초고층 건축물의 성능위주설계를 위한 정량적 화재 위험성 평가 = Quantitative Fire Risk Assessment for Performance-Based Design of the High Rise Building
저자
발행사항
서울 : 명지대학교 산업대학원, 2010
학위논문사항
학위논문(석사)-- 명지대학교 산업대학원 : 화재공학과 2010. 2
발행연도
2010
작성언어
한국어
주제어
DDC
628.92 판사항(21)
발행국(도시)
서울
형태사항
vi, 54 p. ; 26 cm.
일반주기명
명지대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
지도교수:김태옥
참고문헌 : p.50-52.
소장기관
세계적으로 초고층 건축물의 건설 증가와 함께 화재와 재난 발생에 따른 인명안전에 대한 문제가 제기되면서 기존의 법규중심의 설계에서 벗어나 과학을 근거로 한 공학적 설계방법인 성능위주설계(PBD)가 전 세계적으로 시행되고 있다. 우리나라도 2009년 1월 1일부터 일정 규모의 건축물은 의무적으로 성능위주설계를 하도록 하고 있으나, 표준화된 설계지침서와 정량적인 화재 위험성 평가에 관한 자료의 미비 등으로 PBD의 기반이 현재까지 정립되어 있지 않은 실정이다.
본 연구에서는 미국 방화엔지니어협회(SFPE)에서 규정한 표준설계 지침서의 절차에 따라 화재안전 목표에서 정한 성능기준을 만족하는지의 여부를 정량적으로 평가하여 설계에 반영함으로서 방재설비의 효율성과 인명안전의 목표를 이루도록 하고자 하였다.
이를 위하여 정량적 화재 위험성 평가를 위하여 주거용 초고층 건축물의 화재발생 데이터에 의한 확률적 분석과 존 모델링에 의한 화재 시뮬레이션을 통한 결정론적 분석의 결과로부터 피난 안전성을 평가하여 개인위험을 정량화 하였다. 설계 화재 시나리오는 스프링클러, 감지기 및 알람시스템이 설치된 침실화재로 가정하여 거주 가능조건인 열에 의한 영향, 가시도 및 독성에 의한 영향을 평가하였다. 그 결과, 열 감지기를 설치한 경우에는 필요 안전피난시간(RSET)보다 유효 안전피난시간(ASET)이 최소 56.5초에서 최대 116초 까지 짧게 나타났으며, 이와 같은 결과는 열 감지기의 감지시간이 연기 감지기보다 지연되어 경보발령이 늦어졌기 때문이었다.
또한 거주가능조건으로부터 화재위험에 노출된 개인위험의 크기는 4.4×10^(-2) yr^(-1)로, 수용 가능한 개인위험의 크기인 1.0×10^(-4) yr^(-1)보다 높게 나타났으며, 연기 감지기를 설치한 경우에는 화재실을 제외하고, 안전피난시간(RSETASET)을 충족하였으나, 개인위험은 1.2×10^(-2) yr^(-1)로 평가되어 개인위험의 수용한계를 초과하였다. 그리고 화재실에서 스프링클러의 작동이 실패할 경우에 플래쉬오버(flashover) 발생을 예측한 결과, 복사 수열량 및 화재실 온도가 각각 4 kW/m²와 450℃로를 나타내어 플래쉬오버가 발생하지 않는 것으로 예측되었으나, 스프링클러 및 화재감지 시스템의 설치에 의한 작동만으로는 거주자의 피난에 대한 인명안전을 보장받지 못함을 알 수 있었다. 따라서 체류가능조건의 연장 방안으로 배연설비, 가연물 종류의 제한 및 고감도 연기 감지기의 설치가 요구되었다.
이와 같은 결과로부터 초고층 건축물의 화재에서 거주자의 인명과 재산을 보호하기 위해서는 화재에 노출된 개인의 위험을 정량적으로 평가하여 이를 설계에 반영함으로서 방재설비의 효율성을 증가시켜 인명안전의 목표를 달성할 수 있었으며, 성능위주설계에 대한 표준 지침서와 화재분석과 관련된 체계적인 자료 등이 구축된다면 초고층 건축물에서 성능위주설계의 적용은 거주자의 인명안전에 크게 기여할 것으로 확신할 수 있었다.
Due to the increasing construction of high-rise buildings and concerns for life safety from fire and disaster, away from the conventional design method centered on codes and regulations, a performance-based design (PBD) is being implemented in the world as a scientific and engineering design method. Since January 1, 2009, for the building of a certain size, you are obligated to performance-based design, but the foundation of PBD has not been established yet because of inadequate standardized design guidelines and quantitative data on fire risk assessment.
In this study, the goal of disaster prevention equipment efficiency and safety of life is to be fulfilled by the quantitative evaluation of the satisfaction of performance goals set forth as fire safety objectives and reflection to the design, according to the standard design guidelines prescribed by the United States Society of Fire Protection Engineers (SFPE).
For the quantitative risk assessment to the fire, the probabilistic analysis of fire data for high-rise residential buildings and the deterministic analysis of the fire simulation results through zone modeling have been performed, the evacuation safety was assessed, and the personal risk was quantified. As the design fire scenarios, a bedroom fire was assumed with the sprinklers, fire detectors and alarm systems installed. Thermal effects, visibility, and the toxic effect were assessed as habitable conditions. As a result, when a thermal detector is installed, the Available Safe Egress Time (ASET) is shown 56.5^(-1)16 seconds shorter than the Required Safe Egress Time (RSET). This is because the issue of warning came late due to the delayed warning generated from the thermal detection than the smoke detection.
Based on habitable conditions, personal risk of exposure to the risk of fire is the size of 4.4×10^(-2)[yr^(-1)], higher than the size of acceptable personal risk of 1.0×10^(-4)[yr^(-1)]. If you have installed smoke detectors, safe evacuation time (RSETASET) has been satisfied except the fire room, but the personal risk evaluated as 1.2×10^(-2)[yr^(-1)] exceeds the acceptable limit. In addition, when the failed operation of fire sprinklers was assumed in the fire room, the flashover was analyzed not to occur because the receiving heat radiation and the fire room temperature are 4kW/㎡ and 450℃, respectively. Sprinkler and fire detection systems installed could not guarantee the life safety by the evacuation of residents. As a way to extend the condition for room stay, it is known that the additional installation is required for the flue gas equipment, restriction of flammable materials, and highly-sensitive smoke detectors.
These results show that, for the protection of residents' life and property from the high-rise building fire, the goal of increased life safety can be achieved by the improved effectiveness of disaster prevention equipments, coming from the design reflecting the quantitatively assessment of the risk of exposed individuals to the fire. In addition to that, with the continued construction of performance-based design guidelines and systematic data relating to fire analysis, the performance-based design applied to the high-rise building will contribute greatly to the improved life safety of the residents.
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