高層 建築物의 避難 安全性 評價에 관한 硏究

Abstract

본 연구는 고층 주상복합 건축물에 화재시의 피난안전성을 확인하기 위하여 지상39층 건물을 대상으로 화재 및 피난시뮬레이션을 수행하였다. 화재 시뮬레이션은 스프링클러 헤드의 개방으로 화재가 진화되는 경우와 헤드가 개방되지 않는 경우에 대하여 CO발생량, 연기밀도, 가시거리를 비교 분석하였다. 또 건물의 층별 수용인원과 계단폭등을 달리하여 피난시뮬레이션을 수행하였다. 본 연구의 결과로 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 스프링클러 헤드의 개방으로 소화가 이뤄지는 경우가 그렇지 아니한 경우보다 공간내 평균온도와 CO, 그리고 soot발생량이 작고, 가시거리가 길게 나타남을 알 수 있다. 그러나 평균온도에 비해 CO, soot 및 가시거리는 큰 차이가 나지 않았고, 이것은 화재초기에 발생된 연기가 진화후에도 공 간내에 잔류하기 때문으로 보인다. 2) 스프링클러 헤드의 개방이후 소화되는 경우 출입문에서 평균온도는 약 30℃에도 도달하지 않지만, 화재가 계속진행되는 경우는 출입문의 호흡선에 서의 온도가 약 220초 이후 60℃보다 높게 형성되었다. 3) 법적 수용인원의 경우에는 계단폭이 1.2m일 때는 피난시간이 55분 41초이나 계단폭이 1.5m일 때는 피난시간이 42분 57초로 계단폭에 따라서 피난 시간에 차이가 있었다. 그러나 수용인원이 적은 실거주나 NFPA의 경우에 는 계단폭이 1.2m일 때 피난시간이 21분29초이고 계단폭이 1.5m일 때 피 난시간이 21분 27초로 계단폭에 별영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그 러므로 불특정 다수인이 많은 다중 이용 시설 등에서는 수용인원이 많으므 로 피난계단과 출입문의 폭을 크게 하여 피난시간을 줄여야 함을 알수 있 었다. 4) SIMULEX의 기본값일 때 법적 수용인원의 경우 피난시간이 55분 41초이 고, 피난분산의 경우 피난시간이 33분 12초로 피난 시간에 많은 차이가 있 었다. 그러나 수용인원이 적은 실거주나 NFPA의 경우 기본값일 때 피난시 간이 21분 29초, 피난분산일 때 피난시간이 21분 46초로 피난시간이 거의 차이가 없음을 알 수 있었다. 5) 층별 피난완료시간에서 나타난 것과 같이 고층 건축물에서는 수직적 동선의 병목 현상으로 중간층에서 피난자들이 피난계단으로 진입하는 데 걸리 는 시간이 더욱 증가되며 상층부나 하층부보다 중간층에서 피난자들의 병 목이 더욱 많이 발생함을 알 수 있다. 중간층의 사람들은 다른층의 피난자 들이 층피난을 완료하여 피난계단에 밀집해 있으므로 피난계단으로의 진입 이 늦어져서 층피난이 늦어지므로 피난 계단을 분산하고 피난 안전구역을 설정하여 피난 인원을 분산하므로써 병목을 해소하고 안전한 피난을 유도 하여 재실자들의 안전을 확보할 수 있다. 6) 국내 법규에서도 NFPA 101에서와 같이 주거와 상업의 복합 용도로 사용 되는 건축물에서 주거시설 거주자가 상업용도의 공간을 경유하여 피난하지 않도록 피난 동선을 분리하여 재실자들의 병목을 방지하여 안전한 피난을 유도할 수 있다. 7) 초고층 건축물의 건설이 증가하고 있는 추세이고, 이들 초고층 건축물에서는 피난계단을 통한 피난 시 병목현상 등의 발생 및 피난자들의 피로도 증 가 등으로 피난에 어려움이 발생하므로 피난계단의 분산 및 엘리베이터를 피난에 활용하는 방안 등이 적극 고려되어야 한다.

To evaluate fire safety in high-rise residential-commercial buildings, simulation of fire and egress were conducted for a 39 story building. In fire simulations, time-averaged distributions of temperature, co, soot and visibility were compared with and without sprinkler system. On the other hand, the egress simulations include calculation of egress time for the number of persons in each story and the width of exits. The results of this study lead the following conclutions: 1) When the fire was successfully extinguished by the sprinklers, lower temperature, CO, soot distributions and longer ranges of visibility were obtained, compared with the case that fire was not extinguished. The differences in CO, soot, and visibility in the two cases were not high while that in temperature was small. This maybe smoke remains in the space after extinguishing of the fire. 2) In case of extinguishing after the opening of sprinkler heads, the average temperature of the entrance door was not over 30°C whereas it went over 60°C after 220 seconds when fire continuing. 3) In case of a legal number of in-door persons, the egress time was 55 minutes 41 seconds with 1.2 meter of the step width and 42 min 57 sec with 1.5 meter of the step width, which implied that the egress time depended on the step width. But, in case of a small number of in-door persons, such as in residence areas and NFPA, the egress time was 21 min 29 sec with 1.2 meter of the step width, and 21 min 27 sec with 1.5 meter of the step width, meaning that the egress time had no relevance to the step width. Therefore, for a large number of in-door persons from multi-usage complex buildings accommodating unspecified individuals, we need to shorten the egress time so as to make wider the width of steps and entrance doors. 4) With SIMULEX with the initial conditions, the egress time was 55 min 41 sec with a legal number of in-door persons, and 33 min 12 sec with scattered refugees, which showed a great difference of the egress time. On the other hand, in the case of a small number of in-door persons such as in residence areas and NFPA, the egress time was 21 min 29 sec with a legal number of in-door persons, and 21 min 46 sec with scattered refugees, showing little difference of the egress time. 5) As the completion of refuge in each story signifies, in high-rise buildings the bottleneck of vertical paths costed much time for in-door persons in middle stories to refuge steps, causing an exponential increase in the bottleneck. Note that in-door persons in middle stories entered into refuge steps later than persons in upper or middle parts of stories, because persons coming from upper or middle parts of stories can finish their refuge earlier and will make dense the refuge steps. For solving this problem, we must designate a refuge-safe area to lift the bottleneck and to induce a more secure refuge procedure. 6) Note that the domestic regulations such as NFPA 101 also specify that in residential-commercial buildings, the refuge paths should be separated to keep the residents from evacuating through commercial space, which will help prevent any bottleneck. 7) These days, high-rise buildings are still being actively constructed. These skyscrapers cannot avoid possible bottleneck caused by the refuge scenario using the refuge steps and the increase in fatigue of refugees. One way to solve this problem is decentralization of the refuge steps and use of elevators in refuge procedures.