KR101285088B1 - Design method of fire resistance rating for steel structure - Google Patents

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KR101285088B1
KR101285088B1 KR1020120107336A KR20120107336A KR101285088B1 KR 101285088 B1 KR101285088 B1 KR 101285088B1 KR 1020120107336 A KR1020120107336 A KR 1020120107336A KR 20120107336 A KR20120107336 A KR 20120107336A KR 101285088 B1 KR101285088 B1 KR 101285088B1
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fire resistance
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여인환
김형준
김흥열
민병렬
안재홍
조범연
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한국건설기술연구원
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Abstract

PURPOSE: A fire resistance rating (FRR) design method of a steel material is provided to consider performance of insulation as a design guide for a single member, thereby easily designing FRR of the steel material. CONSTITUTION: Information for a steel material for FRR evaluation is set and inputted (S100). A strength reduction factor and steel material yield stress are calculated based on the information for the steel material in room temperature, bending strength, design strength, design load, and requirement strength are calculated based on the strength reduction factor and the steel material yield stress (S130). When the requirement strength is smaller than the design strength, proper design of the steel material is evaluated (S150). [Reference numerals] (AA) Start; (BB,DD,HH,FF) No; (CC,EE,GG,II) Yes; (JJ) Finish; (S110) Input steel material information; (S120) Check a room temperature bending strength and a room temperature design strength; (S130) Check a room temperature design load and a room temperature requirement strength; (S140) Room temperature requirement strength < room temperature design strength ?; (S150) Evaluate a steel material at room temperature; (S160) Determine a design load and a requirement strength in a fire; (S170) Determine a load ratio; (S180) Determine a steel material; (S190) Is a fireproof coating ?; (S210) Calculate the fireproof time and performance of a non-coating steel material; (S220,S330) Fireproof time > equivalent fire degree ?; (S310) Calculate delay time due to an insulating material; (S320) Calculate the fireproof time and performance of a coating steel material

Description

강재의 내화성능 설계 방법 {DESIGN METHOD OF FIRE RESISTANCE RATING FOR STEEL STRUCTURE}Fire Resistant Design Method for Steels {DESIGN METHOD OF FIRE RESISTANCE RATING FOR STEEL STRUCTURE}

본 발명은 강재의 내화성능 설계에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 강재의 내화성능(Fire Resistance Rating: FRR) 설계시, 성능적 설계기법에 따라 강재의 내화성능을 설계하는, 강재의 내화성능 설계 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the design of the fire resistance performance of steel, more specifically, to the design of the fire resistance performance of the steel (Fire Resistance Rating: FRR), the fire resistance performance design method of the steel designing the fire performance of the steel according to the performance design technique It is about.

일반적으로, 강재 건축물은 내구성, 내진성 등이 우수하며 철근콘크리트 구조보다 상대적으로 경량이고 시공성에 유리하므로 최근 고층 건축물의 대표적인 구조로 인식되고 있다. 그러나 화재에 의해 고온에 노출되는 경우, 재료의 열적변형에 따른 구조적인 내력이 상실되는 문제점을 가지고 있어 내화성능 확보를 위한 공학적인 설계가 필요하다.In general, steel buildings are excellent in durability and earthquake resistance, and are relatively lighter than reinforced concrete structures and are advantageous in constructability. However, when exposed to high temperatures due to fire, there is a problem that the structural strength is lost due to thermal deformation of the material, so an engineering design is required to ensure fire resistance.

구체적으로, 강재는 고온으로 가열되면, 항복점이나 탄성계수가 현저하게 저하된다는 약점을 가지고 있다. 이에 따라 화재시의 가열에서 강재를 지키기 위하여 여러 가지 내화피복을 사용하게 된다.Specifically, the steel has a weak point that the yield point and the modulus of elasticity are significantly lowered when heated to a high temperature. Accordingly, various fireproof coatings are used to protect the steel from heating in case of fire.

예를 들면, 건축구조용 강재로서 보편적으로 사용되는 SS400의 경우, 상온시의 항복점 2.4는 450℃에서 항복점이 1.6정도까지 저하한다. 이러한 강재가 화재에 대해 대단히 약한 것은 화재시에 부재가 부담하고 있는 응력을 견디지 못하고 파괴된다.For example, in the case of SS400, which is commonly used as steel for building structures, the yield point of 2.4 at room temperature drops to about 1.6 at 450 ° C. The very weakness of these steels against fire is that they fail to withstand the stresses the members bear in the event of a fire.

이러한 강재의 약점인 고온시의 강도 저하는 화재 이후 냉각 과정에서 원상태로 거의 복원되므로 화재시의 가열에 의한 구조강도의 일시적인 저하를 무사히 넘길 수 있다면 강재는 철근콘크리트보다 훨씬 효과적으로 화재후의 재사용이 가능하게 된다. 다시 말하면, 내화피복의 역할은 화재시의 고온에 의하여 발생하는 구조부재의 주요 강재 부분의 온도 상승을 일정한 온도 이하로 억제하여 부재내력의 저하를 제한하는데 있다.Since the strength decrease at high temperature, which is a weak point of the steel, is almost restored to its original state during the cooling process after the fire, the steel can be reused after the fire much more effectively than the reinforced concrete if it can safely pass the temporary decrease in the structural strength due to the heating during the fire. do. In other words, the role of the fireproof coating is to limit the drop in the member strength by suppressing the temperature rise of the main steel part of the structural member caused by the high temperature in the fire below a certain temperature.

한편, 강재의 화재 성능에 대한 많은 국제적인 문헌들이 빠른 속도로 확산되고 있다. 화재시 강재 건물의 구조적 거동에 대한 관심이 지난 5년간 급속히 늘어났으며, 설계자가 이용할 수 있는 자료 또한 증가 추세에 있다. 주로 실제 건물을 대상으로 한 실대형시험의 결과를 바탕으로 단일 부재설계에서 구조 시스템의 거동과 전체 건물 시스템의 거동으로 관심이 높아지고 있다.Meanwhile, many international literatures on the fire performance of steels are rapidly spreading. Interest in the structural behavior of steel buildings in the event of a fire has increased rapidly over the last five years, and the data available to designers is also on the rise. Based on the results of the actual large-scale test on the actual building, the interest of the structural system and the overall building system in the single-member design is increasing.

이러한 강재의 내화성능 설계는 사양적 내화성능 설계 및 성능적 내화성능 설계로 구분할 수 있고, 이때, 성능적 내화성능 설계는 기술적 수준이 높고 내화 설계 단계별로 요구되는 평가항목이 많기 때문에 상당히 까다로운 설계방법이다. 즉, 종래의 기술에 따르면, 강재의 내화성능을 설계할 때, 성능적 설계기법에 따라 강재의 내화성능을 정확하게 설계할 수 있는 구체적인 방법이 없는 실정이다.Fire resistant performance design of such steels can be divided into specification fireproof performance design and performance fireproof performance design. At this time, performance fireproof performance design is a very difficult design method because of high technical level and many evaluation items required at each fireproof design stage. to be. That is, according to the prior art, when designing the fire resistance performance of the steel, there is no specific method that can accurately design the fire performance of the steel according to the performance design technique.

1) 대한민국 공개특허번호 제2007-116686호(공개일: 2007년 12월 10일), 발명의 명칭: "내화용 강재 및 그 제조 방법"1) Republic of Korea Patent Publication No. 2007-116686 (published: December 10, 2007), the title of the invention: "fireproof steel and its manufacturing method" 2) 대한민국 등록특허번호 제10-1139605호(출원일: 2008년 4월 4일), 발명의 명칭: "고온 특성과 인성이 우수한 강재 및 그 제조 방법"2) Republic of Korea Patent No. 10-1139605 (Application Date: April 4, 2008), the title of the invention: "Steel and excellent method of high temperature properties and toughness" 3) 대한민국 공개특허번호 제2010-82968호(공개일: 2010년 7월 21일), 발명의 명칭: "건축부재의 내화 시험장치 및 이를 이용한 건축부재의 내화시험방법"3) Republic of Korea Patent Publication No. 2010-82968 (published: July 21, 2010), the title of the invention: "Fireproof test apparatus for building members and a fire resistance test method for building members using the same" 4) 대한민국 등록특허번호 제10-1105329호(출원일: 2009년 3월 3일), 발명의 명칭: "철근콘크리트 부재의 내화성능 확보를 위한 콘크리트 배합조건 선정시스템"4) Republic of Korea Patent No. 10-1105329 (application date: March 3, 2009), the title of the invention: "Concrete mixing condition selection system for securing the fire resistance performance of reinforced concrete members" 5) 대한민국 등록특허번호 제10-929416호(출원일: 2007년 10월 15일), 발명의 명칭: "고강도 콘크리트 부재의 내화성능 평가 시스템"5) Republic of Korea Patent No. 10-929416 (application date: October 15, 2007), the title of the invention: "Fire resistance performance evaluation system of high strength concrete member"

