건축물의 내화 설계를 하는데 있어 가장 먼저 인식하여야 할 사항은 ‘불이 나지 않는 건물 (Fireproof Building)은 존재하지 않는다’ 라는 단순한 사실이다. 건축물 안의 거의 모든 내용물은 불에 타게 되고 그때 발생하는 연기나 열 등은 건축물이 어떤 자재로 시공 되었는가와는 무관하게 건물 자체에 불이 붙기 전에 이미 인간의 생명에 광범위한 영향을 주게 된다.
미국의 FPL(Forest Products Laboratory)에서는 그동안 주거용 건물에서 이러한 사실을 충분히 납득할 만큼 많은 자료를 문서화하여 왔다.
FPL의 연구자료에 의하면 불이 난 후 약 4분에서 7분 사이가 가장 위험한 상태(Critical Point)인 것으로 나타났고, 다른 많은 실험 자료에 의하더라도 불이 난 후 약 2분 정도가 지나면 이미 그 건물은 사람이 살수 없는 공간으로 변하게 되는 것으로 나타났다.
그리고 소위 말하는 ‘불연재’라고 하더라도 그것이 인간의 생명이나 재산을 보장할 수는 없다. 1953년에 미시간주에 있는 제너럴 모터(General Motor)사의 공장에서 발생한 화재는 이를 입증하는 좋은 예 인데, 이 공장은 완벽한 불연재로만 시공된 건물이었지만 역시 불연재였던 메탈구조가 붕괴됨으로써 대 참사를 불러일으켰었다.
또 다른 예로는 시카고 전시관(Exhibition Hall)의 화재를 들 수 있는데, 이 건물도 내부 비내력벽을 포함한 모든 구조부가 불연재로 되어 있었으나, 건물의 내용물에 붙은 아주 작은 불씨가 번지기 시작하면서 강철 보 및 트러스가 열에 의해 휘어지거나 무너지면서 대 참사를 일으켰었다.
여기서 우리가 인지해야되는 부분은 화재시 인간의 생명을 보호하기 위해선 건물이 어떤 재료로 시공되었는가도 중요하지만 오히려 그밖의 것들이 더 중요하다는 것이다.
그밖의 것에는 화재 조기 경보 장치의 유무, 다수의 비상문이나 비상 출구의 유무 등이 그 것이고, 덧붙여 내용물, 가구 및 인테리어 마감재 등의 종류, 스프링클러나 기타 적절한 소화기의 유무도 중요한 요인이라 할 수 있다.
이러한 요인들을 감안하면서 건축 법규를 준수해 시공함으로써 화재에 안전한 건물(Firesafe Building)을 불연재 뿐만 아니라 가연재를 사용하여서도 설계할 수 있게 되는 것이다. 이러한 이유가 현재 중-저층(4~6층)의 건물 시공에 목재나 목재 패널 제품의 사용이 늘고 있는 추세가 이를 잘 설명해 주고 있다.
건축물의 화재에 대한 안정성을 평가하는 데는 화염의 번짐(Fire Spread)이나 내화 등급(Fire Resistance Rating) 등이 고려되고, 그 외에 적절한 구획화(Compartmentation)나 건축법규 등이 고려된다.
화염의 번짐이라는 것은 한 방 내에서의 불의 번짐을 의미하는 것으로 페인트 또는 벽지, 벽, 천정, 간막이벽 등에 사용된 내부 마감 자재의 불에 대한 성능으로 측정하는데 목재에 대한 화염의 번짐 성능 및 구분은 다음 표와 같다.
구분
Flame Spread Rating
사용범위
자재
ClassⅠ(A)
0 to 25
접화용 건물의 수직출구
Fire-retardant-treated
합판/Lumber(0~25)
ClassⅡ(B)
26 to 75
상업용 건물의 비상구가 있는 복도
Fire-retardant-treated
합판(0~45)
ClassⅢ(C)
76 to 200
병원, 집회용건물을 제외한 대부분의 건물의 방
합판, OBS(76~200)
Red Oak(100)
각 자재의 화염 번짐 성능은 ASTM E-84의 실험 방식에 의해 측정되는데, 길이 25피트 폭 20인치의 자재 샘플을 한 쪽 끝 부분에 가스불을 점화하여 실험하며, 무기물 보강 시멘트 보드를 0, Red Oak을 100으로 기준 하였을 때 그에 대한 비례 수치로 등급을 정한다.
내화 등급이라고 하는 것은 벽, 바닥, 지붕 등을 통한 화염의 직접 전달 및 열기의 전달을 봉쇄하는 정도를 의미한다.
