KR20230154603A - 내화슬래브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구축이 완료된 슬래브에 대하여 어느 위치에 관통홀이 형성되더라도 추가적인 내화조치를 필요로 하지 않도록 슬래브 자체에 내화성능이 유지될 수 있는 슬래브의 구조에 관한 것으로서, 이는 상부 강판과 하부 강판 및, 이들 상하부 강판 사이에 충진되는 열차단재가 포함되어 구성되고, 상기 상부강판에는 역T형 강재가 부착되어, 상기 역T형 강재가 상부 강판과 함께 H형 단면을 형성시키면서 상기 열차단재 내부에 매립되며, 상기 역T형 강재와 하부강판 사이에는 설계 내화시간만큼의 피복두께가 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내화슬래브{FIRE RESISTANT SLAB}

본 발명은 별도의 내화조치를 필요로 하지 않는 내화슬래브에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 구축이 완료된 슬래브에 대하여 어느 위치에 관통홀이 형성되더라도 추가적인 내화조치를 필요로 하지 않도록 슬래브 자체에 내화성능이 유지될 수 있는 슬래브의 구조에 관한 것이다.

반도체 제조공장은 반도체를 생산하는 크린룸의 제조실과, 이를 지원하기 위한 전기와 초순수, 가스 등을 공급하기 위한 지원실로 이루어지는바, 이러한 가스 등은 가연성을 가지고 있어 이에 대한 방화대책이 요구된다.

예컨대 반도체 제조공정 중 식각공정은 각종 가스를 사용한 프라즈마를 이용하게 되는데, 이들 가스를 공급하는 흄덕트는 화재위험이 높은 덕트이다. 그럼에도 상기 흄덕트는 전체 건축물을 관통하여 설치될 수 밖에 없다.

한편 화재발생시 화염은 하층에서 상층으로 옮아가게 되는 바, 상기의 흄덕트 등이 설치되는 DS(DUCT & SHAFT)구간에서는 반드시 층간 방화구획이 이루어져야 한다.

그러나 생산계획에 따른 잦은 레이아웃의 변경 등으로 인하여 건축물의 슬래브 시공시 흄덕트나 전기설비등을 위한 덕트를 관통시키기 위한 관통개구를 슬래브에 미리 형성시키는 것은 현실적으로 쉽지 않다.

따라서 건축물이 완성된 후 사후에 덕트 등의 설치위치가 설정되면 그 때에 비로소 슬래브에 필요한 관통개구를 형성시킬 수 밖에 없게 되는 바, 이 경우 관통작업과정 중에 내화피복이 벗겨져 나가면서 공중으로 비산되고, 내화 재시공을 위한 작업이 매우 번잡하게 되는 등 많은 문제점을 야기시키게 된다.

따라서 DS 전구간에 대하여는 비내화구조로 설계를 하고, 그 대신 수직벽체로 방화구획하여 슬래브의 단위면적을 감소시켜 도 13에서와 같이 사후 관통개구(H)를형성시키는 방식을 이용하는 것이 일반적이다. 그러나 이러한 방화구획의 수직벽체는 작업자의 출입 및 이동을 제한하는 요인으로 작용하여 작업능률을 저하시키게 된다.

KR 10-1877227 B1

본 발명은 종래기술의 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 슬래브 자체에 요구되는 내화성능을 가지게 함으로써 별도의 방화벽을 필요로 하지 않도록 하며, 화재 및 관통개구의 형성시에도 구조적 성능을 유지함으로써, 관통개구의 설치 위치가 자유롭고 관통개구의 시공이 용이한 구조를 가지는 내화슬래브를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 의하면, 상부 강판과 하부 강판 및, 이들 상하부 강판 사이에 충진되는 열차단재가 포함되어 구성되는 것으로서, 상기 상부강판에는 역T형 강재가 부착되어, 상기 역T형 강재가 상부 강판과 함께 H형 단면을 형성시키면서 상기 열차단재 내부에 매립되며, 상기 역T형 강재와 하부강판 사이에는 설계 내화시간만큼의 피복두께가 형성되는 것을 특징으로 하는 내화슬래브가 제공된다.

