내화 설계기준

내화 설계기준 정의

내화 설계기준은 터널 화재 시 구조부재가 붕괴하지 않도록 정하는 기준이다.

구조부재가 설계 내화시간 동안 버텨야 피난과 소화활동이 가능하다.

그래서 재료의 한계온도와 내화공법을 함께 정해 구조체를 보호한다.

터널 화재의 특성

터널 화재는 개방 공간 화재와 달리 열과 연기가 갇힌다.

그래서 온도 상승이 빠르고 최고 온도가 높다.

일반 건축물의 표준화재 곡선으로는 이 상황을 충분히 나타내기 어렵다.

이 때문에 터널 전용 온도-시간 곡선이 필요해졌다.

한계온도와 피복두께

내화 설계는 부재 온도가 한계온도를 넘지 않음을 확인하는 과정이다.

한계온도는 부재가 구조 성능을 잃기 시작하는 온도다.

부재 온도 T를 열해석으로 구해 철근의 한계온도 Tcr과 비교한다.

T가 Tcr 이하이면 내화 성능을 만족한다.

넘으면 피복두께를 늘리거나 내화공법을 추가한다.

판정 절차 직접 풀기

판정은 세 단계로 진행한다.

먼저 부재의 실제 온도 T를 열해석으로 구한다.

그다음 철근의 한계온도 Tcr과 비교한다.

T가 Tcr 이하이면 만족하고, 넘으면 피복 증가나 내화공법 추가가 필요하다.

정답은 피복두께 증가 또는 내화공법 추가다.

폭렬 현상

고강도 프리캐스트 세그먼트는 밀도가 높아 폭렬 위험이 커질 수 있다.

폭렬은 고온에서 콘크리트 표층이 급격히 떨어지는 현상이다.

내부 수증기압과 열응력이 쌓여 일어난다.

폭렬이 나면 피복이 소실되어 철근이 직접 가열된다.

그래서 폭렬 방지는 피복 설계와 한 묶음으로 검토한다.

정리

내화 설계기준의 핵심을 표로 정리한다.

판정은 부재 온도 T가 한계온도 Tcr 이하인지 확인하는 것이다.

위험 요인은 고강도 콘크리트의 폭렬이다.

시공 후에는 두께와 시험 성능, 품질검사를 함께 확인한다.

한계온도 이하 유지가 내화 설계의 목표다.