이 자료에서는 한쪽에서 화재에 노출되었을 때 천장과 방화벽으로 사용되는 샌드위치판넬의 전반적인 구조적 안정성을 다룹니다. 평평한 강판 면이 있는 샌드위치판넬에만 해당됩니다. 불안정성의 간단한 작용이 설명되고, 하중 반응이 정량화되며, 전체 붕괴에 대한 저항성, 즉 안정성을 보장하기 위한 실용적인 설계 지침이 주어집니다. 천장에 대한 분석은 접착제의 연화로 인해 화재에 노출된 강판 표면이 박리된 후 샌드위치판넬 표면이 케이블 역할을 하며, 계산은 중간 팬스 편향과 붕괴에 저항하는 데 필요한 케이블 힘으로 이루어집니다.
이 방법은 건설 제품에 대한 확장 적용을 위한 규칙 개발과 관련하여 유럽위원회 CEN TC 127의 작업에서 고려되고 있습니다. 내부 방화벽 분석은 풍압을 고려합니다. 적절한 샌드위치판넬 끝단의 제한을 달성하는 것이 중요하다는 것이 입증되었습니다.
1. 서론
평평한 강판과 경량 구조 단열재로 구성된 샌드위치판넬은 긴 스팬 가능성, 높은 단열성, 깨끗한 디자인, 빠른 설치 및 낮은 유지 보수로 인해 설계자와 건축주가 선호하는 건물의 벽과 천장으로 자주 사용됩니다. 샌드위치판넬의 화재 성능은 올바른 단열재를 사용하고, 중요한 것은 강판 표면이 적절하게 억제된 경우에 우수할 수 있습니다. 예를 들어 0.7mm 두께의 강판 표면과 150mm 두께의 불연성 미네랄울단열재가 있는 미네랄울판넬을 사용하여 4시간 내화성을 달성할 수 있습니다.
샌드위치판넬이 냉장 창고에 사용되는 경우, 금속 관통 고정이 있는 모든 면에 냉교의 잠재적인 문제가 있으며, 그리고 이것은 정상적인 조건에서 잘 작동하지만 표면이 지지구조물 에 다시 고정되지 않기 때문에 화재에 노출되었을 때 샌드위치판넬이 매우 일찍 붕괴될 수 있도록 하는 설계로 이어졌습니다.두 명의 소방관이 목숨을 잃은 영국 헤리포드의 선밸리 가금 공장에서 발생한 1993년 화재에서 보듯이, 붕괴는 소방관들에게 화재 위험입니다.
샌드위치판넬은 가볍고, 에너지 효율적이며, 미적으로 매력적이며, 쉽게 취급할 수 있고 설치할 수 있기 때문에 단층 및 다층 건물에서 자주 사용됩니다. 불연성 구조용 미네랄울판넬를 시공할 때, 샌드위치판넬은 2시간을 쉽게 초과할 수 있는 내화성과 합리적인 공기 중 방음성을 갖습니다. 많은 샌드위치판넬은 발포 플라스틱의 가연성 단열재, 예를 들어 폴리우레탄(PUR), 폴리이소시아누레이트(PIR) 및 발포폴리스트렌(EPS)을 사용하며, 화재시에는 열, 연기 및 독성 가스를 대량으로 생성하여 생명, 재산, 사업 연속성 및 환경에 해가 될 수 있습니다.
대부분의 공장에서 생산되는 샌드위치판넬은 폴리우레탄(PUR)과 같은 열경화성 접착제를 사용하여 구조 단열재에 접착된 평평한 강판 면을 가지고 있습니다. 공칭 폭이 1m인 강판 면은 단열재를 적층하기 전에 강판 면의 세로 가장자리에 형성된 암/수 형상을 가지고 있습니다. 강판 표면 샌드위치판넬은 최대 운반 가능한 길이까지 생산할 수 있으며, 일반적으로 아래 그림과 같은 단면을 가지고 있습니다.
접착제는 세 요소(두 강판 면과 단열재)를 결합하여 샌드위치판넬이 중간 지지대 없이 먼 거리를 가로지를 수 있는 휨 부재로 실온에서 작동함으로 중요한 구조적 역할을 합니다. 화재에 노출된 강판 표면이 뜨거워지면서, 접착제는 강도를 잃고 단열재로 면이 박리되어 모든 휨 강도를 잃습니다. 그런 다음 샌드위치판넬은 사하중 및 다른 힘의 작용에 저항하도록 강판 면의 끝이 제한되는 경우에만 천장이나 벽으로 작동할 수 있습니다. 내부 방화벽의 경우, 때때로 나중에 보여지는 것처럼 풍하중에 저항해야 할 수도 있습니다.
영국 소방연구소, 건물 연구소의 소규모 실험 결과, 화재에 노출된 강판 표면의 온도가 130~350℃ 범위에 있을 때 박리가 발생한다는 것을 보여주었습니다. 이 범위는 사용된 접착제와 단열재의 전단 강도 및 다양한 연화점의 결과입니다. 이것은 샌드위치판넬 면이 적절하게 구속되지 않는 한 플래시오버(일반적으로 연소가스 온도가 600~680℃에 도달할 때 발생하는 것으로 가정) 전에 샌드위치판넬이 박리되고 붕괴될 수 있음을 의미합니다.
외벽 및 지붕 외장으로 사용되는 샌드위치판넬을 지지구조물에 부착하여 화재 시 양쪽 샌드위치판넬 면이 떨어지는 것을 방지합니다. 그러나 천장 및 독립형 내부 벽으로 사용하는 경우, 샌드위치판넬은 면이 적절하게 제한되지 않으면 붕괴될 수 있으며, 일반적으로 발포폴리스티렌(EPS) 단열재가 있는 EPS 판넬을 사용하는 냉장 창고에 사용되는 건물에서 자주 발생합니다.