상기 상하부 강판의 양측단은 측면강재에 의해 일체화될 수 있으며, 이러한 상기 측면강재에 관한 일 실시예는 개방된 부분이 외측을 향하도록 상하부 강판에 부착되는 ㄷ자 형강으로 구성된다. 이때 상기 ㄷ자 형강의 내면에는 내화재가 더 도포될 수 있다.

아울러 열차단재를 기포콘크리트 또는 모르타르로 구성시켜 관통개구의 시공을 용이하게 할 수 있다.

또한 상부 강판을 하부 강판보다 두껍게 구성시켜 강재의 효율적인 사용을 도모할 수 있으며, 상하부 강판 중 적어도 상부 강판의 하면에 요철을 형성시켜 상부 강판과 열차단재 사이의 일체성을 도모하게 할 수 있다.

본 발명의 내화슬래브는 상하부 모두에 강판을 사용하여 슬래브의 두께를 최소화시키면서, 슬래브 자체에 요구되는 내화성능을 가지고 있으므로, 내화시공을 위한 별도의 작업을 필요로 하지 않아 시공성 및 경제성이 향상되고, 슬래브의 어느 위치에 관통개구를 형성시키더라도 별도의 내화조치를 추가할 필요가 없어 기계설비의 자유로운 배치 내지 위치변경을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 내화슬래브의 2개가 이음 연결된 상태의 절개사시도 및 단면도이다.
도 2는 상기 도 1의 A부분에 대한 상세도이다.
도 3은 상기 도 1의 B부분에 대한 상세도이다.
도 4는 본 발명의 내화슬래브에 대한 구조실험을 위한 장비 및 실험과정에 관한 사진이다.
도 5는 상기 구조실험 결과에 따른 실험체의 변형상태에 관한 각 사진이다.
도 6은 상기 구조실험 결과에 따른 실험체의 하중-변위관계에 관한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 내화슬래브에 대한 내화실험을 위한 열전대 및 환봉의 설치 위치에 관한 설명도이다.
도 8은 상기 내화실험 종료후의 실험체의 형상에 대한 사진이다.
도 9, 10은 상기 내화실험에 따른 온도분포에 관한 각 그래프이다.
도 11, 12는 상기 내화실험에 따른 열변형 결과의 각 그래프이다.
도 13은 종래기술에 의해 비내화슬래브에 관통개구가 형성된 상태의 사진이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명을 설명함에 있어 공지의 구성을 구체적으로 설명함으로 인하여 본 발명의 기술적 사상을 흐리게 하거나 불명료하게 하는 경우에는 위 공지의 구성에 관한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 내화슬래브(100)를 도시한 것으로서 (a)는 내화슬래브(100) 2개를 이음 연결한 상태의 절개사시도이고, (b)는 그의 단면도이다. 아울러 도 2는 내화슬래브(100)의 중간부인 도 1의 A부분에 대한 상세도이고, 도 3은 내화슬래브(100)의 측단이 이음 연결된 부분인 도 1의 B부분에 대한 상세도이다.

본 발명의 내화슬래브(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 강판(10)과 하부 강판(20) 및, 이들 상하부 강판(10,20) 사이에 충진되는 열차단재(50)가 포함되는 구성을 가진다.

상부 강판(10)은 평상시 뿐만 아니라 화재시에도 후술하는 역T형 강재(30)와 함께 내화슬래브(100)의 주된 구조부재의 기능을 한다.

이에 반하여 하부 강판(20)은 평상시에 상부 강판(10)과의 사이간격이 일정하게 유지될 수 있도록 함으로써 내화슬래브(100)의 구조적 성능에 기여하게 하나, 화재시에는 구조부재의 기능을 하지 않아도 되도록 구성시킴으로써 하부 강판(20)의 두께를 최소화시킬 수 있도록 한다.

따라서 본 발명의 다른 실시예에서는 상부 강판(10)이 하부 강판(20)보다 두껍게 구성된다.

