화재 발생시 화재 시뮬레이션을 통한 철근콘크리트 건축물의 위험지역 예측

Abstract

콘크리트 구조체의 경우 화재에 노출되면 건물붕괴가 발생하거나 구조체의 성능이 눈에 띄게 감소하는 심각한 현상이 발생한다. 또한, 인화물의 면적, 종류, 건물의 형태, 화재 시간 등에 따라 구조체의 손상 정도가 다르기 때문에, 성능의 감소 정도를 정확하게 평가하는 것은 매우 어렵다. 화재 발생에 따른 구조체의 결함과 피해 범위를 예측하기 위해서는 화재로 인한 열의 분포를 정확하게 예측하여 실시간으로 구조체의 성능 저감을 고려하여 구조 안전성을 평가해야 한다. 본 연구에서는 화재 시뮬레이션 기법을 이용하여 화재에 의한 열적 분포, 고열에 의한 구조체의 영향을 평가하여 철근콘크리트 건축물의 위험지역을 예측하였다. 화재 시뮬레이션을 통해 얻은 대기 온도를 적용하여 부재 내부의 온도를 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하고 이 온도에 근거하여 구조 성능 저하 정도를 파악하였다. 부재별 구조 성능 저하를 고려하여 실별 구조안전성을 평가하고, 이를 통해 얻은 화재에 따른 위험 지역을 판단하였다. 또한, 이 결과를 토대로 위험지역에 도달하는 시간을 도출하여 실시간 실별 구조 안전성을 나타내기 위하여 시각적으로 표시하는 프로그램을 제작하였다. 본 연구의 화재 시뮬레이션 모델은 인화물의 면적과 위치별 최대온도에서 상관관계를 보였으며, 오피스 건물의 화재 성상인 fast와 medium의 경우는 시간에 따른 온도 분포가 유사하였다. 고열에 의한 구조성능 해석 결과, 인화물의 면적이 클수록 성능 저하 정도가 컸으며, 이를 통해 얻은 구조안전성 평가 결과 일정시간이 지나면 화재발생 장소의 인접 지역 모두가 위험 지역이 되었다. 앞서 수행한 결과를 토대로 제작된 구조안전성 예측 프로그램은 화재 발생시 실이 위험해 지는 시간이 표시되며 추가적으로 화재가 발생할 경우 실시간으로 업데이트되어 시간이 표시된다. 본 논문에서 제작한 구조 안전성 예측 프로그램을 통해 화재 발생으로 인해 위험지역에 도달하는 시간을 쉽게 파악할 수 있도록 하여 실제 화재시 구조 안전성에 미칠 수 있는 시간과 영향에 대해 파악할 수 있도록 하였다. 이상에서 본 연구에서는 화재 발생 시간에 따라 부재의 성능 저하 정도를 파악하여 구조체의 위험지역 및 화재 후 위험지역 여부와 피해 정도를 파악할 수 있으므로 화재 후 구조물의 보수·보강 면적 및 범위를 보다 쉽게 파악할 수 있다.;When concrete structures are exposed to fire, building collapse can occur, or performance of the structure can noticeably decrease under fire. Also, it is difficult to verify decrease ratio due to various parameters such the area of inflammables, kind of inflammables, shape of building, fire time, etc. It is important to estimate fire effect and scale because of the defects of structure they can soon lead to casualties. In this study, safety of rooms are estimated using evaluating thermal distribution due to a fire by a fire simulation techniques and the effect of the structure by high temperature Structural degradation degree is evaluated using temperature derived from finite element analysis for determining the temperature of inside of member. Structural safety of rooms is evaluated considering the safety member by structural degradation, and the structurally deficient area is determined in accordance with the fire resulting from this evaluation. In addition, on the basis of the results, visual program is made for indicating the real-time structural safety of rooms. Fire simulation model of the this study showed a correlation between the maximum temperature in the area and the specific location, and time-temperature curve were similar temperature distribution in the case of fire growth phase of fast and medium. Structural performance due to high temperature analysis, the greater the area of the area of inflammables, the greater degradation of structural performance. After a certain time, all the adjacent areas of the fire place was a structurally deficient area. Structural safety prediction program made results of this study indicates time to be structurally deficient area. And, displayed time is updated in real time if fire is additionally occurred. Due to structural safety prediction program in this study, so that you can easily grasp the time to reach the structurally deficient area for a time it was to help identify the potential impact on the real fire and structural safety. In this study, the maintenance and reinforcement areas and scope of the structure after the fire can be easily determined. Because structurally deficient rooms and degree of damage can be estimated using degradation of structural performance in accordance with the fire time.