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 평이한 단일부재에 대한 설계 가이드로서, 단열재의 성능을 고려하여 강재의 내화성능을 용이하게 설계할 수 있는, 강재의 내화성능 설계 방법을 제공하기 위한 것이다.The technical problem to be solved by the present invention for solving the above-mentioned problems is a design guide for a plain single member, which can easily design the fire resistance performance of the steel in consideration of the performance of the heat insulating material, a fire resistance performance design method It is to provide.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 성능적 설계기법에 따라 화재시 설계하중, 하중비, 소요강도 및 강재한계온도에 따라 강재의 내화성능을 정확하게 설계할 수 있는, 강재의 내화성능 설계 방법을 제공하기 위한 것이다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to design a fire resistance performance of the steel, which can accurately design the fire resistance of the steel according to the design load, load ratio, required strength and steel limit temperature in the event of a fire according to the performance design technique It is to provide.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 강재의 내화성능 설계 방법은, 강재를 내화성능 및 내화시간에 따라 설계하기 위한 강재의 내화성능 설계 방법에 있어서, a) 내화성능 평가를 위한 강재에 대한 경간, 형상, 설계단면계수, 단면형상계수, 고정하중 및 적재하중을 포함한 강재 정보를 설정 입력하는 단계; b) 상온에서, 상기 강재 정보에 근거하여 상온시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하고, 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 따라 상온 휨강도 및 상온 설계강도, 상온 설계하중 및 상온 소요강도를 각각 산출하며, 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은지 판단하는 단계; c) 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은 경우, 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 평가하는 단계; d) 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 경우, 상기 강재 정보 중에서 상기 고정하중, 적재하중 및 강도저감계수에 근거하여 화재시의 설계하중을 산출하고, 상기 강재 정보에 근거하는 화재시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하여 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 근거하여 화재시 소요강도를 산출하는 단계; e) 화재한계 상태에서, 상기 설계단면계수 및 강재항복응력에 따라 상온에서의 부재내력을 산출하고, 상기 산출된 화재시 소요강도 및 상기 산출된 상온에서의 부재내력의 비에 의해 상기 강재의 하중비를 산출하는 단계; f) 상기 강재의 하중비에 따라 강재한계온도를 산출하는 단계; g) 상기 강재를 내화피복 유무에 따라 무피복 강재 또는 피복 강재로 구분하고, 상기 무피복 강재 또는 피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간―여기서, 내화성능은 화재시 설계하중, 소요강도, 강재한계온도 및 상온시와 화재시의 내력성능 비로 산출되고, 내화시간은 단면형상계수 및 강재한계온도에 의해 결정됨―을 각각 산출하는 단계; 및 h) 상기 산출된 내화시간을 기설정된 등가화재심각도와 비교하고, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 평가하는 단계를 포함하여 이루어진다.As a means for achieving the above technical problem, the fire resistance performance design method of the steel according to the present invention, in the fire resistance performance design method of the steel for designing the steel according to the fire performance and the fire resistance time, a) Setting and inputting steel information including span, shape, design section coefficient, section shape coefficient, fixed load, and loading load for the steel for the purpose; b) at room temperature, calculate the strength reduction coefficient and steel yield stress at room temperature based on the steel information, and calculate the normal bending strength, room temperature design load, room temperature design load and room temperature required strength according to the strength reduction coefficient and steel yield stress, respectively. Calculating, and determining whether the room temperature required strength is smaller than the room temperature design strength; c) evaluating that the steel is suitably designed at room temperature if the room temperature required strength is less than the room temperature design strength; d) if the steel is suitably designed at room temperature, calculate the design load in case of fire based on the fixed load, loading load, and strength reduction coefficient among the steel information, and reduce the strength reduction coefficient in case of fire based on the steel information; Calculating steel yield stress to calculate required strength in case of fire based on the strength reduction coefficient and the steel yield stress; e) Under the fire limit state, calculate the member strength at room temperature according to the design section coefficient and the steel yield stress, and load the steel by the ratio of the calculated fire required strength and the member strength at room temperature calculated. Calculating a ratio; f) calculating a steel limit temperature according to the load ratio of the steel; g) The steel is classified into uncoated steel or coated steel according to the presence of fireproof coating, and the fire resistance performance and the fire resistance time for the uncoated steel or coated steel, where fire resistance is design load, required strength and steel limit in case of fire. Calculating the temperature and normal temperature performance at room temperature and fire, and the fire time is determined by the cross-sectional shape coefficient and the steel limit temperature. And h) comparing the calculated fire resistance time with a predetermined equivalent fire severity and evaluating that the steel is suitably designed when the fire resistance time is less than the equivalent fire severity.

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여기서, 상기 b) 단계의 상온 설계강도(

Figure 112013025559060-pat00001
)에 사용되는 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00002
)는,
Figure 112013025559060-pat00003
로 주어지고, 상온에서 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00004
)는 0.9의 값을 사용할 수 있다.Here, the room temperature design strength of step b) (
Figure 112013025559060-pat00001
Strength reduction factor used in
Figure 112013025559060-pat00002
),
Figure 112013025559060-pat00003
Strength reduction coefficient at room temperature
Figure 112013025559060-pat00004
) Can use a value of 0.9.

여기서, 상기 d) 단계의 화재시 설계하중인 하중계수(

Figure 112013025559060-pat00005
)는, 화재시 NZS(New Zealand Standard) 3404에 근거하여
Figure 112013025559060-pat00006
로 주어지고, 여기서,
Figure 112013025559060-pat00007
는 강도저감계수이며, 상기 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00008
)는,
Figure 112013025559060-pat00009
로 주어지고, 여기서,
Figure 112013025559060-pat00010
는 고정하중을 나타내고,
Figure 112013025559060-pat00011
은 적재하중을 나타내는 것을 특징으로 한다.Here, the load factor design load in case of fire of step d)
Figure 112013025559060-pat00005
) Is based on NZS (New Zealand Standard) 3404
Figure 112013025559060-pat00006
Lt; / RTI &gt;
Figure 112013025559060-pat00007
Is the strength reduction coefficient, and the strength reduction coefficient (
Figure 112013025559060-pat00008
),
Figure 112013025559060-pat00009
Lt; / RTI &gt;
Figure 112013025559060-pat00010
Denotes a fixed load,
Figure 112013025559060-pat00011
Is characterized by indicating a loading load.

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여기서, 상기 e) 단계의 하중비(

Figure 112012078512369-pat00012
)는 화재한계 상태에 있는 상기 강재에 의해 저항되어야 하는 하중의 무차원 척도로서, 상기 하중비(
Figure 112012078512369-pat00013
)는 NZS(New Zealand Standard) 3404에 근거하여
Figure 112012078512369-pat00014
로 정의되며, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00015
는 화재한계 상태에서의 소요강도이고,
Figure 112012078512369-pat00016
는 상온에서의 부재내력인 것을 특징으로 한다.Here, the load ratio of step e)
Figure 112012078512369-pat00012
) Is a dimensionless measure of the load that must be resisted by the steel in the fire limit state, and the load ratio (
Figure 112012078512369-pat00013
) Is based on the New Zealand Standard (NZS) 3404
Figure 112012078512369-pat00014
Is defined as, where
Figure 112012078512369-pat00015
Is the required strength at the fire limit,
Figure 112012078512369-pat00016
Is characterized by the absence strength at room temperature.

여기서, 상기 상온에서의 부재내력(

Figure 112012078512369-pat00017
)은
Figure 112012078512369-pat00018
Figure 112012078512369-pat00019
Figure 112012078512369-pat00020
으로 주어지는 것을 특징으로 한다.Here, the member strength at room temperature (
Figure 112012078512369-pat00017
)silver
Figure 112012078512369-pat00018
Figure 112012078512369-pat00019
Figure 112012078512369-pat00020
Characterized in that given.

여기서, 상기 f) 단계의 강재한계온도(

Figure 112012078512369-pat00021
)는 상기 하중비(
Figure 112012078512369-pat00022
)에 따라
Figure 112012078512369-pat00023
로 결정될 수 있다.Here, the steel limit temperature (step f)
Figure 112012078512369-pat00021
Is the load ratio (
Figure 112012078512369-pat00022
)Depending on the
Figure 112012078512369-pat00023
. &Lt; / RTI &gt;

여기서, 상기 g) 단계의 강재 내화시간은, 화재시 단면이 가열되는 비율인 단면형상계수(

Figure 112012078512369-pat00024
) 및 상기 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00025
)에 의해 결정되며, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00026
는 화재에 노출된 둔면의 둘레[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00027
는 강재의 횡단면적[㎡]을 나타내는 것을 특징으로 한다.Here, the steel refractory time of step g) is the cross-sectional shape coefficient which is the ratio of heating the cross section in case of fire (
Figure 112012078512369-pat00024
) And the steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00025
), Where
Figure 112012078512369-pat00026
Represents the perimeter [m] of the dull surface exposed to the fire,
Figure 112012078512369-pat00027
Is characterized by indicating the cross-sectional area [m 2] of the steel.

여기서, 상기 단면형상계수(

Figure 112013025559060-pat00028
)는 화재시 단면이 가열되는 비율로서, 그 값이 클수록 더 많은 피복 두께가 소요되며, 이때, 상기 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00228
)가 설정값보다 크고 상기 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00229
)이 설정값보다 작은 강재의 경우, 온도상승률이 커지고, 상기 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00230
)가 설정값보다 작고 상기 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00231
)이 설정값보다 큰 강재의 경우, 온도상승률이 작아지는 것을 특징으로 한다.Here, the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00028
) Is the rate at which the cross section is heated in case of fire, and the larger the value is, the more coating thickness is required, wherein the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00228
) Is greater than the set value and the cross-sectional area of the steel (
Figure 112013025559060-pat00229
) Is less than the set value, the temperature rise rate is increased, the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00230
) Is smaller than the set value and the cross-sectional area of the steel (
Figure 112013025559060-pat00231
) Is greater than the set value, characterized in that the temperature rise rate is smaller.

여기서, 상기 g) 단계는, g-1) 내화피복이 있는 경우, 단열재의 의한 지연시간을 산출하는 단계; 및 g-2) 내화피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step g), g-1) calculating the delay time of the heat insulating material, if there is a fireproof coating; And g-2) calculating the fire resistance performance and the fire resistance time for the fire resistant coating steel.

여기서, 상기 내화피복 강재가 상기 강재한계온도(

Figure 112012078512369-pat00033
)에 도달하기까지의 내화시간(
Figure 112012078512369-pat00034
)은,
Figure 112012078512369-pat00035
로 주어지고, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00036
은 강재한계온도[℃]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00037
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00038
]을 나타내며,
Figure 112012078512369-pat00039
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00040
는 단면형상계수[
Figure 112012078512369-pat00041
]를 나타내는 것을 특징으로 한다.Here, the fire-resistant coating steel is the steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00033
Fireproof time to reach
Figure 112012078512369-pat00034
)silver,
Figure 112012078512369-pat00035
Lt; / RTI &gt;
Figure 112012078512369-pat00036
Represents the steel limit temperature [° C],
Figure 112012078512369-pat00037
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00038
],
Figure 112012078512369-pat00039
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00040
Is the cross-sectional shape factor [
Figure 112012078512369-pat00041
].

