3. 고온 계산을 위한 하중 및 재료 데이터
면과 단열재의 사하중은 건설 자재의 부피와 밀도에 대한 정보를 통해 쉽게 계산할 수 있습니다. 강판의 밀도는 7,850kg/m³로 가정할 수 있습니다. 고온에서 단열재의 밀도는 다음과 같은 경우가 아니면 실온에서의 밀도로 가정해야 합니다.
① 화재 노출(예를 들어 탄화 또는 수분 함량의 현저한 감소)의 영향으로 인한 밀도의 시간에 따른 변화에 대한 적절한 데이터를 이용할 수 있습니다.
② 또는 EPS 단열재 및 PUR 단열재와 마찬가지로 가열 공정에서 단열재가 소비됩니다.
샌드위치판넬의 표면에 사용되는 강판은 상온에서 제철소에서 압연되기 때문에 입자 구조가 길어지고 열연 구조 부분에 사용된 저탄소 강재에 비해 상온에서 기계적 특성이 향상됩니다. 가열 시 이러한 강도 향상은 비가역적으로 손실되며 이는 400~600℃ 범위 온도에서 냉간 성형 강판의 강도 손실이 열간 압연강판의 강도 손실보다 10~20% 더 크다는 것을 의미합니다.
고온에서 강판의 강도 특성 감소는 관련 국가 표준에 따라 달라질 수 있습니다. 영국에서 BS 5950: Part8:1980은 서로 다른 온도에서 열간 압연강판과 냉간 성형 강판에 대한 강도 감소 계수를 제공합니다.(강도 감소 계수는 실온 강도에 대한 고온 강도의 비율입니다.) 또는 구조적 유럽 법규의 정보 철골구조 설계, Part1. 2 일반 규칙을 사용할 수 있습니다. 온도에 따른 선형 열팽창계수의 변화는 큰 스팬 샌드위치판넬에 대해 계산된 전위력 값에 대해 일반적으로 약 8%의 거의 영향을 미치지 않는 것으로 입증되었기 때문에 여기에서 검토하지 않습니다.
4. 천장
구조용 샌드위치판넬은 굽힘 강도를 위해 평평한 강판 면과 단열재 사이의 접착층에 의존합니다. 영국 건물 설립 소방연구소에서 실시한 테스트에 따르면 샌드위치판넬에 사용되는 대부분 접착제는 130~350℃ 범위의 매우 낮은 온도에서 박리됩니다. 이 온도는 ISO 834 및 ASTM E119 표준 내화성 테스트 노출에서 55분 이내에 도달하고 실제 화재에서 플래시오버 훨씬 전에 도달합니다. 샌드위치판넬이 수평 고정 없이 끝 지지대에 단순하게 올려 놓여있는 경우, 샌드위치판넬은 박리, 처짐 및 지지대로 미끄러집니다.
샌드위치판넬은 폭 1m, 길이 12m가 될 수 있으므로, 붕괴되는 샌드위치판넬은 탈출하거나, 수색 및 소방 임무를 수행하는 전문 소방관에게 미사일과 같은 상당한 위협입니다. 특히 위험한 상황은 화재가 방화벽 한쪽의 천장을 뚫고, 보이지 않게 천장 위로 이동하여 소방관리 화재를 인식하지 못하는 동안 박리 및 붕괴를 유발할 때 발생합니다. 아래 그림에 표시된 이 상황은 두 명의 소방관이 목숨을 잃은 상황입니다.
붕괴를 방지하기 위해, 샌드위치판넬 면의 끝은 지지구조에 고정되고 수평으로 체결되어 케이블과 같은 구조로 작동해야 합니다. 이것은 냉동창고에 중요한 상부면과 하부면 사이에 열교를 형성하지 않고 수행할 수 있습니다. 적절한 구성 세부 사항은 아래 그림과 같습니다.
샌드위치판넬에 대한 구조적 지지는 지붕이나 바닥 구조의 밑면에 매달린 거꾸로된 T-바에 의해 제공됩니다. 상부 강판 표면은 국부적인 강재로 고정됩니다. 천장 공극에서의 화재 공격으로 인한 천장 붕괴에 저항하기 위해서는 강철 행거가 화재 방지가 필요하거나, 높은 온도에서 천장의 사하중을 지탱할 수 있을 만큼 충분히 튼튼하도록 크기가 과대하게 되어야 합니다. 지지 구조물(예: 지붕 빔)은 천장이 내화막 역할을 하려면 내화성이 있어야 합니다.
윗면과 아랫면의 케이블 힘은 클 수 있으며, 샌드위치판넬 끝의 기계식 고정장치가 잘못되지 않도록 이를 계산하기 위해 몇 가지 시도를 해야 합니다. 방정식 (1)에서 단순히 지지되는 스팬 L 샌드위치판넬의 경우, 케이블을 지지하는 데 필요한 수평력 H가 wL²/8D인 것으로 나타났습니다.
편향 D는 샌드위치판넬 조립의 평면 내 유연성으로 인해 표면의 열팽창과 샌드위치판넬 끝의 내부 변위로 인해 발생할 수 있습니다. 두 영향 모두 D를 증가시켜 H를 감소시키기 때문에 유익합니다.
