에 주의하여 활동하여야 함 콘크리트 표면이 회백색으로 변한 경우 - 화재가 600℃에서 950℃ 사이에서 진행됨 천정에 처짐 현상 및 균열이 생기는 등 건축물의 변형을 가져오며 현장 지휘관은 진압 및 구조 활동을 함에 있어서 세심한 주의를 기울여야 하고 구조물의 상태에 따라 계속 작업을 할 것인가 철수할 것인가 판단을 잘 하여야 함 《예 : 홍제동 참사》 • 2001. 3. 4. 발생, 소방공무원 6명 사망 3명 부상 • 지하1층 지상 2층 양식 벽돌조 • 2층 슬라브 지붕이 무너지면서 동시에 벽이 무너짐 (노후건물)

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(7)

육안으로

화재의

온도

판단방법

콘크리트 표면이 담황색으로 변해있는 경우 - 화재 온도가 950℃ 이상의 온도에서 진행됨 • 구조물의 변형을 눈으로 확인할 수 있으며 이미 붕괴가 되었거나 붕괴에 대비 진압 및 구조 활동을 중지하고 안전한 곳으로 철수한 후 천정 중앙부위에 동바리를 받친다거나 위험한 부위에 안전조치를 취한 후 진압 및 구조작업에 임하여야 함 • 철골조 공장 같은 화재는 열에 견디지 못하고 철골구조물들이 주저앉음 《예 : 2003. 4. 18. 광산 골드라인 화재》 조립식 철골조 판넬로 천정에 철골이 휘어지거나 아래로 주저앉음 • 피해액 : 36억9천만원 • 골드라인 외 4개소 연소 확대

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콘크리트 용융 - 화재 온도가 1200℃ 이상 진행됨 • 화재 온도가 1200℃ 이상으로 일정시간 진행되면 건물이 이미 붕괴된 상태며 철골 구조물 및 콘크리트가 용융되기 때문에 현장에 들어가서도 안 되며 안전한 곳으로 철수 해야 한다 • 화재가 발생한 건물에 대해서는 반드시 안전진단을 받아야 하며 안전진단을 하여 보수 보강을 할 때까지는 건물의 변형 정도에 따라 적정한 조치를 취해야 함

육안으로

화재의

온도

판단방법

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콘크리트

폭열

1. 폭열은 화재시 콘크리트 내부의 고열로 생성된 수증기가 자연스레 방출되지 못해, 콘크리트의 인 장강도 보드 크게 되면 콘크리트 부재표면이 폭음과 함께 박리 및 탈락하는 현상 ※ 콘크리트 폭열은 화재시 국부적 열응력 집중으로 콘크리트가 파괴되는 현상 1. 콘크리트 폭열현상은 화재시 콘크리트 구조물에 물리적·화학적 영향을 주어 파괴되는 현상으로 서, 여러 요인이 복합해서 작용된다. 2. 폭열 현상을 방지하기 위해 가장 효과적인 방법은 내열성이 낮은 유기물 섬유를 혼합해, 화재시 섬유가 녹은 공간으로 수분이 배출할 수 있게 하는 방법이 있다. 화재 콘크리트 수증기 미배출 수증기압 상승 수증기압 > 콘크리트 인장강도 폭열 급격한 온도상승 높은 함수율 치밀한_조직