여기서, 상기 내화피복 강재의 내화시간은 상기 강재의 내화시간(

Figure 112012078512369-pat00042
)에 단열재에 의한 지연시간(
Figure 112012078512369-pat00043
)을 추가한 것을 특징으로 한다.Here, the fire time of the fire-resistant coated steel is the fire time of the steel (
Figure 112012078512369-pat00042
Delay time due to insulation
Figure 112012078512369-pat00043
) Is added.

여기서, 상기 단열재에 의한 지연시간(

Figure 112012078512369-pat00044
)은,
Figure 112012078512369-pat00045
로 주어지고, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00046
는 건조중량에 대한 수분비[%]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00047
는 단열재 밀도[
Figure 112012078512369-pat00048
]를 나타내며,
Figure 112012078512369-pat00049
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00050
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00051
]을 나타내는 것을 특징으로 한다.Here, the delay time by the heat insulating material (
Figure 112012078512369-pat00044
)silver,
Figure 112012078512369-pat00045
Lt; / RTI &gt;
Figure 112012078512369-pat00046
Represents the moisture ratio [%] to dry weight,
Figure 112012078512369-pat00047
Is the insulation density [
Figure 112012078512369-pat00048
],
Figure 112012078512369-pat00049
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00050
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00051
].

여기서, 상기 g) 단계는, 내화피복이 없는 경우, 무피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간을 산출하는 것을 특징으로 한다.Here, step g) is characterized in that, if there is no refractory coating, the fire resistance performance and the refractory time for the uncoated steel.

여기서, 상기 무피복 강재의 내화시간은, NZS(New Zealand Standard) 3404에 따라, 3면 노출의 경우,

Figure 112012078512369-pat00052
로 주어지고, 4면 노출의 경우,
Figure 112012078512369-pat00053
로 주어지는 것을 특징으로 한다.Here, the fire resistance time of the uncoated steel, according to NZS (New Zealand Standard) 3404, in the case of three-sided exposure,
Figure 112012078512369-pat00052
Given by, for four-sided exposure,
Figure 112012078512369-pat00053
Characterized in that given.

여기서, 상기 무피복 강재의 내화시간(

Figure 112012078512369-pat00054
)은
Figure 112012078512369-pat00055
,
Figure 112012078512369-pat00056
에서 유효한 것을 특징으로 한다.Here, the fire resistance time of the uncoated steel (
Figure 112012078512369-pat00054
)silver
Figure 112012078512369-pat00055
,
Figure 112012078512369-pat00056
It is characterized in that available from.

여기서, 상기 h) 단계에서 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작지 않은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계되지 않은 것으로 판단하여 재설계를 수행할 수 있다.Here, in step h), if the fire resistance time is not less than the equivalent fire severity, it may be determined that the steel is not properly designed to perform a redesign.

본 발명에 따르면, 평이한 단일부재에 대한 설계 가이드로서, 단열재의 성능을 고려하여 강재의 내화성능을 용이하게 설계할 수 있다.According to the present invention, as a design guide for a single flat member, it is possible to easily design the fire resistance performance of the steel in consideration of the performance of the heat insulating material.

본 발명에 따르면, 기존의 사양적 설계기법이 아닌 성능적 설계기법에 따라 화재시 설계하중, 하중비, 소요강도 및 강재한계온도에 따라 강재의 내화성능을 정확하게 설계할 수 있다.According to the present invention, it is possible to accurately design the fire resistance performance of the steel according to the design load, load ratio, required strength and the steel limit temperature in the case of fire according to the performance design technique rather than the existing specification design technique.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법의 동작흐름도이다.
도 2는 온도에 따른 강재의 물리적 성질변화를 예시하는 도면이다.
도 3은 단면형상계수와 열응답을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법이 구현된 프로그램의 메인화면을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화피복 유무를 결정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화피복 강재의 노출면을 선택하고 단열재 정보를 입력하는 것을 예시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 강재의 특성 및 하중을 입력하는 것을 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화시간을 결정하는 것을 예시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화성능 및 내화시간 계산 결과를 출력하는 것을 예시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화성능 설계 과정을 표시하는 것을 예시하는 도면이다.1 is a flowchart illustrating a method of designing fire resistance performance of steel according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a change in physical properties of steel material with temperature.
3 is a view for explaining the cross-sectional shape coefficient and thermal response.
4 is a diagram illustrating a main screen of a program in which a method for designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention is implemented.
5 is a diagram illustrating determining the presence or absence of fireproof coating in the fire resistance performance design method of the steel according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating the selection of the exposed surface of the refractory coating steel and input the insulation material in the fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.
7 is a view illustrating input of the characteristics and load of the steel in the fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.
8 is a view illustrating the determination of the refractory time in the fire resistance performance design method of the steel according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating output of the results of calculating the fire resistance and fire resistance in the method of designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating displaying a fire resistance performance design process in a fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

이하, 도 1 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법을 설명하고, 도 13 내지 도 17을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법이 구현된 프로그램을 설명하기로 한다.1 to 13, a fire resistance performance design method of a steel according to an embodiment of the present invention will be described, and with reference to FIGS. 13 to 17, a fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention. This implemented program will be described.

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법은 평이한 단일부재에 대한 설계 가이드로서, 단열재의 성능을 고려하고 있다Fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention as a design guide for a flat single member, considering the performance of the insulation.

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계는 뉴질랜드 강재 사양서(NZS 3404:1992)에 따라 강재한계온도를 결정한 후, 강재가 표준 화재시험에서 상기 한계온도에 도달하기까지의 시간을 정하는 것에 기반을 두고 있다. 이를 통해 결정된 강재의 내화성능 및 내화시간은 등가화재심각도에서 결정된 내화시간과 비교하여 강재의 내화성능을 결정할 수 있다.The fire resistance design of the steel according to an embodiment of the present invention is based on determining the time for the steel to reach the limit temperature in a standard fire test after determining the steel limit temperature according to the New Zealand Steel Specification (NZS 3404: 1992). Leave. The fire resistance and fire time of the steel determined through this can be determined by comparing the fire time determined by the equivalent fire severity.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법의 동작흐름도이다.1 is a flowchart illustrating a method of designing fire resistance performance of steel according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법은, 먼저, 강재 정보를 입력한다(S110). 여기서, 상기 강재 정보는 내화성능 평가를 위한 강재에 대한 경간, 형상, 설계단면계수, 단면형상계수, 고정하중 및 적재하중을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, in the method for designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention, first, steel information is input ( S110 ). Here, the steel information may include the span, shape, design section coefficient, cross-sectional shape coefficient, fixed load and loading load for the steel for the evaluation of fire resistance performance.

다음으로, 상온에서, 상기 강재 정보에 근거하여 상온시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하고, 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 따라 상온 휨강도 및 상온 설계강도, 상온 설계하중 및 상온 소요강도를 각각 산출하며, 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은지 판단한다. 구체적으로, 상온 휨강도 및 상온 설계강도(

Figure 112013025559060-pat00057
)를 결정하고(S120), 이후, 상온 설계하중 및 상온 소요강도를 결정하며(S130), 상기 상온 설계강도 및 상기 상온 소요강도를 비교하여 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은지 판단한다(S140). 이때, 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작지 않은 경우, 전술한 S110 단계로 되돌아가서 강재 정보를 재설정 입력한다.Next, at room temperature, the strength reduction coefficient and steel yield stress at room temperature are calculated based on the steel information, and according to the strength reduction coefficient and steel yield stress, room temperature bending strength and room temperature design strength, room temperature design load and room temperature required strength are calculated. Calculate each, and determine whether the room temperature required strength is less than the room temperature design strength. Specifically, room temperature bending strength and room temperature design strength (
Figure 112013025559060-pat00057
) ( S120 ), and then determine the room temperature design load and the room temperature required strength ( S130 ), and compare the room temperature design strength and the room temperature required strength to determine whether the room temperature required strength is smaller than the room temperature design strength. ( S140 ). At this time, if the room temperature required strength is not smaller than the room temperature design strength, the process returns to step S110 described above and resets the steel information.

다음 절차로서, 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은 경우, 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 평가한다(S150).As a next procedure, when the room temperature required strength is smaller than the room temperature design strength, the steel is evaluated as suitably designed at room temperature ( S150 ).

다음 절차로서, 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 경우, 상기 강재 정보 중에서 상기 고정하중, 적재하중 및 강도저감계수에 근거하여 화재시의 설계하중(하중계수)을 산출하고, 상기 강재 정보에 근거하는 화재시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하여 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 근거하여 화재시 소요강도를 산출한다(S160).As a next procedure, when the steel is suitably designed at room temperature, the design load (load coefficient) in the event of a fire is calculated based on the fixed load, the load load, and the strength reduction coefficient among the steel information. Calculate the strength reduction coefficient and the steel yield stress in case of fire and calculate the required strength in the fire based on the strength reduction coefficient and the steel yield stress ( S160 ).

다음 절차로서, 화재한계 상태에서, 상기 설계단면계수 및 강재항복응력에 따라 상온에서의 부재내력을 산출하고, 상기 산출된 화재시 소요강도 및 상기 산출된 상온에서의 부재내력의 비에 의해 상기 강재의 하중비를 산출한다(S170).As a next procedure, in the fire limit state, the member strength at room temperature is calculated according to the design section coefficient and the steel yield stress, and the steel is determined by the ratio of the calculated fire required strength and the calculated member strength at room temperature. Calculate the load ratio of ( S170 ).

다음 절차로서, 상기 하중비에 따라 강재의 강재한계온도를 산출한다(S180).As a next procedure, the steel limit temperature of the steel is calculated according to the load ratio ( S180 ).