방정식 (1)을 사용하기 전에 D를 계산하거나 추정해야 합니다. 이것은 표면 및/또는 안쪽 샌드위치판넬 끝 이동의 온도를 추정할 수 있는 경우 수행할 수 있습니다. 방정식 (3)에서 표면이 원호 모양으로 매달려 있다고 가정하는 것은 합리적인 가정입니다. 안쪽 샌드위치패널 끝 이동이라는 용어는 다음과 같은 원인으로 인해 표면의 다른 쪽 끝에 표면의 한쪽 끝이 안쪽으로 이동하는 것을 의미합니다.
① 지지 부재의 이동으로 예를 들어 샌드위치판넬의 인장 케이블로 인한 상기 그림에서 반전된 T-부분을 끌어당기는 단계
② 표면에 대한 기계적 고정의 미끄러짐 및
③ 샌드위치판넬에 있는 고정 구멍의 연장.
방정식 (1)과 (3)을 사용하여 폭 1m, 두께 0.7mm인 강철 면 하나에 대한 온도 상승의 함수로서 케이블 힘과 중간 스팬 편향에 대해 계산되었습니다. 두 샌드위치판넬 스팬은 샌드위치판넬 스팬의 효과와 12m 스팬과 관련된 케이블 힘의 큰 증가를 설명하기 위해 4.5m와 12m를 선택했습니다. 아래 그림에서 200℃의 온도 상승이 발생했을 때, 접착제가 박리되었다고 가정하면 12m 스팬에 대해 400mm의 중간 스팬 편향이 생생되고 그림에서 2.5kN의 케이블 힘이 발생합니다.
4.5m 화재 테스트 스팬에서 동일한 온도 상승에 대해 케이블 힘은 1kN입니다. 12m 스팬의 케이블 힘은 화재 테스트 스팬의 2.5배이며, 이에 따라 고정 횟수를 늘려야 합니다. 유사하게 상기 그림에서 100℃에서 박리되는 접착제를 사용하면, 12m 스팬에 대한 케이블 힘은 3.5kN이 될 것입니다. 이는 200℃에서 박리에 대한 케이블 힘이 크게 증가한 것입니다. 이는 접착제의 파괴 온도가 높을수록 케이블 힘이 작아지고 샌드위치판넬 끝단 고정 장치에 의해 전달되는 힘이 작아짐을 보여줍니다.
유사한 계산은 방정식 (2)를 사용하여 내부 샌드위치판넬 끝 이동의 효과에 대해 할 수 있습니다. 극단적인 선형 열팽창계수 값을 채택하면 계산된 케이블 힘에 거의 차이가 없음을 알 수 있습니다. 강철의 경우 상승된 온도 값 0.000014 대신 α=0.000012(20℃에서 값)를 사용하면 12m 스팬에 대해 케이블 힘이 ~8%만 증가합니다. 이것은 14×10⁻⁶/℃의 값을 채택하는 것이 좋습니다.
1) 천장 아래에서 화재 노출
하부 면이 화재에 노출되면 각 샌드위치판넬은 초기에 바이메탈판 효과와 같이 열적 휘어짐으로 인해 아래쪽으로 휘어집니다. 화재에 노출된 샌드위치판넬 면의 박리는 접착층의 강도가 손실될 때 발생합니다. 샌드위치판넬 조립의 휨 강도는 0에 접근하고, 샌드위치판넬 끝에서 하나 또는 양쪽 면이 수평으로 구속되어 케이블이 되지 않는 한 붕괴가 발생합니다.
아랫면만 수평으로 제한되는 경우, 전체 샌드위치판넬(상면, 단열재 및 아랫면)의 사하중이 아랫면과 그 체결부에 의해 전달되어야 하므로 해당 면의 케이블 힘이 최대입니다. 아래 그림에서와 같은 양쪽 면이 수평으로 구속되면 케이블 힘을 두 면간에 유익하게 공유할 수 있습니다.
2) 천장 위에서 화재 노출
윗면이 화재에 노출되면 각 샌드위치판넬은 처음 위쪽으로 휘어집니다. 화재에 노출된 면의 박리는 접착층의 강도가 손실되면 다시 발생합니다. 그러면 조립의 굽힘 강도가 0에 가까워지고, 최소 하부 면이 끝에서 수평으로 고정되어 케이블이 되지 않는 한 붕괴가 발생합니다. 다시 한 번 두 면이 수평으로 고정될 경우 두 면 칸에 케이블 힘을 유익하게 공유할 수 있습니다.
아랫면의 온도 상승이 없는 상황에서 아랫면의 유익한 처짐이 없기 때문에 아랫면의 케이블 힘이 클 것이라는 점에 유의해야 합니다. 그러나 상부 면과 단열재의 사항중을 하부면으로 전달하면 면내 유연성과 결과적으로 전체 샌드위치판넬 조립의 유익한 샌드위치판넬 내부 끝단 이동으로 인해 일부 유익한 처짐이 발생합니다. 그러나 샌드위치판넬 내부 이동의 일부 구성 요소는 이러한 맥락에서 정량화하기 쉽지 않으며, 전문가의 전문적인 판단이 필요합니다.