폭열

①

흡수율이 큰 골재의 사용

②

내화성이 약한 골재의 사용

③

콘크리트 내부 함수율이 높을 때

④

치밀한 조직으로 화재시 수증기 배출이 안될 때

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①

내열성이 낮은 유기질 섬유 사용

②

급격 온도 상승 방지 위해 내화피복제, 내화도료 도포

③

함수율(3.5%이하) 낮은 골재 사용

④

피복두께 증대

⑤ Con'c

조각(파편) 비산 방지위해 Metal lath사용

⑥

간접적인 대책 : 화재·가스 경보기 설치 / 소화기 설치 / 누전 방지대책 강구 / 방화 조직·기구 설치

⑦

직접적인 대책 : 방화 Coating 도포 / 방화 system 강구 및 스프링쿨러 가동 / 방화 paint 도포

콘크리트

폭열

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(1) 목조 건축물의 화재 ① 목조 건축물의 화재시 플래쉬오버 도달시간(F․O․T) 및 최성기에 도달하는 시간이 내화 건축물화 재보다 빠름 ② 목재의 구성성분: 산소, 수분, 탄소, 소량의 질소 ③ 건조한 목재의 성분: 셀룰로오즈가 주성분이며, 무기물, 수분, 리그닌 등이 있다. ④ 목재는 열전도도가 낮고 단열효과가 높다. 철은 약 350배, 알루미늄은 약 1000배정도 목재에 비 해 열전도도가 높다. ⑤ 높은 온도에서 장시간 접해도 착화하기 어려운 목재의 수분 함량은 약 15% 이상이다. 1) 목재의 연소진행 ① 약 100～160℃에서 목재가 가열되기 시작한다. 이때 목재는 갈색이다. ② 약 220～260℃에서 수분이 증발되기 시작하면서 갈색에서 흑갈색으로 변화한다. ③ 약 300～350℃에서 목재의분해가급격히 일어나면서 수소,일산화탄소,탄화수소등이 생성된다. ④ 약 420～470℃에서 탄화종료 및 발화가 일어난다.

목조

건축물

화재

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2) 목재 건축물 화재 진행 화재원인 → 무염착화 → 발염착화 → 발화 → 최성기 → 연소낙하 → 진화 ① 발화에서 최성기 1. 이 단계에서는 화재의 진행은 빨라지게 된다. 2. 연기의 색이 백색에서 흑색으로 변한다. 3. 연기가 개구부로 분출하게 된다. 4. 목재 건축물 화재시에는 발화에서 최성기로 넘어가는 이 단계에서 보통 플래쉬오버 (Flash-Over)현상 이 발생된다. 이때의 실내온도는 약 800～900℃정도가 된다. 5. 최성기로 넘어가면 천정 및 대들보가 내려앉고 화염 및 검은 연기, 강한 불꽃 및 불 가루를 유동시키는 복사열이 발생한다. 6. 최성기 때의 실내 최고 온도는 약 1300℃ 정도가 된다. ② 최성기에서 연소낙하: 최성기를 넘어서면 화세가 급격히 약해져 지붕이나 벽이 무너지고 기둥 등이 허물 어져 내리는 시기이다.

목조

건축물

화재

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③ 화재진행 소요시간[풍속이 거의 없을 때(0～3)] 1. 발화에서 최성기: 4～14분 2. 최성기에서 연소낙하: 6～19분 3. 발화에서 연소낙하: 13～24분 ④ 옥내출화 : 1. 가옥구조시 천정면에 발염착화한 때 2. 불연 천정인 경우 실내의 그 뒷면 판에 발염착화한 때 3. 천정속, 벽속 등에서 발염착화한 때 ⑤ 옥외출화 : 1. 가옥의 벽, 지붕, 추녀 밑에 발염착화한 때. 2. 창, 출입구 등에 발염착화한 때 3) 목조건축물의 화재원인 ① 비화 ② 접염 ③ 복사열

목조

건축물

화재

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연소상태 목재의 상태 빠르다 느리다 두께 및 굵기 얇고 가는 것 두껍고 굵은 것 형상 각이 진 것 둥근 것 표면 거친 것 매끈한 것 내화성 및 방화성 없는 것 있는 것 건조정도(수분함량) 수분이 적은 것 수분이 많은 것 페인트 칠한 것 칠하지 않는 것 색 검은색 흰색 ※ 목재의 연소에 영향을 주는 요인 ① 목재의 비표면적 ② 공급 상태 ③ 온도 ④ 수분 함유량 ⑤ 열 전도율⑥ 열 팽창 ⑦ 가열속도 및 시간