다음 절차로서, 상기 강재를 내화피복 유무에 따라 무피복 강재 또는 피복 강재로 구분하고, 상기 무피복 강재 또는 피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간―여기서, 내화성능은 화재시 설계하중, 소요강도, 강재한계온도 및 상온시와 화재시의 내력성능 비로 산출되고, 내화시간은 단면형상계수 및 강재한계온도에 의해 결정됨―을 각각 산출한다. 구체적으로, 내화피복 유무를 결정하여(S190), 내화피복이 없는 경우, 무피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간을 산출한다(S210).In the following procedure, the steel is classified into uncoated steel or coated steel according to the presence of fireproof coating, and the fire resistance performance and the fire resistance time for the uncoated steel or coated steel—wherein the fire performance is the design load, required strength, It is calculated from the steel limit temperature and the strength performance ratio at room temperature and fire, and the fire time is determined by the cross-sectional shape factor and the steel limit temperature. Specifically, by determining the presence or absence of fireproof coating ( S190 ), if there is no fireproof coating, to calculate the fire resistance performance and the fire resistance time for the uncoated steel ( S210 ).

이후, 기산출된 등가화재심각도와 상기 산출된 내화시간을 비교하고, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 판단한다(S220). 여기서, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작지 않은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계되지 않은 것으로 판단하여 재설계를 수행할 수 있다. 예를 들면, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작지 않은 경우, 전술한 S110 단계로 되돌아가서 강재 정보를 재설정한다.Thereafter, the calculated equivalent fire severity is compared with the calculated fire resistance time, and when the fire resistance time is smaller than the equivalent fire severity, it is determined that the steel is properly designed ( S220 ). Here, when the fire resistance time is not less than the equivalent fire severity, it may be determined that the steel is not properly designed to perform a redesign. For example, when the fire resistance time is not less than the equivalent fire severity, the process returns to step S110 described above to reset the steel information.

또한, 내화피복 유무를 결정하여(S190), 내화피복이 있는 경우, 단열재의 의한 지연시간을 산출하고(S310), 내화피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간을 산출한다(S320). In addition, by determining the presence or absence of fireproof coating ( S190 ), if there is a fireproof coating, the delay time due to the insulation material is calculated (S310), the fire resistance performance and the fireproof time for the fireproof coating steel is calculated ( S320 ).

이후, 기산출된 등가화재심각도와 상기 산출된 내화시간을 비교하고, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 판단한다(S330). 만일 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작지 않은 경우, 전술한 S310 단계로 되돌아가서 단열재의 의한 지연시간을 재산출한다.Thereafter, the calculated equivalent fire severity is compared with the calculated fire resistance time, and when the fire resistance time is smaller than the equivalent fire severity, it is determined that the steel is properly designed ( S330 ). If the fire resistance time is not less than the equivalent fire severity, the process returns to step S310 described above to recalculate the delay time due to the insulation.

여기서, 상기 등가화재심각도는 건물에 사용되는 부재의 내화성능을 평가하기 위한 척도로 사용되고 있는 것으로, 방화구획의 자연화재를 표준화재에 노출된 시간으로 변환하여 계산하는 것을 의미한다. 이러한 등가화재심각도는 철근콘크리트, 내화피복 강재, 무피복 강구재, 목재 등에 사용된다. 단, 내화성능이 현저히 떨어지는 무피복 강재, 목재에는 정확한 성능시간을 판단하기 어렵다.Here, the equivalent fire severity is used as a measure for evaluating the fire resistance performance of the member used in the building, and means to calculate by converting the natural fire of the fire compartment into the time exposed to the standardizing material. This equivalent fire severity is used for reinforced concrete, fire-resistant coated steel, uncoated steel, wood, and the like. However, it is difficult to determine the exact performance time for uncoated steel and wood, which are significantly lower in fire resistance.

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서, 상기 등가화재심각도는 화재하중을 고려한 설계화재 하중밀도, 재료특성을 고려한 전환계수, 재료종류에 따른 재료보정계수, 공기유입을 고려한 환기계수로 결정될 수 있다.In the fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention, the equivalent fire severity is the design fire load density considering the fire load, the conversion coefficient considering the material characteristics, the material correction coefficient according to the material type, the ventilation coefficient considering the air inlet Can be determined.

한편, 전술한 하중비(

Figure 112012078512369-pat00058
)와 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00059
)에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같고, 도 2는 온도에 따른 강재의 물리적 성질변화를 예시하는 도면이다.On the other hand, the above-described load ratio (
Figure 112012078512369-pat00058
) And steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00059
) Is as follows, and Figure 2 is a diagram illustrating a change in the physical properties of the steel with temperature.

하중비(

Figure 112012078512369-pat00060
)는 화재한계 상태에 있는 부재에 의해 저항되어야 하는 하중의 무차원 척도이다. 이때, 상기 하중비(
Figure 112012078512369-pat00061
)는 NZS(New Zealand Standard) 3404에서 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.Load ratio (
Figure 112012078512369-pat00060
) Is a dimensionless measure of the load that must be resisted by a member in a fire limit condition. At this time, the load ratio (
Figure 112012078512369-pat00061
) Is defined as in Equation 1 below in New Zealand Standard (NZS) 3404.

Figure 112012078512369-pat00062
Figure 112012078512369-pat00062

여기서,

Figure 112013025559060-pat00063
는 화재한계 상태에서의 소요강도로서, 단순보의 경우, 화재시 소요강도(
Figure 112013025559060-pat00064
)는
Figure 112013025559060-pat00065
로서, ω는 하중계수를 나타내고, l은 적재하중을 나타낸다. 또한,
Figure 112013025559060-pat00066
는 상온에서의 부재내력으로서, 상온에서의 부재내력(
Figure 112013025559060-pat00067
)은
Figure 112013025559060-pat00068
Figure 112013025559060-pat00069
Figure 112013025559060-pat00070
로 주어진다.here,
Figure 112013025559060-pat00063
Is the required strength in the limit of fire. For simple beams, the required strength in case of fire (
Figure 112013025559060-pat00064
)
Figure 112013025559060-pat00065
Where ω represents the load factor and l represents the load. Also,
Figure 112013025559060-pat00066
Is the member strength at room temperature, and the member strength at room temperature (
Figure 112013025559060-pat00067
)silver
Figure 112013025559060-pat00068
Figure 112013025559060-pat00069
Figure 112013025559060-pat00070
.

또한, 사용성 조건에 의해 지배되는 대부분 보의 하중비(

Figure 112013025559060-pat00071
)는 0.45에서 0.55 범위 내에 있다. 이때, 상기 하중비(
Figure 112013025559060-pat00072
)는 강재한계온도를 결정하며, 이에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 강재한계온도(
Figure 112013025559060-pat00073
)는 상기 하중비(
Figure 112013025559060-pat00074
)에 따라 다음의 수학식 2와 같이 정의된다.In addition, the load ratio of most beams governed by usability conditions (
Figure 112013025559060-pat00071
) Is in the range 0.45 to 0.55. At this time, the load ratio (
Figure 112013025559060-pat00072
) Determines the steel limit temperature, and as shown in FIG. 2, the steel limit temperature (
Figure 112013025559060-pat00073
Is the load ratio (
Figure 112013025559060-pat00074
) Is defined as in Equation 2 below.

Figure 112012078512369-pat00075
Figure 112012078512369-pat00075

한편, 단면형상계수(

Figure 112012078512369-pat00076
)는 소요되는 내화성능 기준을 유지하면서 내화피복 두께에 대한 경제성을 제공함으로써 내화성능 시험자료의 폭넓은 사용을 가능하게 한다.On the other hand, the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112012078512369-pat00076
) Enables the widespread use of fire resistance test data by providing economics for fireproof coating thickness while maintaining the required fire resistance performance criteria.

구체적으로, 큰 둘레를 가진 강재의 단면은 적은 둘레를 가진 강재의 단면보다 더 많은 열을 받는다. 그리고 그 강재 단면 중에서 횡단면적이 클수록 더 많이 가열된다. 그러므로 작고 두꺼운 단면은 더 크고 엷은 두께의 단면보다도 가열 속도가 느리다. 따라서 단면형상계수(

Figure 112012078512369-pat00077
)는 화재시 단면이 가열되는 비율로서, 그 값이 클수록 더 많은 피복 두께가 소요된다.In particular, the cross section of the steel with the larger perimeter receives more heat than the cross section of the steel with the smaller perimeter. And the larger the cross-sectional area of the steel cross section is heated more. Therefore, smaller and thicker sections have a larger heating rate than larger, thinner sections. Therefore, the section shape factor (
Figure 112012078512369-pat00077
) Is the rate at which the cross section is heated in the event of fire, the larger the value, the greater the coating thickness.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 강재 내화성능 설계에서 단면형상계수(

Figure 112012078512369-pat00078
)는 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00079
)과 함께 강재의 내화시간을 결정하는데 사용된다. 여기서,
Figure 112012078512369-pat00080
는 화재에 노출된 둔면의 둘레[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00081
는 강재의 횡단면적[㎡]을 나타낸다. On the other hand, in the steel fire resistance performance design according to an embodiment of the present invention
Figure 112012078512369-pat00078
) Is the steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00079
) Is used to determine the fire resistance time of steel. here,
Figure 112012078512369-pat00080
Represents the perimeter [m] of the dull surface exposed to the fire,
Figure 112012078512369-pat00081
Represents the cross-sectional area [m 2] of the steel.

도 3은 단면형상계수와 열응답을 설명하기 위한 도면으로서, 도 3의 a)는 큰 단면형상계수와 작은 강재의 횡단면적을 갖는 부재(110)를 나타내고, 도 3의 b)는 작은 단면형상계수 및 큰 강재의 횡단면적을 갖는 부재(120)를 나타낸다.3 is a view for explaining the cross-sectional shape coefficient and thermal response, Figure 3a) shows a member 110 having a large cross-sectional coefficient and the cross-sectional area of the small steel, b) of Figure 3 is a small cross-sectional shape A member 120 having a modulus and a cross section of a large steel is shown.