아울러 상부 강판(10)과 하부 강판(20) 중 적어도 상부 강판(10)의 하면에는 요철(11)을 형성시킴으로써 이들 사이에 충진된 열차단재(50)와의 부착성을 향상시키는 것이 바람직하다. 이를 위한 수단으로 하부 강판(20)의 하면에 익스펜디드 메탈을 부착시키거나, 하면에 그믈코 등의 돌출무늬가 새겨진 문늬강판을 하부 강판(20)으로 사용할 수 있다.

이러한 상부 강판(10)에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 역T형 강재(30)가 부착되어 열차단재(50) 내부에 매립된다.

구체적으로 상기 역T형 강재(30)의 웨브(31)가 상부 강판(10)에 부착되고 플랜지(32)가 상부 강판(10)으로부터 이격되도록 역T형 강재(30)가 상부 강판(10)에 부착됨으로써, 역T형 강재(30)는 상부 강판(10)과 함께 H형 단면을 형성시켜 구조적 성능이 효율적으로 발휘될 수 있도록 한다.

상부 강판(10)에 대한 역T형 강재(30)의 설치는 내화슬래브(100)의 규격에 따라 중간에 한 개가 설치될 수도 있고, 다수 개가 일정한 간격으로 설치될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 화재발생시에는 상부 강판(10)과 역T형 강재(30)가 H형 단면을 형성하여 구조적 기능을 하는 것인바, 요구되는 내화시간동안 상기의 H형 단면이 구조적 기능을 유지할 수 있도록 상기 역T형 강재(30)는 하부 방향에 대하여 충분한 피복두께(t)를 가져야 한다.

이에 따라 본 발명의 내화슬래브(100)는 역T형 강재(30)와 하부 강판(20) 사이에 설계 내화시간만큼의 피복두께(t)가 형성된다. 물론 상기의 피복두께(t)는 상부 강판(10)과 하부 강판(20) 사이에 충진되는 열차단재(50)의 재질에 따라 달라질 수 있다.

열차단재(50)는 열전도율이 낮으면서 관통개구의 시공이 용이한 재질이 사용되어야 한다. 예컨대 기포콘크리트 또는 모르타르 등의 무기질이 사용되어야 하며, 관통개구의 시공이 쉽지 않은 폴리우레탄 등의 합성수지는 열차단재(50)로 사용될 수 없다.

상부 강판(10)과 하부 강판(20)은 양 측단이 측면강재(40)에 의해 일체화되어 상하부 강판(10,20)의 사이 간격이 일정하게 유지될 수 있도록한다.

상기 측면강재(40)는 내화슬래브(100) 양 측단의 고정되는 위치에 따라 다양한 단면 형상의 것이 사용될 수 있다. 예컨대 띠형상의 판상의 구조를 가질 수도 있고 각관의 구조를 가질 수도 있다.

그러나 가장 바람직하게는 도 3에 도시된 바와 같이, 내화슬래브(100)에 대하여 테두리보 기능을 하여 양 측단에 대한 보강이 이루어질 수 있도록 ㄷ자 형강을 사용한다. 이때 ㄷ자 형강의 개방된 부분이 외측을 향하도록 함으로써, 인접한 내화슬래브(100)와의 연결시 단면성능이 우수한 각관형상의 테두리보를 형성하면서도 그 내면에 내화재(41)를 도포시킬 수 있도록 한다.

상기한 구조를 가지는 본 발명의 내화슬래브(100)의 구조 및 내화성능을 확인하기 위하여 다음과 같은 실험을 실시하였다.

