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낮은 경사 지붕 조립체의 화재성능(1)

출처: https://cdn.ymaws.com/www.polyiso.org/resource/resmgr/news_articles/2019/2019-02-pazera.pdf

 

매년 북미 지역의 수천 개의 건물에서 화재가 발생하여 재산 피해, 부상 및 때로는 비극적인 인명 피해가 발생합니다. 국가 화재 데이터 통계에 따르면 2014년부터 2016년까지 매년 약 100,300건의 비거주 건물 화재가 미국 소방서에 보고되었으며, 연간 평균 90건의 사망, 1,350건의 부상 및 24억 달러의 재산 손실을 초래했습니다.

 

모든 화재의 원인과 강도는 다르지만, 설계와 시공 단계에서 계획과 화재 방지 조치를 통합하면 거주자 및 구조물에 화재가 미치는 영향을 줄이거나 완화할 수 있습니다. 건축법과 표준은 건물의 설계 및 시공에 화재로부터 미래의 위협이 발생할 경우 가장 큰 보호를 제공하는 재료 및 시스템을 포함하여 이러한 요소를 다루기 위해 개발되었습니다.

 

오늘날의 건축 제품 및 조립품의 화재 성능은 매우 정밀한 조사를 하고 있습니다. 사람들이 살고 일하는 구조는 안전해야합니다. 이러한 이유로, 건설 산업은 건축법 및 표준의 개발 및 지속적인 유지 관리에 중점을 둡니다. 이런한 규정 및 참조된 제품 표준 및 테스트는 생명과 재산을 보호하는 방식으로 건물 외장시스템 및 구성 요소의 설계 및 평가를 위한 기틀을 제공합니다. 그리고 경사가 낮은 상업용 지붕 산업도 예외는 아닙니다.

[준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소의 설치]

국제 법규위원회(ICC, International Code Council)는 건축법을 건물 안전에 대한 관할권의 공식 성명서라고 설명합니다. 그것은 사람들의 건강, 안전 및 복지를 보장하기 위한 최소한의 표준입니다. 법규는 건물 건축의 모든 측면인 화재, 생명 안전, 구조, 배관, 전기 및 기계를 다룹니다. 건물 건설의 규제는 4,000년 이상 역사를 통해 추적할 수 있습니다. 시간이 지남에 따라, 사람들은 건물을 보다 안전하게 거주자에게 제공하고 건물 건설 실패로 인한 치명적인 결과를 피할 수 있는 방법을 점점 더 많이 인식하고 있습니다.”

 

미국과 캐나다에서는 건축 재료 및 조립은 엄격한 건축 화재안전 법규 요건을 충족해야합니다. 지붕 산업은 북미 전역의 건물에서 화재 위험을 줄이는 데 중추적인 역할을 합니다. 업계는 건물 및 화재안전 법규 채택 및 시행을 개발, 교육 및 장려하기 위해 끊임없이 노력합니다.

 

이 자료에서는 건축법의 화재안전 요구 사항과 일반적으로 사용되는 낮은 경사 지붕 조립 및 구성 요소의 화재 성능을 평가하는 데 사용되는 테스트 표준을 설명합니다. 또한 이 자료는 상업용 지붕에서 가장 널리 사용되는 단열재인 준불연 경질우레탄폼 단열재 폴리이소에 대한 성능 정보를 제공합니다.

 

1. 건물의 화재안전 및 화재예방의 역사

 

    오늘날 건물에서 화재 안전규칙의 유용성은 자명할 수 있습니다. 그러나 업계는 영향의 다양성 없이 또는 갑자기 규정과 지식에 관해 현 상황에 도달하지 못했습니다. 현대 건축에 사용된 표준과 규정은 큰 화재로 얻은 경험과 교훈을 바탕으로 만들어졌으며, 이로 인해 재산과 생명의 상당한 손실을 초래했습니다. 화재 안전 및 화재 방지의 환경도 여러 주요 조직에 의해 형성되었습니다.

 

    특히 NFPA(National Fire Protection Association, 소방보호협회)의 소방대원 모두에게 눈에 띄는 것은 다음과 같습니다. 1896년에 설립된 NFPA는 건물 내에서 화재 안전을 위해 설립된 최초의 협회입니다. 비영리 단체인 NFPA는 화재 스프링클러 시스템을 표준화하기 위해 보험회사에 의해 설립되었습니다. 협회는 오늘날 건물 안전과 관련된 많은 문제에서 중요한 리더십을 계속 제공합니다.