도 3에 도시된 바와 같이, 큰 단면형상계수(

Figure 112013025559060-pat00082
) 및 작은 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00083
)를 갖는 강재(110)의 경우, 온도상승률이 커지게 된다. 또한, 작은 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00084
) 및 큰 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00085
)을 갖는 강재(120)의 경우, 온도상승률이 작아지게 된다.As shown in Figure 3, the large cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00082
) And the cross-sectional area of small steels (
Figure 112013025559060-pat00083
In the case of the steel 110 having a), the temperature rise rate is increased. Also, the small cross-sectional shape factor (
Figure 112013025559060-pat00084
) And the cross-sectional area of large steels (
Figure 112013025559060-pat00085
In the case of the steel 120 having a), the temperature rise rate is small.

이하, 강재의 내화시간에 대해 설명하며, 내화피복 강재의 내화시간 및 무피복 강재의 내화시간에 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the fire resistance time of the steels will be described, and the fire time of the fire-resistant coated steel and the fire time of the uncoated steel will be described below.

먼저, 내화피복 강재의 내화시간과 관련하여, NZS(New Zealand Standard) 3404는 시험결과에 의한 강재한계온도에 도달하는 시간 계산법을 설명하고 있다. 단 이러한 시험결과가 없는 경우, ECCS (1985)에서 발췌한 다음의 수학식 3을 사용하여 내화피복된 강재가 강재한계온도(

Figure 112013025559060-pat00086
)에 도달하기까지의 시간(
Figure 112013025559060-pat00087
)을 예측할 수 있다.First, with regard to the refractory time of fire-resistant clad steel, NZS (New Zealand Standard) 3404 describes the calculation of the time to reach the steel limit temperature based on the test results. However, in the absence of such test results, the steel limit temperature of fire-resistant clad steel using Equation 3 extracted from ECCS (1985)
Figure 112013025559060-pat00086
To reach)
Figure 112013025559060-pat00087
) Can be predicted.

Figure 112012078512369-pat00088
Figure 112012078512369-pat00088

여기서,

Figure 112012078512369-pat00089
은 강재한계온도[℃]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00090
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00091
]을 나타낸다. 또한,
Figure 112012078512369-pat00092
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00093
는 단면형상계수[
Figure 112012078512369-pat00094
]를 나타낸다. 이러한 수학식 3은
Figure 112012078512369-pat00095
,
Figure 112012078512369-pat00096
,
Figure 112012078512369-pat00097
,
Figure 112012078512369-pat00098
에서 유효하다. here,
Figure 112012078512369-pat00089
Represents the steel limit temperature [° C],
Figure 112012078512369-pat00090
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00091
]. Also,
Figure 112012078512369-pat00092
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00093
Is the cross-sectional shape factor [
Figure 112012078512369-pat00094
]. Equation 3 is
Figure 112012078512369-pat00095
,
Figure 112012078512369-pat00096
,
Figure 112012078512369-pat00097
,
Figure 112012078512369-pat00098
Available in

또한, 일반적으로 사용하는 단열재의 밀도와 열전도율은 표 1에 도시된 바와 같다. 즉, 표 1은 화재시 단열재의 재료특성을 나타내는 도면이다.In addition, the density and thermal conductivity of the heat insulating material generally used are shown in Table 1. That is, Table 1 shows the material properties of the heat insulating material in the event of fire.

Figure 112012078512369-pat00099
Figure 112012078512369-pat00099

예를 들면, 단열재는 뿜칠 광물섬유, 퍼라이트나 질석 회반죽, 섬유 규산 시트, 석고 플라스터 및 광물면슬래브일 수 있고, 각각의 밀도, 열전도율, 비열 및 평균 수분함유량은 표 1에 도시된 바와 같다.For example, the insulation can be a mineral fiber to be sprayed, a perlite or vermiculite plaster, a fibrous silicate sheet, a gypsum plaster and a mineral face slab, each of which has a density, thermal conductivity, specific heat and average water content as shown in Table 1.

한편, 강재의 내화시간(

Figure 112012078512369-pat00100
)에 단열재에 의한 지연시간(
Figure 112012078512369-pat00101
)을 추가하여 내화피복 강재의 내화시간을 결정한다. 이러한 단열재에 의한 지연시간(
Figure 112012078512369-pat00102
)은 다음의 수학식 4와 같다.Meanwhile, fire resistance time of steel
Figure 112012078512369-pat00100
Delay time due to insulation
Figure 112012078512369-pat00101
) To determine the fire resistance time of the fire resistant clad steel. Delay time due to such insulation (
Figure 112012078512369-pat00102
) Is as shown in Equation 4 below.

Figure 112012078512369-pat00103
Figure 112012078512369-pat00103

여기서,

Figure 112012078512369-pat00104
는 건조중량에 대한 수분비[%]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00105
는 단열재 밀도[
Figure 112012078512369-pat00106
]를 나타내며,
Figure 112012078512369-pat00107
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00108
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00109
]을 나타낸다. 단, 전술한 수학식 4는 성능이 뛰어난 단열재를 사용할 경우, 보수적인 결과값을 얻게 된다.here,
Figure 112012078512369-pat00104
Represents the moisture ratio [%] to dry weight,
Figure 112012078512369-pat00105
Is the insulation density [
Figure 112012078512369-pat00106
],
Figure 112012078512369-pat00107
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00108
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00109
]. However, Equation 4 described above gives a conservative result when using a heat insulating material having excellent performance.

또한, NZS(New Zealand Standard) 3404는 무피복 강재의 내화시간을 다음과 같이 정의하고 있다. 예를 들면, 3면 노출의 경우, 무피복 강재의 내화시간은 수학식 5와 같고, 4면 노출의 경우, 무피복 강재의 내화시간은 수학식 6과 같다.In addition, New Zealand Standard (NZS) 3404 defines the fire resistance time of uncoated steel as follows: For example, in the case of three-sided exposure, the fire resistance time of an uncoated steel is equal to Equation 5, and in the case of four-sided exposure, the fire resistance time of an uncoated steel is Equation 6.

Figure 112012078512369-pat00110
Figure 112012078512369-pat00110

Figure 112012078512369-pat00111
Figure 112012078512369-pat00111

이러한 수학식 5 및 6은

Figure 112012078512369-pat00112
,
Figure 112012078512369-pat00113
에서 유효하다. 단, 400℃ 미만인 경우, 시작점에서 400℃에 이르는 점을 선형 보간하여 사용할 수 있다.Equations 5 and 6
Figure 112012078512369-pat00112
,
Figure 112012078512369-pat00113
Available in However, if it is less than 400 ℃, the point from the starting point to 400 ℃ can be used by linear interpolation.

한편, 전술한 S160 단계에서 화재시 설계하중인 하중계수(

Figure 112012078512369-pat00114
) 및 강도저감계수(
Figure 112012078512369-pat00115
)는 다음의 수학식 7과 같이 주어질 수 있다. 예를 들면, 화재시 NZS(New Zealand Standard) 3404에서 사용하는 하중계수(
Figure 112012078512369-pat00116
)는 다음과 같다.On the other hand, the load factor design load in case of fire in the step S160 described above (
Figure 112012078512369-pat00114
) And strength reduction factor (
Figure 112012078512369-pat00115
) May be given by Equation 7 below. For example, the load factor used by New Zealand Standard (NZS) 3404 in the event of a fire (
Figure 112012078512369-pat00116
) Is as follows.

Figure 112012078512369-pat00117
Figure 112012078512369-pat00117

이때,

Figure 112012078512369-pat00118
는 강도저감계수로서, 상기 강도저감계수(
Figure 112012078512369-pat00119
)는 다음의 수학식 8과 같이 주어진다.At this time,
Figure 112012078512369-pat00118
Is the strength reduction coefficient, and the strength reduction coefficient (
Figure 112012078512369-pat00119
) Is given by Equation 8 below.

Figure 112012078512369-pat00120
Figure 112012078512369-pat00120

여기서,

Figure 112012078512369-pat00121
는 고정하중을 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00122
은 적재하중을 나타낸다.here,
Figure 112012078512369-pat00121
Denotes a fixed load,
Figure 112012078512369-pat00122
Represents the load.

한편, 설계강도(

Figure 112012078512369-pat00123
)에 사용되는 강도저감계수(
Figure 112012078512369-pat00124
)는 다음의 수학식 9와 같이 정의되지만, 상온에서 강도저감계수(
Figure 112012078512369-pat00125
)는 일반적으로 0.9의 값을 사용한다.On the other hand, design strength (
Figure 112012078512369-pat00123
Strength reduction factor used in
Figure 112012078512369-pat00124
) Is defined as in Equation 9 below, but the strength reduction coefficient (
Figure 112012078512369-pat00125
) Generally uses a value of 0.9.

Figure 112012078512369-pat00126
Figure 112012078512369-pat00126

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에 따르면, 평이한 단일부재에 대한 설계 가이드로서, 단열재의 성능을 고려하여 강재의 내화성능을 용이하게 설계할 수 있고, 또한, 기존의 사양적 설계기법이 아닌 성능적 설계기법에 따라 화재시 설계하중, 하중비, 소요강도 및 강재한계온도에 따라 강재의 내화성능을 정확하게 설계할 수 있다.
According to the method of designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention, as a design guide for a plain single member, it is possible to easily design the fire resistance of the steel in consideration of the performance of the insulating material, and also to the existing specification design According to the performance design technique, not the technique, the fire resistance performance of the steel can be accurately designed according to the design load, load ratio, required strength and steel limit temperature in case of fire.

이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법이 구현된 프로그램에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 to 9, a program in which a fire resistance performance design method of steel according to an embodiment of the present invention is implemented will be described in detail.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법이 구현된 프로그램의 메인화면을 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a main screen of a program in which a method for designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention is implemented.