<실험체>

상부 강판(10)과 하부 강판(20)은 무늬강판(SS275)을 사용하고, 상부 강판(10)과 하부 강판(20)의 각 두께는 4.5mm와 3.2mm로 하였고, 중앙부에서 상부 강판(10)에 부착된 역T형 강재(30)는 T-60×100×10×10을 사용하였고, 양측단의 측면강재(40)는 기성품인 ㄷ-100×50×7.5×5의 것을 사용하면서 그 내면에는 내화뿜칠을 하였으며 처짐변형 등을 확인할 수 있도록 이음구조를 가지도록 하였으며. 상하부 강판(10,20) 사이의 열차단재(50)는 기포 콘크리트(10MPa)로 하였으며, 실험체의 형상은 구조실험에서는 2×4.7m의 규격으로, 내화실험에서는 3×4.4m의 규격으로 하였다. 도 3은 이러한 실험체의 세부 상세도를 단면으로 도시한 것이다.

1) 휨성능 실험

휨성능의 구조실험은 활차를 지지대 역할로 하여 실험체를 거치시키고, 100의 엑츄에이터를 이용하여 상기 실험체에 하중을 가하는 방식으로 이루어졌다. 도 4는 상기의 구조실험을 위한 장비 및 실험과정에 관한 사진이고, 도 5는 상기 실험결과에 따라 발생된 실험체의 변형상태에 관한 각 사진을 나타낸 것이다. 도 5에서 (a)의 FRS-C는 중앙부의 역T형 강재(30)가 위치한 부분을 나타내고, (b)의 FRS-E는 단부의 ㄷ형강 한쌍을 이음한 부분을 나타낸 것이다. 아울러 도 6은 하중과 변위의 관계를 그래프로 나타낸 것이다. 참고로 휨성능 실험은 서울시립대학교 구조실험동에서 이루어졌다.

실험결과, 도 5에서 알 수 있듯이, 실험체의 중앙부(역T형 강재(30) 위치)에서 항복 이후 무늬강판과 테두리강판의 가 용접부에 벌어짐현상이 발생하였고, 측단(ㄷ형강 위치)에서도 위 중앙부와 매우 유사한 거동을 나타냈으나, 비교적 우수한 내력과 변위 양상을 나타냄으로써 최대내력 이후 거동이 안정적이었다.

아래의 표 1은 중앙부와 측단에 대하여 수치해석한 이론값의 내력(P1)의 예상치를 도 위 실험에 의한 결과(P2, 도 6 참조)를 비교한 것이다.

	P1	P2	P1/P2
FRS-C	113.5	115.3	1.02
FRS-E	122.0	187.5	1.54

위 표 1에서 보여지는 바와 같이, 중앙부와 측단 모두 이론값의 예상내력(P1)보다 높은 내력을 나타내고 있으며, 특히 측단의 경우의 휨내력이 예상보다 약 1.5배 향상되어, 2개의 내화슬래브(100)가 이음 연결된 경우 ㄷ형강의 측면강재(40)가 휨강성 향상을 위한 구조재의 기능까지도 기대할 수 있음을 알 수 있다.

2) 내화성능 실험

내화성능실험은, 국토교통부의 내화구조의 인정 및 관리업무 세부운영지침, KS F 2257-1, 5의 건축부재의 내화시험방법(일반요구사항, 수평내력구획부재의 성능조건) 및, KS F 1161-4의 건축부재의 내화성능표준(제4부; 합성데크 바닥구조)에 서 규정하고 있는 방법에 따라 실험을 실시하였다.

구체적으로 실험체의 상면에 등분포 재하조건에 맞도록 16포인트에 재하(125Kg 블록 8개를 제작하여 각 블록당 2포인트 재하)한 상태에서 상기한 규정에 의한 온도의 변화를 가지도록 고온으로 120분 가열하였다. 참고로 상기 내화실험은 한국화학융합시험연구원에서 실시하였다.

도 7은 내화실험을 위한 열전대 및 환봉의 설치 위치를 나타낸 것이고, 도 8은 내화실험 종료후의 실험체의 형상을 사진으로 나타낸 것이며, 도 9, 10은 상기 내화실험의 결과에 의한 온도분포를 그래프로 각 도시한 것이다. 또한 도 11, 12는 열변형 결과를 분석한 것으로서, 도 11은 변형량에 대하여, 도 12는 변형율에 관하여 각 그래프로 도시한 것이다.