 

    건설 업계에서 수년간의 경험을 가진 사람이라면 알고 있듯이, 건축법과 표준은 시간이 지남에 따라 발전해 왔고, 매년 계속해서 변화하고 있으며, 이것은 새로운 위험 요소가 등장하고 새로운 해결책이 상용화되면서 정보를 얻고 적용하는 것입니다. 오늘날 가장 잘 알려진 규정 중 일부는 실제 비극이 그들의 필요성을 설명한 후 널치 채택되었습니다. 두 가지 역사적 사례로는 Triangle Shirtwaist Factory 화재와 General Motors Plant 화재가 있습니다.

 

 1) NFPA 생명안전 규정 및 자동 출구

 

     NFPA가 창립된지 10년이 지난후, 유욕시는 미국 역사상 가장 치명적이고 가장 많이 연구된 산업재해 중 하나인 Triangle Shirtwaist Factory에서 발생한 화재를 경험했습니다. 맨하튼에 있는 10층 건물의 3층을 차지한 Triangle Shirtwaist Factory에서 600명 이상이 근무했습니다. 근무 시간동안 도난과 무단 휴식을 줄이기 위해 계단의 문을 잠그고 나갔습니다. 주말에 8층에 있는 커터 테이블 중 하나의 스크랩 상자에서 화재가 발생하여 빠르게 확산되었습니다.

 

     건물 밖으로 나가는 길은 4가지로 계단 2, 외부 화재 탈출구, 엘리베이터입니다. 화재 탈출구와 마찬가지로 계단은 가파르고 좁았습니다. 잠긴 출구는 많은 작업자들의 탈출을 막았습니다. 그 결과 화재로 146명이 사망했습니다. 이 치명적인 재난으로 인해 NFPA는 상업용 건물의 실외 화재 탈출, 화재 탈출 및 소방 훈련에 대한 권장사항을 개발했습니다.

 

[Triangle Shirtwaist Factory 화재]

 2) 건물 공사의 지붕 데크 및 화재 테스트

 

     오늘날 지붕 데크에 대한 화염 확산 테스트의 개발은 1953년 미시간주 리보니아에 있는 제너럴 모터 공장에서 옥상 아스팔트 및 모터 오일과 관련된 화재로 인한 3,500만 달러의 손실이 발생했습니다. 보호되지 않은 철골 구조와 철골 지붕 데크는 지붕시스템의 아스팔트가 녹아 조인트 사이로 흘러 들어가 건물 내부로 화재가 번지는 원인이 되었습니다.

 

     이것은 피해에 크게 기여했으며, 그 당시까지 미국에서 가장 큰 산업 화재 손실을 나타냅니다. 이 건물은 건물에 창고나 제조 시설과 같은 넓은 개방된 내부 공간이 있을 때, 지붕 데크에 화재 위험을 노출시켰습니다. 지붕의 붕괴는 방화벽과 지붕 통풍구가 없어 건물에 화염과 연기가 통제되지 않으면서 확산될 수 있으며, 부적절한 스프링클러 보호, 비보호 및 비절연 구조용 강철 기둥, 트러스 및 데크 등을 포함한 여러 가지 요인에 기인합니다.

 

     이 화재로 인해 위험한 작업 분리, 산업 건물의 스프링클러 설치, 스틸 프레임 트러스의 화재 코팅 및 자동 방화문 등 건축법이 변경되었습니다. 미국의 다른 대형 상업 및 산업 화재로 인해 새로운 요구 사항이 개발되거나 기존 화재안전 규정이 변경되었습니다. 수년 동안, 재료 및 시스템의 화재 성능을 평가하기 위한 표준화된 테스트 방법도 새로운 분석 및 실제 결과를 설명하기 위해 지속적으로 개선되었습니다.

 

     백 년이 넘는 부지런한 작업과 수천 명의 회원의 기고로 NFPAICC, UL, FM(Factory Mutual)과 같은 다른 글러벌 리더들이 이끄는 노력을 통해 수행된 연구, 교육, 지원 및 지지를 통해 300개가 넘는 규정과 표준이 개발되었습니다.

 

[General Motors Plant 화재]

 

2. 조립 및 재료 테스트 표준의 개요

 

    화재안전 규정과 표준은 새로운 설치 관행뿐만 아니라 지붕 재료나 시스템의 혁신도 고려해야합니다. 그러나 지붕 산업에서는 화재 시험의 일반적인 특성이 일정하게 유지되었습니다. 위에서 논의된 사건들에 의해, 낮은 경사 지붕 조립의 화재 성능은 시간온도 저항외에 내부 및 외부 화재 노출과 연관되어 평가됩니다. 이러한 시험 매개 변수는 내부 건물 화재 또는 옥상 장비의 유지와 같은 외부 위험을 포함하여 지붕이 사용 수명 동안 발생할 수 있는 화재 노출 유형을 시뮬레이션합니다. 지붕은 인접한 건물이나 기타 환경적 요인으로 인해 화재 위험에 노출될 수 있습니다.