본 발명의 실시예에 따른 콘크리트 구조부재의 내화성능 설계 방법은, 도 4에 도시된 바와 같이, 프로그램에 의해 구현되었으며, 예를 들면, 내화성능 설계 프로그램의 메인 화면(200)은 메인 뷰(210) 및 리포트 뷰(220)로 구분된다.Fire resistance performance design method of a concrete structural member according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 4, was implemented by a program, for example, the main screen 200 of the fire resistance performance design program is the main view 210 ) And the report view 220.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화피복 유무를 결정하는 것을 예시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating determining the presence or absence of fireproof coating in the fire resistance performance design method of the steel according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법이 구현된 프로그램은, 강재의 내화시간 산출 버튼(300)을 선택하면, 강재 특성 표시부(310), 강재 형상 선택부(320), 강재 특성 입력부(330), 내화시간 계산부(340), 내화시간 계산 버튼(350), 단열재 선택 버튼(360), 설계과정 표시 버튼(370) 및 결과보기 버튼(380)이 표시된다.As shown in FIG. 5, in the program in which the method for designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention is implemented, when selecting a fire resistance time calculation button 300 of steel, the steel characteristic display unit 310 and the shape of the steel are selected. The unit 320, the steel property input unit 330, the fireproof time calculator 340, the fireproof time calculation button 350, the insulation material selection button 360, the design process display button 370, and the result view button 380 are provided. Is displayed.

여기서, 강재 형상 선택부(320)에 의해 내화피복 유무를 결정할 수 있다.Here, the steel shape selection unit 320 may determine the presence of fire-resistant coating.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화피복 강재의 노출면을 선택하고 단열재 정보를 입력하는 것을 예시하는 도면이다.6 is a view illustrating the selection of the exposed surface of the refractory coating steel and input the insulation material in the fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.

강재 형상 선택부(320)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 무피복 강재 형상 선택부(321) 및 내화피복 강재 형상 선택부(322)로 구분되고, 상기 내화피복 강재 형상 선택부(322)의 3면 노출 또는 4면 노출을 선택하면, 단열재를 선택할 수 있다.As shown in FIG. 6, the steel shape selection unit 320 is divided into an uncoated steel shape selection unit 321 and a fireproof coating steel shape selection unit 322, and the fireproof coating steel shape selection unit 322. If you choose 3 side exposure or 4 side exposure, you can choose insulation.

즉, 단열재 선택 버튼(360)을 클릭하면, 단열재 두께 선택부(361)에 의해 단열재 두께를 입력할 수 있다. 또는, 내화피복 강재 선택시, 단열재 정보 선택부(362)에 의해 단열재 정보를 선택하거나 또는 직접 입력할 수 있다.That is, when the heat insulating material selection button 360 is clicked, the heat insulating material thickness can be input by the heat insulating material thickness selection part 361. Alternatively, when selecting the fire resistant coating steel, the heat insulating material information may be selected or directly input by the heat insulating material information selecting part 362.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 강재의 특성 및 하중을 입력하는 것을 예시하는 도면이다.7 is a view illustrating input of the characteristics and load of the steel in the fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.

강재 특성 표시부(310)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 현재 호주 유니버설 보와 기둥의 단면형상 정보가 탑재되어 있고, 강재 형상 선택부(320)의 단면형상 선택을 통해 Hp/A비를 업데이트할 수 있다.As shown in FIG. 7, the steel property display unit 310 is currently loaded with cross-sectional shape information of the Australian universal beam and the column, and updates the Hp / A ratio by selecting the cross-sectional shape of the steel shape selection unit 320. can do.

또한, 보 경간, 항복응력, 설계단면계수, 고정하중 및 적재하중 입력 등 사용 강재보의 특성을 입력할 수 있다.In addition, it is possible to input the characteristics of the used steel beams such as beam span, yield stress, design section coefficient, fixed load, and load load input.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화시간을 결정하는 것을 예시하는 도면이다.8 is a view illustrating the determination of the refractory time in the fire resistance performance design method of the steel according to an embodiment of the present invention.

내화시간 계산부(340)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 상온계산 및 강도판별부(341), 강도저감계수 입력부(342) 및 화재시 설계하중 조합 선택부(343)를 포함한다. As illustrated in FIG. 8, the fireproof time calculation unit 340 includes a room temperature calculation and strength determination unit 341, a strength reduction coefficient input unit 342, and a design load combination selection unit 343 during a fire.

이때, 상온계산 및 강도판별부(341)에 의해 상온 계산이 가능하고, 또한, 상온 계산시 강도저감계수 입력부(342)를 통해 강도저감계수를 입력할 수 있다. 예를 들면, 강도저감계수로 0.9가 입력되어 있는 상태로서, 사용자는 강도저감계수를 임의로 조작할 수 있다.In this case, the room temperature calculation may be performed by the normal temperature calculation and the strength determining unit 341, and the strength reduction coefficient may be input through the strength reduction coefficient input unit 342 during the normal temperature calculation. For example, as 0.9 is input as the intensity reduction coefficient, the user can arbitrarily manipulate the intensity reduction coefficient.

또한, 화재시 설계하중 조합 선택부(343)를 통해 화재시 설계하중을 조합하여 선택할 수 있다.In addition, the design load combination selection unit 343 during a fire may be selected by combining the design load during a fire.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화성능 및 내화시간 계산 결과를 출력하는 것을 예시하는 도면이다.9 is a diagram illustrating output of the results of calculating the fire resistance and fire resistance in the method of designing fire resistance of steel according to an embodiment of the present invention.

결과보기 버튼(380)을 클릭하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 내화성능 표시부(381) 및 내화시간 표시부(382)를 통해 각각 내화성능 및 내화시간 계산 결과를 출력할 수 있다. 이때, 강재의 내화시간 판별을 위해 등가화재심각도 산출이 우선적으로 이루어진다.When the result view button 380 is clicked on, as shown in FIG. 9, the fire resistance performance and the fire resistance time calculation results may be output through the fire resistance performance display part 381 and the fire resistance time display part 382, respectively. At this time, the equivalent fire severity calculation is preferentially performed to determine the fire resistance time of the steel.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화성능 설계 과정을 표시하는 것을 예시하는 도면이다.FIG. 10 is a diagram illustrating displaying a fire resistance performance design process in a fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에서 내화성능 설계 과정은, 도 10에 도시된 바와 같이, 도시됨으로써, 사용자가 강재의 내화성능 설계시 참조할 수 있다.
In the fire resistance performance design method of the steel according to an embodiment of the present invention, as shown in FIG. 10, the fire resistance performance design process is illustrated so that a user may refer to it when designing the fire resistance performance of the steel.

설계예Design example

본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화성능 설계 방법은, 전술한 도 5 내지 도 9에 도시된 프로그램에 따라 결정될 수 있고, 주어진 조건에 따라 내화피복된 강재보, 무피복된 강재보의 내화성능 및 내화시간을 결정하면 다음과 같다. Fire resistance performance design method according to an embodiment of the present invention, can be determined according to the above-described program shown in Figs. 5 to 9, and the fire resistance performance of the fire-resistant coated steel beam, the uncoated steel beam and the given conditions The fire resistance time is determined as follows.

<주어진 조건><Given condition>

보 경간:

Figure 112012078512369-pat00127
Beam span:
Figure 112012078512369-pat00127

보 형상: 410UB54 Beam shape: 410UB54

단면계수:

Figure 112012078512369-pat00128
Section modulus:
Figure 112012078512369-pat00128

단면형상계수:

Figure 112012078512369-pat00129
Sectional Shape Factor:
Figure 112012078512369-pat00129

고정하중:

Figure 112012078512369-pat00130
(자중 포함)Fixed load:
Figure 112012078512369-pat00130
(Including self weight)

적재하중:

Figure 112012078512369-pat00131
Load Load:
Figure 112012078512369-pat00131

이에 따라 전술한 주어진 조건에 근거한 상온에서의 강재는 다음과 같이 평가될 수 있다.Accordingly, the steel at room temperature based on the above given conditions can be evaluated as follows.

상온시 강도저감계수:

Figure 112013025559060-pat00132
Strength reduction coefficient at room temperature:
Figure 112013025559060-pat00132

상온시 강재의 항복응력:　

Figure 112013025559060-pat00133
Yield stress of steel at room temperature:
Figure 112013025559060-pat00133

상온시 하중계수 :

Figure 112013025559060-pat00134
Load factor at room temperature:
Figure 112013025559060-pat00134

상온시 소요강도:

Figure 112013025559060-pat00135
Strength at room temperature:
Figure 112013025559060-pat00135

상온시 휨강도(내력):

Figure 112013025559060-pat00136
Flexural Strength at Room Temperature
Figure 112013025559060-pat00136

상온시 설계강도:

Figure 112013025559060-pat00137
Design strength at room temperature:
Figure 112013025559060-pat00137

따라서 상온에서의 강재 평가 결과로서,

Figure 112013025559060-pat00138
로서, 즉, 설계강도가 286이고 소요강도가 275이므로, 설계강도가 소요강도보다 크기 때문에 합격(OK)으로 판단한다.Therefore, as a result of the steel evaluation at room temperature,
Figure 112013025559060-pat00138
That is, since the design strength is 286 and the required strength is 275, the design strength is larger than the required strength, so it is determined as OK.

한편, 전술한 주어진 조건에 근거한 고온에서의 화재시 강재는 다음과 같이 평가될 수 있다.On the other hand, the steel in case of fire at high temperature based on the above given conditions can be evaluated as follows.

화재시 강도저감계수:

Figure 112013025559060-pat00139
Strength Reduction Factor in Fire:
Figure 112013025559060-pat00139

화재시 하중계수:

Figure 112013025559060-pat00140
Load factor in fire:
Figure 112013025559060-pat00140

화재시 소요강도:

Figure 112013025559060-pat00141
Intensity in case of fire:
Figure 112013025559060-pat00141

화재시 하중비:

Figure 112013025559060-pat00142
Load ratio in case of fire:
Figure 112013025559060-pat00142

화재시 강재한계온도:

Figure 112013025559060-pat00143
In case of fire, steel limit temperature:
Figure 112013025559060-pat00143

한편, 본 발명의 실시예에 따른 강재의 내화시간 평가 결과는 다음과 같다.On the other hand, the fire resistance time evaluation results of the steel according to the embodiment of the present invention are as follows.