먼저 도 9의 FRS-C의 온도분포에 관하여 살펴보면, check point 10(이하 'Ch.10'의 방식으로 표시함)는 측정불량으로 확인할 수는 없었으나, 표면의 Ch.1,6,4,9중 역T형 강재(30)가 위치한 Ch.1, 6에서는 220도 미만, 역T형 강재(30)가 없는 위치의 Ch.4, 9에서는 150도 미만을 나타냈으며, 열차단재(50)의 온도는 538도 미만으로 강도유지의 가능성을 보여주었다.

도 10의 FRS-E의 온도분포에 관하여 살펴보면, 표면의 Ch.1,6,4,9는 모두 200도 미만으로 나타났다. 내화뿜칠된 구간에서는 온도측정이 매우 불안정하였다.

이와 같이 FRS-C, FRS-E 모두에 대한 표면온도는 인증온도인 200도 미만으로 본 발명의 내화슬래브(100)가 2시간 내화의 충분한 기능을 가지고 있음을 알 수 있다.

다음으로 열변형에 관하여 살펴보면, 허용 변형량은 다음의 산식 1에 의해 산출되는 바, 본 실험체의 허용 변형량은 400.9mm가 된다.

산식 1) D(허용 변형량)= L²/400d(mm)

여기에서 L은 슬래브의 길이, d는 슬래브의 두께이다.

그러나 실험결과 도 11에 나타나 있는 바와 같이 FRS-C와 FRS-E 모두 상기의 위 허용 변형량 미만으로 모두 만족하고 있다.

또한 허용 변형률은 다음의 산식 2에 의하며, 변형률 적용구간은 L/30를 초과한 구간이다, 이에 의하면 본 실험체의 허용 변형률은 17.8mm/min이고 변형률 적용구간은 140.0mm를 초과한 구간이 된다.

산식 2) dD/dt = L²/9000d(mm/min)

그러나 이에 대한 실험결과 역시 도 12에 도시된 바와 같이 FRS-C와 FRS-E의 두 실험체 모두 상기한 허용 변형률을 모두 만족하고 있다.

상기한 구조 및 내화실험결과 본 발명의 내화슬래브(100)는 충분한 구조적 성능과 내화성능을 발휘하는 것임을 알 수 있다.

이상에서 본 발명은 구체적인 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였으나, 상기 실시 예는 본 발명을 이해하기 쉽도록 하기 위한 예시에 불과한 것이므로, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 이를 다양하게 변형하여 실시할 수 있을 것임은 자명한 것이다. 따라서 그러한 변형 예들은 청구범위에 기재된 바에 의해 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

10; 상부 강판 11; 요철
20; 하부 강판 30; 역T형 강재
31; 웨브 32; 플랜지
40; 측면강재 41; 내화재
50; 열차단재 t; 피복두께

Claims (7)

1. 상부 강판(10)과 하부 강판(20) 및, 이들 상하부 강판(10,20) 사이에 충진되는 열차단재(50)가 포함되어 구성되는 것으로서,
   상기 상부 강판(10)에는 역T형 강재(30)가 부착되어, 상기 역T형 강재(30)가 상부 강판(10)과 함께 H형 단면을 형성시키면서 상기 열차단재(50) 내부에 매립되며,
   상기 역T형 강재(30)와 하부 강판(20) 사이에는 설계 내화시간만큼의 피복두께(t)가 형성되는 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상하부 강판(10,20)의 양측단은 측면강재(40)에 의해 일체화되는 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 측면강재(40)는 개방된 부분이 외측을 향하도록 상하부 강판(10,20)에 부착되는 ㄷ자 형강인 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 ㄷ자 형강의 내면에는 내화재(41)가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
5. 제1항에 있어서,
   상기 열차단재(50)는 기포콘크리트 또는 모르타르인 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 상하부 강판(10,20) 중 적어도 상부 강판(10)의 하면에는 요철(11)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
7. 제1항에 있어서,
   상기 상부 강판(10)은 하부 강판(20)보다 두껍게 구성되는 것을 특징으로 하는 내화슬래브.
   

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