슬래브 피복두께와 내화성능 (출처 : 건축구조실무Q&A)

슬래브 피복두께와 내화성능 (출처 : 건축구조실무Q&A)

질문 : <콘크리트구조설계기준> 철근상세 부분에 궁금한 점이 있습니다.

5.4.1 현장치기 콘크리트 최소 피복두께가 공기나 흙에 직접 접하지 않은 조건에서는 슬래브 20mm, 보, 기둥 40mm로 되어 있습니다.

그리고 5.4.6의 내화구조물의 경우에는 슬래브 30mm, 기둥 보 50mm이상을 피복두께로 확보해야 한다고 되어 있습니다.

일반적으로 RC구조물=내화구조물로 본다면, 사실상 주요 구조부의 설계시나 내력 산정시에 피복두께를 내화구조물의 경우로 적용시켜야 합니다.

5.4.1의 규정을 적용시켜 설계를 하고 내력검토를 했다면 잘못된 것인가요? 실문에서 어떻게 적용을 하고 계신지요?

만일, 내화조건을 고려하지 않은 채로 설계를 하였다면 실제 화재 시에는 그 구조부재가 가지는 내력을 어떻게 평가해야 하는 지 궁금합니다.

내화구조의 기준(1시간 내화, 2시간 내화 등)을 적용하는 것도 쉽지 않고, 기준을 완화해서 적용하는 것도 간단치 않은 것 같습니다.

비화재시 외력조건에 대하여 충분히 저항하도록 단면이 설계되었다면-여유배근 및 부재의 통일성으로 인해-화재시에 다소간의 내화성능이 발휘되지는 않을까요?



답변 : 1. 설계실무에서는 슬래브의 경우, 보통 30mm를 적용하는 것이 적합.

<콘크리트구조설계기준> 5.4.1에서는 콘크리트 피복을 최소 피복두께로 규정하고 있으며, 이는 내화피복두께를 고려하지 않은 철근이 내력을 발휘할 구조적인 측면에서의 최소 피복 피복두께를 의미합니다.

<건축공사표준시방서>에선느 흙에 접하지 않은 부위의 옥내 슬래브 피복두께의 최소값을 30mm로 규정하고 있고, 굵은 골재의 최대 치수를 25mm로 규정하고 있습니다.

또한, 내화구조물의 경우에는 슬래브 30mm로 규정하고 있으므로 이를 종합적으로 고려해 적합한(최소가 아님) 피복두께로 설계 및 시공이 되어야 할 것입니다.

설계 실무에서는 슬래브의 경우, 보통 30mm를 적용하는 게 적합하다고 판단됩니다.


2. 내화성능기준은 철근의 내화피복두께로만 평가함.

철근콘크리트 자체는 불연재이지만 화재시 철근내력(인장강도)이 급속히 저하되므로 건물의 붕괴 및 대피시간의 확보를 위해 철근의 내화피복두께를 규정하고 있습니다.

국내에서 철근콘크리트구조의 내화성능평가방법은 피복두께에 따른 철근의 온도상승으로 평가하고 있습니다.

비재하가열시험 조건 및 보통콘크리트 강도 수준(폭렬현상 무시)으로 해당 부분의 콘크리트 온도의 설정으로 철근의 온도를 계산합니다만, 

바닥부재의 콘크리트 피복두께 설정은 실제 화재의 조건을 반영하기기가 복잡하므로 보통 표준온도 화재곡선을 이용하여 온도를 계산합니다.

구조용 강재의 경우, 우리나라는 1000F(538C)를 인장강도한계 온도로 규제하고 있으나, 고온시 철근의 기계적 특성이 구조용 강재보다 다소 낮은 점을 고려하여 이보다 다소 낮은 온도로 인장강도한계 온도를 정합니다.

국내의 옥내슬래브 피복두께 30mm는 약 1~2시간 내화성능에 해당하는 것이며, 내화구조기준은 화재로 인한 구조물 붕괴시간(온도상승에 따른 철근의 내력저하)으로 평가하는 것이 아니라 

 

인장강도한계 온도를 설정하여 평가(비재하가열시험 조건)이므로 필요한 내력 및 여유배근으로 설계하였다 하더라도 내화피복두께를 만족시키지 못하면 내화성능기준에 못 미치게 됩니다.

즉, 구조적으로 필요한 슬래브 철근이 @200인데 @100로 배근하였어도 철근의 온도상승은 피복두께에 의해 결정되므로 내화성능기준에는 변화가 없게 됩니다.

출처 : 건축구조실무Q&A(사단법인 한국건축구조기술회 / 2012)