 

 1) 조립 테스트

 

     외부 화재 노출에 대한 지붕시스템의 저항을 평가하기 위해, 업계는 ASTM E108, 지붕 커버의 화재시험을 위한 표준 시험방법, UL 790 지붕 커버의 화재시험을 위한 표준 시험방법, 후자는 캐나다의 상응하는 CAN/ULC S107 지붕 커버의 화재시험 방법을 사용합니다. 이 시험 방법은 시뮬레이트된 외부 화재에서 지붕 커버를 비교하기 위한 기초를 제공합니다.

 

     불연성 데크로 제한되는 지붕 커버는 화염확산 시험만 요구되며, 가연성 데크에 사용되는 지붕 커버는 화염확산, 간헐적 화염 및 연소 시험에 대해 평가합니다. 지붕 커버는 Class A, B 또는 C 등급을 달성할 수 있으며, Class A 지붕시스템은 내화성이 가장 우수합니다. 화재는 건물 내에서도 발생할 수 있습니다. 내부 화재는 지붕 붕괴를 유발하여 건물 거주자와 최초 대응하는 사람 모두에게 위협이 됩니다. 지붕 데크 밑면에 화재가 확산되는 것은 건물에 창고나 제조 시설과 같은 넓은 개방된 내부 공간이 있는 경우에 중요합니다. 일반적인 사무실 건물과 같이 더 구획화된 건물에서는 내부 화재확산의 위험이 줄어들 수 있습니다.

 

     NFPA 276(FM 4450), UL 1256 또는 CAN/ULC S126을 사용하여 내부 화재 노출에 대한 지붕시스템 성능을 평가합니다. 통과 기준은 지정된 시간 내에 화염에 의해 확립됩니다. 이 시험은 데크에서 지붕 커버까지 전체 지붕시스템 조립을 평가합니다. 그러나 시험 조건 및 시험 합격 기준은 아래와 같이 다릅니다.

 

 

[FM 4450, UL 1256 CAN/ULC S126 시험 조건 및 기준]

 

     지붕 조립품 분류를 평가할 때, 일부 명명 규칙은 혼란을 야기할 수 있다는 것에 주의해야합니다. 예를 들어, “Class 1 지붕“Class A 지붕의 차이는 종종 오해가 발생합니다. FM Class 1 명칭은 조립이 비림 상승 저항, 누수 저항, 보행 저항, 부식 저항, 충격 저항 및 열 손상에 민감성을 포함한 외부 및 내부 화재 노출에 대한 일련의 시험을 거쳤음을 의미합니다. FM Class 1 지정에 대한 자세한 내용은 이 자료에서 다루지 않습니다.

 

     그러나 특정 성능 요구사항 및 테스트에 대한 정보는 FM 4470, 싱글 플라이, 폴리머 역청질 시트, 내장 지붕 및 Class 1 및 불연성 지붕 데크 건설에 사용하기 위한 액체 적용 지붕 조립에 대한 승인 표준을 참조할 수 있습니다. “Class A” 등급은 오직 외부 화재 노출에 대한 최고의 저항력을 나타내며 ASTM E108(UL 790) 또는 CAN/ULC S107 표준에 지정된 테스트에 의해 결정됩니다. 아래 단원에서는 건축법이 이러한 지붕 조립 분류를 어떻게 처리하는지 설명합니다.

 2) 재료 구성 테스트

 

     개별 지붕 조립 구성 재료는 화재 시험을 받을 필요가 있습니다. 가장 일반적으로 참조되는 ASTM E84 건축자재의 표면 연소 특성에 대한 표준 시험방법은 화염확산 및 연기 발생의 두 가지 주요 요소 특성을 평가합니다. ASTM E84“Steiner Tunnel”을 사용하여 수평 테스트 챔버의 천장에 폭 20inch, 길이 25ft 재료 샘플을 설치합니다. 재료는 터널의 한쪽 끝에서 10분 동안 가스 불꽃에 노출됩니다.

 

     시편 밑면의 화염 성장 속도는 선택된 표준과 비교됩니다. 그런 다음 재료에 대한 화염확산지수(FSI)를 산출하기 위해 계산이 이루어집니다. 터널의 화재 노출로 인한 연기의 농도는 또한 광선을 통해 배기 스택(stack)에서 측정되어 재료에 대한 연기개발지수(SDI)를 측정합니다. 마지막으로 ASTM E84에는 UL 723, NFPA 255 또는 CAN/ULC S102와 같은 여러 다른 명칭이 있습니다.