먼저, 무피복 강재보에 대한 3면 노출인 경우의 내화시간은 다음과 같다.First, the fire resistance time for three-sided exposure to uncoated steel beam is as follows.

Figure 112012078512369-pat00144
Figure 112012078512369-pat00144

이에 따라

Figure 112012078512369-pat00145
>
Figure 112012078512369-pat00146
이면, 합격(OK)으로 판정하고,
Figure 112012078512369-pat00147
<
Figure 112012078512369-pat00148
이면, 불합격(NG)으로 판정한다. 여기서,
Figure 112012078512369-pat00149
는 등가화재심각도를 나타낸다.Accordingly
Figure 112012078512369-pat00145
>
Figure 112012078512369-pat00146
If it is, it is determined as pass (OK),
Figure 112012078512369-pat00147
<
Figure 112012078512369-pat00148
If it is, it determines with reject NG. here,
Figure 112012078512369-pat00149
Indicates the equivalent fire severity.

다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 내화피복 강재보에 대한 내화시간은 다음과 같다.Next, the fire resistance time for the fire-resistant coated steel sheet according to an embodiment of the present invention is as follows.

<주어진 조건><Given condition>

석고 보드 20㎜로 보호Gypsum Board Protected With 20mm

단면형상계수:

Figure 112012078512369-pat00150
(3면 박스형 피복된 경우)Sectional Shape Factor:
Figure 112012078512369-pat00150
(When coated on three sided box type)

단열재 열전도율:

Figure 112012078512369-pat00151
Insulation Thermal Conductivity:
Figure 112012078512369-pat00151

단열재 두께:

Figure 112012078512369-pat00152
Insulation thickness:
Figure 112012078512369-pat00152

단열재 밀도:

Figure 112012078512369-pat00153
Insulation Density:
Figure 112012078512369-pat00153

강재의 내화시간(단열재 제외):

Figure 112012078512369-pat00154
Fire resistance time of steel (excluding insulation):
Figure 112012078512369-pat00154

단열재에 의한 지연시간:

Figure 112012078512369-pat00155
Latency due to insulation:
Figure 112012078512369-pat00155

강재의 내화시간(단열재 포함):

Figure 112012078512369-pat00156
Refractory time of steel (including insulation):
Figure 112012078512369-pat00156

이에 따라

Figure 112012078512369-pat00157
>
Figure 112012078512369-pat00158
이면, 합격(OK)으로 판정하고,
Figure 112012078512369-pat00159
<
Figure 112012078512369-pat00160
이면, 불합격(NG)으로 판정한다. 여기서,
Figure 112012078512369-pat00161
는 등가화재심각도를 나타낸다.Accordingly
Figure 112012078512369-pat00157
>
Figure 112012078512369-pat00158
If it is, it is determined as pass (OK),
Figure 112012078512369-pat00159
<
Figure 112012078512369-pat00160
If it is, it determines with reject NG. here,
Figure 112012078512369-pat00161
Indicates the equivalent fire severity.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is shown by the following claims rather than the above description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention. do.

110: 큰 단면형상계수와 작은 강재의 횡단면적을 갖는 부재(강재)
120: 작은 단면형상계수 및 큰 강재의 횡단면적을 갖는 부재(강재)
200: 강재 내화성능 설계 프로그램의 메인화면
210: 메인 뷰(Main View)
220: 리포트 뷰(Report View)
300: 강재의 내화시간 산출 버튼
310: 강재 특성 표시부
320: 강재 형상 선택부
330: 강재 특성 입력부
340: 내화시간 계산부
350: 내화시간 계산 버튼
360: 단열재 선택 버튼
370: 설계과정 표시 버튼
380: 결과보기 버튼
321: 무피복 강재 형상 선택부
322: 내화피복 강재 형상 선택부
341: 상온계산 및 강도판별부
342: 강도저감계수 입력부
343: 화재시 설계하중 조합 선택부
361: 단열재 두께 선택부
362: 단열재 정보 선택부
381: 내화성능 표시부
382: 내화시간 표시부110: member having a large cross-sectional shape and a cross-sectional area of a small steel (steel)
120: member having a small cross-sectional shape factor and a large steel cross section (steel material)
200: Main screen of steel fireproof performance design program
210: main view
220: Report View
300: fireproof time calculation button of steel
310: steel characteristics display
320: steel shape selection
330: steel properties input unit
340: fireproof time calculation unit
350: fireproof time calculation button
360: Insulation selection button
370: Design process display button
380: View Results button
321: Uncoated Steel Shape Selection
322: fire-resistant coated steel shape selection part
341: room temperature calculation and strength determination
342: strength reduction coefficient input unit
343: Design load combination selection part in case of fire
361: insulation thickness selection
362: Insulation information selection
381: fire resistance display
382: fireproof time display unit

Claims (20)

강재를 내화성능 및 내화시간에 따라 설계하기 위한 강재의 내화성능 설계 방법에 있어서,
a) 내화성능 평가를 위한 강재에 대한 경간, 형상, 설계단면계수, 단면형상계수, 고정하중 및 적재하중을 포함한 강재 정보를 설정 입력하는 단계;
b) 상온에서, 상기 강재 정보에 근거하여 상온시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하고, 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 따라 상온 휨강도 및 상온 설계강도, 상온 설계하중 및 상온 소요강도를 각각 산출하며, 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은지 판단하는 단계;
c) 상기 상온 소요강도가 상기 상온 설계강도보다 작은 경우, 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 평가하는 단계;
d) 상온에서 상기 강재가 적합하게 설계된 경우, 상기 강재 정보 중에서 상기 고정하중, 적재하중 및 강도저감계수에 근거하여 화재시의 설계하중을 산출하고, 상기 강재 정보에 근거하는 화재시 강도저감계수 및 강재항복응력을 산출하여 상기 강도저감계수 및 강재항복응력에 근거하여 화재시 소요강도를 산출하는 단계;
e) 화재한계 상태에서, 상기 설계단면계수 및 강재항복응력에 따라 상온에서의 부재내력을 산출하고, 상기 산출된 화재시 소요강도 및 상기 산출된 상온에서의 부재내력의 비에 의해 상기 강재의 하중비를 산출하는 단계;
f) 상기 강재의 하중비에 따라 강재한계온도를 산출하는 단계;
g) 상기 강재를 내화피복 유무에 따라 무피복 강재 또는 피복 강재로 구분하고, 상기 무피복 강재 또는 피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간―여기서, 내화성능은 화재시 설계하중, 소요강도, 강재한계온도 및 상온시와 화재시의 내력성능 비로 산출되고, 내화시간은 단면형상계수 및 강재한계온도에 의해 결정됨―을 각각 산출하는 단계; 및
h) 상기 산출된 내화시간을 기설정된 등가화재심각도와 비교하고, 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계된 것으로 평가하는 단계
를 포함하는 강재의 내화성능 설계 방법.In the fire resistance performance design method for designing the steel according to the fire resistance and fire resistance time,
a) setting and inputting steel information including span, shape, design section coefficient, section shape coefficient, fixed load and loading load for the steel for evaluating fire resistance performance;
b) at room temperature, calculate the strength reduction coefficient and steel yield stress at room temperature based on the steel information, and calculate the normal bending strength, room temperature design load, room temperature design load and room temperature required strength according to the strength reduction coefficient and steel yield stress, respectively. Calculating, and determining whether the room temperature required strength is smaller than the room temperature design strength;
c) evaluating that the steel is suitably designed at room temperature if the room temperature required strength is less than the room temperature design strength;
d) if the steel is suitably designed at room temperature, calculate the design load in case of fire based on the fixed load, loading load, and strength reduction coefficient among the steel information, and reduce the strength reduction coefficient in case of fire based on the steel information; Calculating steel yield stress to calculate required strength in case of fire based on the strength reduction coefficient and the steel yield stress;
e) Under the fire limit state, calculate the member strength at room temperature according to the design section coefficient and the steel yield stress, and load the steel by the ratio of the calculated fire required strength and the member strength at room temperature calculated. Calculating a ratio;
f) calculating a steel limit temperature according to the load ratio of the steel;
g) The steel is classified into uncoated steel or coated steel according to the presence of fireproof coating, and the fire resistance performance and the fire resistance time for the uncoated steel or coated steel, where fire resistance is design load, required strength and steel limit in case of fire. Calculating the temperature and normal temperature performance at room temperature and fire, and the fire time is determined by the cross-sectional shape coefficient and the steel limit temperature. And
h) comparing the calculated fire resistance time with a predetermined equivalent fire severity and evaluating that the steel is suitably designed when the fire resistance time is less than the equivalent fire severity.
Fire resistance performance design method of the steel comprising a. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 b) 단계의 상온 설계강도에 사용되는 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00232
)는,
Figure 112013025559060-pat00233
로 주어지고, 상온에서 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00234
)는 0.9의 값이 사용되는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
Strength reduction coefficient used for room temperature design strength of step b)
Figure 112013025559060-pat00232
),
Figure 112013025559060-pat00233
Strength reduction coefficient at room temperature
Figure 112013025559060-pat00234
) Is a method of designing the fire resistance performance of the steel, characterized in that the value of 0.9 is used. 제1항에 있어서,
상기 d) 단계의 화재시 설계하중인 하중계수(
Figure 112013025559060-pat00166
)는, 화재시 NZS(New Zealand Standard) 3404에 근거하여
Figure 112013025559060-pat00167
로 주어지고, 여기서,
Figure 112013025559060-pat00168
는 강도저감계수이며, 상기 강도저감계수(
Figure 112013025559060-pat00169
)는,
Figure 112013025559060-pat00170

로 주어지고, 여기서,
Figure 112013025559060-pat00171
는 고정하중을 나타내고,
Figure 112013025559060-pat00172
은 적재하중을 나타내는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
Load factor under design in case of fire in step d)
Figure 112013025559060-pat00166
) Is based on NZS (New Zealand Standard) 3404
Figure 112013025559060-pat00167
Lt; / RTI &gt;
Figure 112013025559060-pat00168
Is the strength reduction coefficient, and the strength reduction coefficient (
Figure 112013025559060-pat00169
),
Figure 112013025559060-pat00170