대표적인 샘플에 대한 내화성시험이 성공적으로 수행된 경우, 동일한 화재 심각도, 유사한 샌드위치판넬 크기 및 적절한 샌드위치판넬 고정으로 인해 건물 상황에서 붕괴가 발생할 가능성은 낮습니다. 그러나 모든 샌드위치판넬 구조가 내화성 시험을 거치는 것은 아니며, 특히 샌드위치판넬이 내화시험을 거친 샌드위치판넬보다 훨씬 긴 경우 판넬의 안정성에 대한 평가가 필요합니다. 이는 건물의 천장 샌드위치판넬과 내부 방화벽 샌드위치판넬의 스팬이 최대 12m일 수 있지만, 벽 시편에 대해 최대 3m, 천장 시편의 경우 4.5m 범위만 수용할 수 있는 가열로에서 화재 시험을 했을 가능성이 높아 문제를 제기할 수 있습니다.
이 자료는 화재 상황에서의 구조적 안정성에 대한 이론적 측면만을 다루고 있으며, 여기서 ‘안정성’이라는 용어의 사용은 전체 샌드위치판넬이 안정적으로 유지되는 능력, 즉 붕괴에 저항하는 능력을 의미하며, 이것은 좌굴 관련 반응을 의미하거나 포함하는 의도는 아닙니다. 가연성 샌드위치판넬 단열재 및 적절한 화재 상황 및 그러한 샌드위치판넬에 대한 화재 테스트로 표현되는 화재 부하와 같은 다른 측면에 대한 정보는 참조에서 사용할 수 있는 반면, 일부 선호 샌드위치판넬 부착 방법은 참조에서 제공됩니다.
식품 산업에서 플라스틱 폼 단열재 샌드위치판넬과 관련된 수 많은 화재가 발생한 후 영국에서 두 가지 실행 법규가 발표되었습니다. 설계 및 테스트의 모든 측면을 포괄적으로 다루는 샌드위치판넬에 대한 책이 출판되었습니다. 저자는 가연성 단열재가 있는 외부 샌드위치판넬 사용의 위험을 고려한 화재 위험 평가의 어려움에 대해 연구했습니다. 가연성 단열재 샌드위치판넬에 대한 임시 화재 시험의 부적절성도 보고되었습니다. 내화성의 일부 다른 측면(예: 긴 스팬 샌드위치판넬의 단열 및 무결성)은 참조에서 다룹니다.
2. 이론
여기에서 방정식이 유도되며, 이 방정식은 박리가 발생하고 면이 케이블 모양을 한 후 샌드위치판넬에 작용하는 편향과 힘을 결정하기 위해 자료 뒷부분에서 사용됩니다. 방정식은 단순한 정적 및 기하학에 기초하며 응력 관련 변형을 무시합니다.
1) 커티너리 포스 방정식(The Catenary Force Equation)
아래 그림에 표시된 것과 같이 중간 스팬 편향 D를 가지는 단위 길이당 균일하게 분산된 하중 w를 전달하는 스팬 L의 케이블 모양을 지지하는 데 필요한 수평 구속력 H는 방정식의 형태로 예전 공학 교과서에 주어집니다. 여기서 고려되는 샌드위치판넬의 경우, w는 부과된(실시간) 하중이 고려되지 않고 종종 천장 상황에 존재하지 않기 때문에 단지 사하중일 뿐입니다.
H = wL² / 8D (1)
방정식 (1)에서 D가 작아질수록 H는 무한해집니다. 이것은 나중에 보여지듯이 실제로 중요한 의미를 가지고 있습니다.
https://www.scienceall.com/%EC%BB%A4%ED%8B%B0%EB%84%88%EB%A6%ACcatenary/
2) 중간 스팬 휨과 축 끝 변위에 대한 방정식
다음 이론은 부재가 반경 R의 원호로 굽어질 때 유연성 부재의 축방향 단축 F를 중간 스팬 편향 D와 관련시킵니다. 아래 그림에 표시된 것과 같이 길이 L인 초기 직선 부재 AB를 고려하면, 이 경우 끝 A는 제 위치에 고정되어 있지만 회전할 수 있습니다. 그런 다음 끝 B가 양 F만큼 밀고 들어가며, 이것은 중간 스팬 편향 D를 일으킵니다. 부재가 가늘어 끝 B에 축방향 압축력을 가하면 재료에 무시할 수 있는 탄성 압축 변형을 야기하지만, 단순히 원호 ACE로 휘어지도록 합니다. 즉, 원호 ACE의 길이는 길이 AB와 같습니다. 기하학에서 다음과 같이 표시될 수 있습니다.
D = √0.375LF (2)
부재 AB가 길이를 따라 가열되어 온도 상승 ΔT를 제공하는 경우, 제한되지 않은 종방향 팽창은 αLΔT가 됩니다. 여기서 α는 강철에 대한 구조적 유럽 법규에 따라 고온에서 강철에 대한 14×10⁻⁶/℃로 취할 수 ㅇ있는 선형 열팽창 계수입니다. 이제 부재 AB의 양쪽 끝이 제자리에 고정되어 있지만 회전이 허용된 다음 부재가 가열되어 온도가 상승하면 ΔT 온도 상승으로 인한 팽창으로 인해 부재가 원호 모양으로 휘어집니다. 이 경우 F= αLΔT와 식 (2)를 대입하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.
D = √0.375αΔT (3)
