세장비·가동중량·내진스토퍼·지진분리장치

왜 배우는가: 세장비·가동중량·내진스토퍼·지진분리장치는 소방배관과 펌프·수조 등 소방설비의 지진 대응을 정하는 핵심 용어이다. 흔들림 방지 버팀대 설계와 방진장치 설치, 지진분리이음 배치를 계산하고 설명하는 문제에 반복해서 출제된다. 개념 정의와 기준 수치를 함께 알아야 답안을 완성할 수 있다.

출제 이력: 제139회 3교시 6번, 제128회 1교시 5번, 제110회 4교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

세장비는 흔들림 방지 버팀대의 길이와 최소 단면 2차 반경의 비로, 커질수록 좌굴에 취약하다.

• 세장비(slenderness ratio)
• 가동중량(operating weight)
• 내진스토퍼(seismic stopper)
• 지진분리장치(seismic separation device)
• 흔들림 방지 버팀대(sway brace)
• 수평지진하중(horizontal seismic load)
• 영향구역(influence area)
• 상쇄배관(offset)

2. 개념 풀이

쉬운 말로 하면, 세장비는 버팀대가 얼마나 가늘고 긴지를 나타내는 값이다. 값이 크면 지진 때 버팀대가 휘어 끊어지기 쉽다. 정식 정의는 소방시설의 내진설계 기준 제3조 제5호에 따른다. 여기서 세장비 L/r은 흔들림 방지 버팀대 지지대의 길이 L과 최소단면2차반경 r의 비율이다.

세장비는 좌굴 안전을 판단하는 기준 값이다. 기준은 제9조 제1항 제4호에 따라 흔들림 방지 버팀대의 세장비가 300 이하여야 한다고 정한다. 가지배관 환봉타입 고정장치는 제13조 제1항 제4호에 따라 400 이하로 정한다. 단, 양쪽 방향으로 두 개의 고정장치를 설치하는 경우 세장비를 적용하지 않는다. 두 기준의 적용 대상이 다르므로 혼동하지 않는다.

가동중량은 지진력을 계산하는 기준 무게이다. 정식 정의는 제3조 제10호에 따른다. 가동중량 Wp는 수조, 가압송수장치, 함류, 제어반등, 저장용기, 비상전원, 배관의 작동상태를 고려한 무게이다. 배관은 용수가 충전된 배관 무게의 1.15배를 적용한다.

내진스토퍼는 지진하중에 의해 과도한 변위가 생기지 않도록 제한하는 장치이다. 방진장치를 가진 가압송수장치에서 앵커볼트로 고정할 수 없을 때 설치한다. 정상운전을 위해 본체와 3mm 이상 이격하여 설치한다.

지진분리장치는 건축물의 지진분리이음 위치에서 모든 방향의 상대변위를 허용하는 커플링, 플렉시블 조인트 등의 집합체이다. 제3조 제8호의 정의를 따른다. 지진분리이음은 배관의 축방향 변위와 회전, 1° 이상의 각도변위를 허용하는 이음이다.

3. 등장 배경과 필요성

지진 시 소방배관과 설비는 건축물과 다른 방향으로 흔들린다. 이때 배관이 벽이나 바닥을 치거나 분리되면 소화기능이 상실된다. 따라서 흔들림 방지 버팀대와 지진분리 장치를 설치해 변위를 제한하고 흡수하도록 설계한다.

가압송수장치는 방진장치로 진동을 줄이는데, 방진장치가 과도한 이동을 허용하면 펌프가 전도되거나 배관이 파손된다. 이를 막기 위해 내진스토퍼를 두고 이격 거리와 허용하중을 함께 관리한다. 이 개념들은 설계 단계에서 수치로 확인해야 하므로 시험에서 계산과 함께 묻는다.

국내에서는 2017년 제정된 소방시설의 내진설계 기준이 이 개념들의 기준 체계이다. 법령 체계와 세부 기준은 최근 개정이 이어지므로 현행 조문을 확인해야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

흔들림 방지 버팀대, 내진스토퍼, 지진분리장치는 지진 시 배관과 설비의 이동을 구속하거나 상대변위를 흡수하는 장치다. 세 장치 모두 가동중량과 수평지진하중을 기준으로 용량을 정한다.

구성요소와 설계 포인트는 다음 표와 같다.