목재의 상태에 따른 연소상태

목조

건축물

화재

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초기 → 성장기 → 최성기 → 종기

내화건축물

화재진행

과정

① 초 기_{㉠ 목조 건축물에 비해 기밀성이 뛰어나기 때문에 초기에는 연소가 완만하다.} ㉡ 산소량이 감소되어 연소가 약해지며 불완전연소도 일어난다. ㉢ 다량의 연기가 발생해 실내에 충만한다. ② 성장기 ㉠ 개구부가 파괴되어 개구부를 통해 검은 연기 및 화염 등이 분출하게 된다. ㉡ 실내 전체가 한 순간에 화염으로 휩싸이는 현상(플래쉬오버 현상)이 발생된다. ③ 최성기 ㉠ 실내온도가 약 1000℃로 최고온도에 달하며 화세가 가장 왕성한 시기이다. ㉡ 이 시기는 목조 건축물보다 장시간 계속된다. ㉢ 천정 등이 구조물 재료(콘크리트, 회반죽, 장식물 등)가 무너져 내리는 현상(콘크리트의 폭렬현상)이 발생된다. ④ 종기 ㉠ 화세가 약해지고 연기의 양도 줄어드는 시기이다. ㉡ 실내온도는 높지만 서서히 낮아진다.

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(26)

화재진행에 영향을 미치는 요인들

• 배연구(환기구)의 크기, 수 및 위치

• 구획실의 크기

• 구획실을 둘러싸고 있는 물질들의 열 특성

• 구획실의 천장 높이

• 최초 발화되는 가연물의 크기, 합성물 및 위치

• 추가적 가연물의 이용가능성 및 위치

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플래임오버(Flameover)는 복도와 같은 통로공간에서 벽, 바닥 표면의 가연물에 화염이 급속하게 확산되는 현상

출구를 따라 진행되는 화염확산은 특정 공간 내의 화염확산보다 치명적. 그러므로 복도 내부 벽과 천장은 비가

연성 물질로 마감되어야 한다

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플래쉬오버현상

- 화점 주위에서 화재가 서서히 진행하다가 어느 정도 시간이 경과함에 따라 대류와 복사

현상에 의해 일정 공간 안에 있는 가연물이 발화점까지 가열되어 일순 간에 걸쳐 동시 발화되는 현상

직접적 발생원인은 자기발화(Autoignition)가 일어나고 있는 연소공간에서 발생되는 열의 재방출에 의해

열이 집적되어 온도가 상승하면 서 전체 공간을 순식간에 화염으로 가득 차게 만드는 것이다

백드래프트

- 폐쇄된 내화구조 건축물 내에서 화재가 진행될 때 연소과정은 산소공급이 부족한 상태에

서 서서히 훈소. 이때 불완전 연소된 가연성가스와 열이 집적된 상태에서 일시 에 다량의 공기(산소)가 공

급될 때 순간적으로 폭발적 발화현상이 발생 - 역류성 폭발 - 폭발에는 블레비(BLEVE)와 같은 물리적 폭발

과 연소폭발과 같은 화학적 폭발로 구분할 수 있으며. 백드래프트는 화학적 폭발에 해당한다

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목조건축물에서의 플래쉬오버 현상

목조건축물에서의 플래쉬오버 현상은 보통 화재발생으로부터 5~6분 경에 발생(공간 면적과 가연물

에 따라 다름)되며, 이때 실내온도는 800~900°C 정도가 된다.

내화조 건축물에서의 플래쉬오버현상

내화조 건축물 화재시에는 실내에 화재가 발생하더라도 연소하는데 많은 시간이 소요되므로 플래쉬

오버현상은 보통 화재발생으로부터 약 20~30분경에 발생(공간면적과 가연물에 따라 다름)한다.

