9.2 구조체의 화재 저항성

구조체의 화재에 대한 저항성은 화재의 시작에서부터 구조체가 허용할 수 없는 처짐이나 붕괴로 인해 더 이상 기능을 유지할 수 없을때까지 걸리는 시간으로 특정지어진다.

기술보고서 2007.05.16.B “도로터널의 화재 및 연기제어 시스템과 장비”의 7장 구조체의 화재 저항성에 대한 설계기준에 보면 다음과 같이 구조체의 화재저항성에 대한 목표가 정의되어 있다.

1. 터널안에 있는 사람들은 자기대피를 하거나 혹은 안전한 장소로 인도되어야 한다(주 목적)
2. 구조 작업은 안전한 환경하에서 이루어져야 한다
3. 터널 구조의 붕괴나 제3자의 재산에 대한 손해가 없도록 보호조치가 이루어 져야 한다

추가적인 목표는 화재 이후 수리등으로 인해 교통이 방해를 받는 기간동안으로 한정된다.

이 주제에 대한 개요는 기술보고서 1999 05.05.B “도로터널의 화재 및 연기제어”의 7.4장 구조체의 화재 저항성에 나와있다.

구조체의 화재저항성은 시간-온도 그래프의 관계를 통해 설명되어 진다. 그림 9.2-1은 ISO 834곡선과 네덜란드의 RWS 곡선, 독일의 ZTV 곡선, 프랑스의 증가된 탄화수소 곡선(HCinc)을 보여주고 있다. HCinc는 온도에 Eurocode 1 part 202의 기본적인 탄화수소 곡선에 1300/1100만큼의 가중치를 곱하여 만들어진 곡선이다.

터널의 화재저항성에 대한 설계기준은 세계도로협회(PIARC)와 국제터널협회(ITA)에 의해 합의되이었으며, 이는 Routes/Roads지의 2004년도 기사 “PIARC 도로터널 구조체의 화재저항성에 대한 설계기준”과 기술보고서 2007 05.16.B 의 7장 ”화재에 대한 구조체의 저항성에 대한 설계기준”에 발표되었다. 표 9.2-2에 관련 기준을 개요를 설명하였다.

주의

(1) 인화성 물질의 운반이 허용되는 교통량이 매우 많은 터널에서는 180분

(2) 안전에 대한 기준은 없으며, 화재 저항성에 대한 다른 기준은 필요없음 (혹은 점진적인 붕괴를 방지하기 위함). 다음의 요구조건을 만족하기 위한 고려되기도 함

• 대부분의 경우 ISO 60분

• 화재 이후 수리에 따르는 비용과 불편함을 고려해 보았을때 방호조치가 너무 비싸다면 아무런 조치 필요 없음. 예를들어 소음 방지를 위한 경량 덮개 등

(3) 안전에 대한 기준은 없으며, 화재 저항성에 대한 다른 기준은 필요없음 (혹은 점진적인 붕괴를 방지하기 위함). 다음의 요구조건을 만족하기 위한 고려되기도 함

• 만약 빌딩하부의 터널이나 교통망에 미치는 영향이 큰 경우 등 강력한 보호조치가 필요되어진다면 RWS/HC_inc 120분

• 제한된 피해를 허용하는 등 합리적인 저비용 해법이 요구되는 경우 보통 ISO 120분

• 화재 이후 수리에 따르는 비용과 불편함을 고려해 보았을때 방호조치가 너무 비싸다면 아무런 조치 필요 없음. 예를들어 소음 방지를 위한 경량 덮개 등

(4) 다른 보조 구조체에 대한 정의는 프로젝트 별로 정의됨

(5) 횡류식 환기방식의 경우

(6) 비상대피소는 신선공기가 공급되어야만 함

(7) 인화성 물질을 적재한 탱크로리등의 교통량이 매우 많고, 120분 이내에 비상대피소에서의 탈출이 불가능한 경우 더 긴 시간이 요구됨

실패시의 결과도 화재저항성에 영향을 미친다. 이는 터널의 종류에 따라 영향을 받는다. 예를들어 침매터널의 경우 일부분의 붕괴는 터널 전체의 침수로 이어지지만, 개착터널의 경우 매우 제한된 결과만을 일으킨다. 기본적인 요구조건은 점진적인 붕괴를 방지되어야 하며, 전기공급이나 통신케이블과 같은 일종의 종방향 시스템들은 끊어지면 안된다.

화재방지를 위해 터널에 사용되는 재료들에 다양한 주의가 요구된다. 기술보고서 1999 05.05.B “터널내 화재 및 연기 제어”의 7.3절 재료의 화재 반응에는 콘크리트 보강 라이닝 터널대비 일반 무라이닝 터널의 화재 특성에 대하 논의되어 있다. 화재시 높은 열방출율로 인하여 보강된 콘크리트 라이닝은 지지력을 잃을 수도 있다. 화재 저항성 보호장치의 적용을 통한 절연의 역활은 초기 구조체 피해를 방지할 수 있다. 터널 건설에서의 화재 저항성은 터널의 형태와 심도, 보강과 프리스트레스, 추가적인 보호장비 등에 따라 적용이 고려되어야 한다.

콘크리트의 폭렬현상은 서로다른 온도와 팽창에서 기인한다. 폭렬은 높은 온도에 쉽게 노출되는 보강재에서 주로 발생된다. 폭렬은 대피하는 사람들에게는 큰 영행을 미치지 않으나, 소방관에게는 큰 위험을 초래한다. 다양한 화재 저항성 보호장치의 적용이 폭렬현상의 위험과 영향을 줄일 수는 있으나, 고열이 발생하는 것을 완전히 방지하지는 못한다.

환기시스템의 설계시 화재 저항성이 필히 고려되어야 하며, 실패에 따른 설계 성능에 영향을 미쳐서는 안된다. 그래서 화재시 일부 덕트의 붕괴에 따른 영향이 반드시 고려되어야 한다.

비상대피로는 화재발생 초기 단계에서 고립된 사람들의 대피를 위해서 사용된다. 이런 대피로는 최소 30분간은 이용이 가능하여야 하며, 소방관이나 구조대에 의해서 사용이 가능하도록 시간이 증가될수도 있다.

화재 확산을 방지하기 위해 인접튜브나 비상대피로, 비상구, 비상 대피통로등 두 튜브사이에 설치된 모든 장치들은 일정 시간동안 완전히 작동되어야 한다. 모든 비상구나 도어 프레임을 포함한 주위의 모든 구조물들은 화재 노출에 대해 최소한 30분 이상의 저항성을 가져야 한다. 두 튜브사이의 비상문은 1~2시간 정도로 더 오랜시간 화재 저항성을 가져야 한다.