이러한 내화등급에 의한 내화 구조(Fire-resistive Construction)는 화재시 구조부가 무너지지 않은 상태에서 화재의 발견, 불이 다른 곳으로 번지기 전에 진압, 소방관이 현장에 도달 할 수 있는 시간 및 건물내의 사람이 건물 밖으로 피신 할 수 있는 충분한 시간을 부여하는데 그 목적이 있다.
요구되는 내화 구조의 구현은 올바른 자재의 선택에 적절한 접합물(못, 스크류의 사이즈나 시공 간격 등) 및 올바른 시공 기술의 조합으로 이뤄진다.
내화 등급은 ASTM E-119의 실험 방식에 의해 측정되는데, 벽(내력벽/비내력벽), 바닥, 천정 및 지붕구조를 실제와 같이 만든 후 최대 허용 하중을 가하면서 실험을 한다.
이러한 실험을 거쳐 내화 등급은 실험체의 구조가 무너지지 않는 상태까지의 경과된 시간을 시간/분으로 측정하고 그 시간/분을 그 실험체의 내화 등급으로 지정하게 된다.
현행 미국의 건축법규에는 이러한 내화 등급을 이용하여 건물의 구조부위별 내화등급을 규정하고, 그에 따른 건축물의 시공 방식을 분류하고 있으며 그 내용은 아래 표와 같다.
위에서 언급한 화재에 안전한 건물에 대한 개념과 화염의 번짐 및 내화 등급을 근본으로 한 목조 건축물의 내화시공 방법은 가연재인 목구조를 불연재인 석고보드로 보호하는 방법, 화재시 표면에 Char현상이 일어나 자연적인 단열효과를 얻을 수 있는 중목구조의 사용, 방화 처리된 목재(Fire Retardant Treated Lumber)의 사용, 방화 도료(Fire Retardant Paints)의 사용, 자동 소화 장치(Sprinklers)의 시공 등을 들 수 있겠고, 여기에 첨부하여 건축 법규를 준수한 설계 및 시공이 필수라 하겠다.
미국의 건축 법규에서는 건축물의 사용용도(Occupancy)를 분류하여 정의하고 있고(하단 표 참조) 각각의 사용 용도에 따라 수직적인 통로(엘리베이터나 계단통로 등), 수평적인 통로(복도 등) 및 벽으로 구획되어 있는 공간(방 등) 에 사용할 수 있는 자재에 대한 화염의 번짐 등급을 규정하고 있다.
또한 사용 용도에 따라 건축물의 최대 허용 높이 및 바닥 면적을 규정하고, 건축 후퇴선(Setbacks), 비상 출구 방식(Means of Egress) 및 방화 구역(Fire Zones) 등을 규정함으로써 화재시 인간의 생명과 재산을 보호하기 위한 최소한의 기준으로 활용하고 있다.
이밖에 미국합판/공학목재협회(APA-The Engineered Wood Association) 및 UL(Underwriters Laboratories Inc.)에서 추천하는 1시간 내화성능을 가진 외벽 및 내벽에 대한 내력벽체의 시공 Detail과 한시간 내화 성능을 가진 바닥 및 천정 시공 Detail을 참고하기 바란다.
ELEMENT
TYPEⅠ
TYPEⅡ
TYPEⅢ
TYPEⅣ
TYPEⅤ
내력벽
외벽
내벽
4
3
4
2
4
1
4
1
1
1
비내력벽(외벽)
4
4
4
4
1
간막이벽
1
1
1
1 or HT*
1
구조용골조
3
2
1
1 or HT*
1
바닥
2
2
1
1
1
지붕
2
1
1
HT*
1
*HT는 중목구조(Heavy Timber)를 의미함
기호
사용용도
기호
사용용도
A
Assembly
집회용
극장, 나이트클럽
홀, 터미널, 식당
I
Institutional
공공시설용
노인복지시설
육아원
B
Business
사업용
사무실, 은행
우체국, 방송국
M
Merchantile
상업용
백화점, 약국
E
Educational
교육용
학교
R
Residential
주거용
호텔, 아파트
기숙사, 단독주택
F
Factory &
Industrial
공장
S
Storage
창고용
각종창고
H
High Harzard
고위험
주유소, 발화물질
U
Utility & Mis-
cellaneous
타워, 온실
기타 경량 목구조에 대한 화재에 대한 성능 및 기술적인 사항은 미국 임산물협회 한국사무소(American Forest & Paper Association)에 연락하면 많은 정보를 얻을 수 있다.田
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