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롤오버(Rollover) 현상

- 연소과정에서 발생된 가연성가스가 공기 중 산소와 혼합되어 천장부분에 집

적된 상태에서 발화온도에 도달하여 발화함으로서 화재의 선단부분 이 매우 빠르게 확대되어 가는 현

상을 말하는 것

화재가 발생한 장소(공간)의 출입구 바로 바깥쪽 복도 천장에서 연기와 산발적인 화염이 굽이쳐 흘러

가는 현상을 지칭하는 소방현장 용어

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화재하중 =

목재 단위 발열량(4500kcal/kg) × 바닥면적(m

2

₎

𝛴(가연물의 양(kg) × 가연물의 단위발열량(kcal/kg)

=

4500바닥면적

화재실 가연물 전발열량(kg/m

2

₎

바닥면적당 가연물의 양(kg)

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방재대책상 평면계획·단면계획에서 검토되어야 할 것

• 방화·방연구획의 설정 • 계단이나 발코니, 비상용 엘리베이터, 방재센터 등 피난이나 소방활동을 위한 시설의 배치 • 수직관통부의 방화·방연계획과 계단의 배치 • 피난자가 어느 방향으로 피난하더라도 안전한 계단에 이를 수 있도록 • 화염과 연기와 반대방향으로 피난이 되도록 가급적 피난을 평면상 분산 • 명쾌하게 배치하는 것이 바람직 • 계단배치는 엘리베이터나 PS 등 수직방향의 설비 공간을 포함하는 Core 배치방법과 불가분의 관계

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■ 코어 CORE 계획

사무소의 임대율[유효면적률]을 높이기 위하여 각 층의 서비스 부분을 사무공간에서 분리시켜 한 곳에 집중시키는

계획

• 코어 구성요소 : 계단실, 엘리베이터, 통로 및 홀, 덕트, 파이프 샤프트, 공조실, 화장실, 굴뚝 등

코어계획의 특징

• 평면적 역할 : 평면계획에서의 유효면적 증가와 개방된 자유로운 공간 확보 가능

• 구조적 역할 : 구조계획에서는 내력구조체로서 구조적 안정성을 제공

• 설비적 역할 : 설비계획에서는 건물의 수직동선, 급배수 등의 신경계통을 집합시키는 역할 수행

• 서비스 부분을 한 곳에 집약해서 서비스의 완전을 기함

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평면계획에서 Core의 배치는

• 피난의 방향성

• 다방향 피난의 가능성

• 피난경로의 명쾌함

피난계획의 수준 좌우

• 화염과 연기에 대해 안전한 것으로서 다방향 피난을 확보

• 가급적 분산 배치하는 것이 바람직

• 평면상 Core가 1방향에 편중되는 경우에는 계단을 반대편에 설치

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• 초기의 고층빌딩에서 유형으로 core의 바깥쪽에 복도가 설치 • 기준층 면적이 3,000㎡ 전후의 대규모 평면에 많이 적용 – 넓은 공간 확보 유리 • 계단이 적절한 간격을 갖고 치우치지 않게 배치될 뿐 아니라 이들 계단이 안전구획으로 연결되고 복도로 나가서 2방향 피난이 되는 등의 이점 • 복도가 연기로 오염되면 전체가 연결되어 피난로가 완전히 사용될 수 없는 위험

연기 등으로부터 안전구획을 유지할 수 있는지가 중심Core를 활용하는 조건

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복도를 core 주위가 아니라 core 중앙에 직선상으로 배치하고 엘리베이터 샤프트도

이와 맞춰 직선상으로 배치한 것

• 고층건축물에서는 엘리베이터를 고·중·저층용으로 나누는 것이 일반적이므로

중심 core에서는 층에 따라서 엘리베이터 로비의 위치가 전부 다른 경우가 많다

• 중심 core에서는 각 층도 직선상의 동일한 복도로 나오므로 건축물 내에서 위치

인식이 용이

• 거실에서 계단에 이르는 피난 경로의 일부가 엘리베이터 로비를 경유하기

쉬우므로 엘리베이터 로비에 연기가 들어가지 않도록 조치 강구

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Core내부가 안전구획

피난경로가 꽤 복잡하고 2개의 계단이 지나치게 근접하는 경향

Core 외에 계단실을 배치하는 방법 적용

피난상 명쾌한 2방향 피난의 전형

복수의 피난계단이 안전구획에 연결되지 않으므로

이에 대신하는 대책이 있으면 좋다

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