Lt; / RTI &gt;
Figure 112013025559060-pat00171
Denotes a fixed load,
Figure 112013025559060-pat00172
The fire resistance design method of the steel, characterized in that the loading load. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 e) 단계의 하중비(
Figure 112012078512369-pat00173
)는 화재한계 상태에 있는 상기 강재에 의해 저항되어야 하는 하중의 무차원 척도로서, 상기 하중비(
Figure 112012078512369-pat00174
)는 NZS(New Zealand Standard) 3404에 근거하여
Figure 112012078512369-pat00175
로 정의되며, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00176
는 화재한계 상태에서의 소요강도이고,
Figure 112012078512369-pat00177
는 상온에서의 부재내력인 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
The load ratio of step e)
Figure 112012078512369-pat00173
) Is a dimensionless measure of the load that must be resisted by the steel in the fire limit state, and the load ratio (
Figure 112012078512369-pat00174
) Is based on the New Zealand Standard (NZS) 3404
Figure 112012078512369-pat00175
Is defined as, where
Figure 112012078512369-pat00176
Is the required strength at the fire limit,
Figure 112012078512369-pat00177
The fire resistance performance design method of the steel, characterized in that the member strength at room temperature. 제6항에 있어서,
상기 상온에서의 부재내력(
Figure 112012078512369-pat00178
)은
Figure 112012078512369-pat00179
Figure 112012078512369-pat00180
Figure 112012078512369-pat00181
으로 주어지는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method according to claim 6,
Member strength at room temperature
Figure 112012078512369-pat00178
)silver
Figure 112012078512369-pat00179
Figure 112012078512369-pat00180
Figure 112012078512369-pat00181
Fire resistance design method of the steel, characterized in that given by. 제6항에 있어서,
상기 f) 단계의 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00182
)는 상기 하중비(
Figure 112012078512369-pat00183
)에 따라
Figure 112012078512369-pat00184
로 결정되는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method according to claim 6,
Steel limit temperature of step f)
Figure 112012078512369-pat00182
Is the load ratio (
Figure 112012078512369-pat00183
)Depending on the
Figure 112012078512369-pat00184
Fire resistance performance design method, characterized in that determined by. 제1항에 있어서,
상기 g) 단계의 강재 내화시간은, 화재시 단면이 가열되는 비율인 단면형상계수(
Figure 112012078512369-pat00185
) 및 상기 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00186
)에 의해 결정되며, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00187
는 화재에 노출된 둔면의 둘레[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00188
는 강재의 횡단면적[㎡]을 나타내는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
The fire resistance time of the steel in step g) is a cross-sectional shape coefficient which is a ratio of heating the cross section in case of fire (
Figure 112012078512369-pat00185
) And the steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00186
), Where
Figure 112012078512369-pat00187
Represents the perimeter [m] of the dull surface exposed to the fire,
Figure 112012078512369-pat00188
Is a cross-sectional area [m 2] of a steel material. 제9항에 있어서,
상기 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00189
)는 화재시 단면이 가열되는 비율로서, 그 값이 클수록 더 많은 피복 두께가 소요되며, 이때, 상기 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00190
)가 설정값보다 크고 상기 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00191
)이 설정값보다 작은 강재의 경우, 온도상승률이 커지고, 상기 단면형상계수(
Figure 112013025559060-pat00192
)가 설정값보다 작고 상기 강재의 횡단면적(
Figure 112013025559060-pat00193
)이 설정값보다 큰 강재의 경우, 온도상승률이 작아지는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.10. The method of claim 9,
The cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00189
) Is the rate at which the cross section is heated in case of fire, and the larger the value is, the more coating thickness is required, wherein the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00190
) Is greater than the set value and the cross-sectional area of the steel (
Figure 112013025559060-pat00191
) Is less than the set value, the temperature rise rate is increased, the cross-sectional shape coefficient (
Figure 112013025559060-pat00192
) Is smaller than the set value and the cross-sectional area of the steel (
Figure 112013025559060-pat00193
) If the steel is larger than the set value, the temperature rise rate is small, characterized in that the fire resistance design method of the steel material. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 g) 단계는,
g-1) 상기 강재가 내화피복이 있는 내화피복 강재인 경우, 상기 강재한계온도에 대응하는 단열재의 의한 지연시간을 산출하는 단계; 및
g-2) 상기 내화피복 강재에 대한 상기 단열재에 의한 지연시간을 상기 강재의 내화시간에 추가하여 내화성능 및 내화시간을 산출하는 단계
를 포함하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1, wherein g),
g-1) calculating the delay time of the heat insulating material corresponding to the steel limit temperature when the steel is a fireproof coated steel with fireproof coating; And
g-2) calculating the fire resistance performance and the fire resistance time by adding the delay time by the insulation material to the fire resistant coating steel to the fire time of the steel material.
Fire resistance performance design method of the steel comprising a. 제12항에 있어서, 상기 내화피복 강재가 상기 강재한계온도(
Figure 112012078512369-pat00194
)에 도달하기까지의 내화시간(
Figure 112012078512369-pat00195
)은,
Figure 112012078512369-pat00196

로 주어지고, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00197
은 강재한계온도[℃]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00198
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00199
]을 나타내며,
Figure 112012078512369-pat00200
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00201
는 단면형상계수[
Figure 112012078512369-pat00202
]를 나타내는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 12, wherein the fire-resistant coated steel material is the steel limit temperature (
Figure 112012078512369-pat00194
Fireproof time to reach
Figure 112012078512369-pat00195
)silver,
Figure 112012078512369-pat00196

Lt; / RTI &gt;
Figure 112012078512369-pat00197
Represents the steel limit temperature [° C],
Figure 112012078512369-pat00198
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00199
],
Figure 112012078512369-pat00200
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00201
Is the cross-sectional shape factor [
Figure 112012078512369-pat00202
] Fire resistance performance design method of the steel material characterized in that. 제13항에 있어서,
상기 내화피복 강재의 내화시간은 상기 강재의 내화시간(
Figure 112012078512369-pat00203
)에 단열재에 의한 지연시간(
Figure 112012078512369-pat00204
)을 추가한 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 13,
The fire time of the fire-resistant coated steel is the fire time of the steel (
Figure 112012078512369-pat00203
Delay time due to insulation
Figure 112012078512369-pat00204
Fire resistance performance design method characterized in that the addition of). 제14항에 있어서, 상기 단열재에 의한 지연시간(
Figure 112012078512369-pat00205
)은,
Figure 112012078512369-pat00206

로 주어지고, 여기서,
Figure 112012078512369-pat00207
는 건조중량에 대한 수분비[%]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00208
는 단열재 밀도[
Figure 112012078512369-pat00209
]를 나타내며,
Figure 112012078512369-pat00210
는 단열재의 두께[m]를 나타내고,
Figure 112012078512369-pat00211
는 단열재의 열전도율[
Figure 112012078512369-pat00212
]을 나타내는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.15. The method of claim 14, wherein the delay time due to the heat insulator (
Figure 112012078512369-pat00205
)silver,
Figure 112012078512369-pat00206

Lt; / RTI &gt;
Figure 112012078512369-pat00207
Represents the moisture ratio [%] to dry weight,
Figure 112012078512369-pat00208
Is the insulation density [
Figure 112012078512369-pat00209
],
Figure 112012078512369-pat00210
Represents the thickness [m] of the heat insulating material,
Figure 112012078512369-pat00211
Is the thermal conductivity [
Figure 112012078512369-pat00212
] Fire resistance performance design method of the steel material characterized in that. 제1항에 있어서,
상기 g) 단계는, 내화피복이 없는 경우, 무피복 강재에 대한 내화성능 및 내화시간을 산출하는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
Step g), if there is no fire-resistant coating, the fire resistance performance design method of the steel, characterized in that for calculating the fire resistance performance and the fire resistance time for the uncoated steel. 제16항에 있어서, 상기 무피복 강재의 내화시간은, NZS(New Zealand Standard) 3404에 따라, 3면 노출의 경우,
Figure 112012078512369-pat00213
로 주어지고,
4면 노출의 경우,
Figure 112012078512369-pat00214

로 주어지는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.17. The method of claim 16, wherein the fire resistance time of the uncoated steel is in accordance with NZS (New Zealand Standard) 3404, for three-sided exposure.
Figure 112012078512369-pat00213
Lt; / RTI &gt;
For four sided exposure,
Figure 112012078512369-pat00214

Fire resistance performance design method of the steel, characterized in that given by. 제17항에 있어서,
상기 무피복 강재의 내화시간(
Figure 112012078512369-pat00215
)은
Figure 112012078512369-pat00216
,
Figure 112012078512369-pat00217
에서 유효한 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.18. The method of claim 17,
Fire resistance time of the uncoated steel (
Figure 112012078512369-pat00215
)silver
Figure 112012078512369-pat00216
,
Figure 112012078512369-pat00217
Method for designing fire resistance of steel, characterized in that available in. 제1항에 있어서,
상기 h) 단계에서 상기 내화시간이 상기 등가화재심각도보다 작지 않은 경우, 상기 강재가 적합하게 설계되지 않은 것으로 판단하여 재설계를 수행하는 것을 특징으로 하는 강재의 내화성능 설계 방법.The method of claim 1,
And in step h), if the fire resistance time is not less than the equivalent fire severity, determining that the steel is not properly designed and performing a redesign. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제10항 및 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 강재의 내화성능 설계 방법에 의해 설계된 강재.20. A steel designed by the method for designing fire resistance of steel according to any one of claims 1, 3, 4, 6 to 10 and 12 to 19.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003105922A (en) 2001-09-28 2003-04-09 Nkk Corp Steel-pipe concrete column and its designing method
JP2008088628A (en) 2006-09-29 2008-04-17 Taisei Corp Fire-resistance design method for prestressed member

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