소방시설의 내진설계기준 - 지진분리이음

지진분리이음은 배관의 지지부(Support), 배관의 수직부에서 수평부로 방향전환, 관통부의 이격거리 미만, 매립(고정물) 배관 연결부 등 상대변위나 각도 변형이 발생하는 곳에 설치하여 배관과 건축물의 상대변위에 의해 배관에 발생하는 응력을 해소하는 역할을 함

 

7조(지진분리이음)
① 배관의 변형을 최소화하고 소화설비 주요 부품 사이의 유연성을 증가시킬 필요가 있는 위치에 설치
② 구경 65㎜ 이상의 배관에는 지진분리이음을 다음 각 호의 위치에 설치
1. 모든 수직직선배관은 상부 및 하부의 단부로부터 0.6m 이내에 설치. 다만, 길이가 0.9m 미만인 수직직선배관은 지진분리이음을 설치하지 아니할 수 있으며, 0.9m ∼ 2.1m 사이의 수직직선배관은 하나의 지진분리이음을 설치할 수 있음
2. 제6조제3항 본문의 단서에도 불구하고 2층 이상의 건물인 경우 각 층의 바닥으로부터 0.3m, 천장으로부터 0.6m 이내에 설치
3. 수직직선배관에서 티분기된 수평배관 분기지점이 천장 아래 설치된 지진분리이음보다 아래에 위치한 경우 분기된 수평배관에 지진분리이음을 다음 각 목의 기준에 적합하게 설치
가. 티분기 수평직선배관으로부터 0.6m 이내에 지진분리이음을 설치
나. 티분기 수평직선배관 이후 2차 측에 수직직선배관이 설치된 경우 1차 측 수직직선배관의 지진분리이음 위치와 동일선상에 지진분리이음을 설치하고, 티분기 수평직선배관의 길이가 0.6m 이하인 경우에는 그 티분기된 수평직선배관에 가목에 따른 지진분리이음을 설치하지 않음
4. 수직직선배관에 중간 지지부가 있는 경우에는 지지부로부터 0.6m 이내의 윗부분 및 아랫부분에 설치
③ 제6조제3항제1호에 따른 이격거리 규정을 만족하는 경우에는 지진분리이음을 설치하지 안 할 수 있음

 

1. 지진분리이음의 개요

1. 지진분리이음은 배관의 지지부(Support), 배관의 수직부에서 수평부로 방향전환, 관통부의 이격거리 미만, 매립(고정물) 배관 연결부 등 상대변위나 각도 변형이 발생하는 곳에 설치하여 배관과 건축물의 상대변위에 의해 배관에 발생하는 응력을 해소하는 역할을 함
2.  특히, 층간 변위는 지진에 의한 하부층과 상부층 사이의 상대적 변위이며, 일반적으로 건축물의 층간 변위 발생은 높은 층일수록 크게 나타남. 국내 “건축물 내진설계기준”에 따라서 설계된 건축물은 내진등급에 따라 층고의 1 % ~ 2 % 의 층간변형각에 해당하는 수평변위를 허용하고 있음
3.  각 층간의 변위 차이는 다음 그림과 같이 변형각(층간변위/층높이)을 발생시킴. 이러한 건축물의 각 층간의 상대적인 변위 차이와 각도 변형의 차이 발생 시 소화배관의 유연성(배관에 발생 응력 감소 효과)을 확보하기 위하여 지진분리이음을 설치. 소화배관 중 층간 변형을 받는 것은 수직직선배관 및 그 연결 배관이 해당됨
4.  소방설비에 적용되는 대부분의 금속성 배관은 어느 정도의 유연성은 확보하고 있는 것으로 알려져 있으며, 배관의 직경이 작은 경우에 더욱 그러함. 그러므로 금속성 배관 직경이 50A 이하인 경우에는 슬리브의 설치나 관통부의 최소 이격거리만 유지하면 유연성만으로도 건축물의 층간 변형에 대응이 가능하므로 지진분리이음을 설치하지 않을 수 있음
5.  지진분리이음은 지진 발생 시 배관에 손상을 발생시키지 않도록 진행방향(축방향) 변위, 회전, 최소한 1° 이상의 각도 변위가 가능하여야 함. 단, 배관 200㎜ 이상은 각도 변위를 0.5° 이상으로 할 수 있음
6. 옥내소화전설비의 국가화재안전기준(NFSC 102) 배관에서 제시한 배관이음쇠는 지진분리이음으로서의 성능확인이 확인된 국내·외 제품인증, 국가건설기준에 따른 제품인증 기준에 의한 성능이 되어 있는지 확인해야 함 
7. 지진분리이음은 제품인증(인정)된 것으로 설치하여야 함. 단 “특수한 구조 등으로 조사ㆍ연구에 의한 설계”된 내진제품 등은 이 기준에 따라 사용확인받아 설치하여야 함

분리이음장치의 종류와 특성

 

2. 지진분리이음 설치상세

 

가. 수평직선배관에서 지진분리이음과 이격거리의 관계

1.  내진설계기준에 따라 수평직선배관이 벽체를 관통하는 경우 지진분리이음이나 이격거리로 배관의 유연성을 확보할 수 있다. NFPA 13(2019, 18.4.5/A18.2.3.1(3))에서는 벽면을 관통하는 경우에는 이격거리를 유지하거나 벽의 관통부 양쪽면에 지진분리이음을 설치하는 경우로 제시하고 있음. 따라서 벽을 관통하는 배관의 경우에는 이격거리 유지 또는 지진분리이음을 선택적으로 설치할 수 있음.
2.  내화성능이 요구되지 않는 부서지기 쉬운 석고보드는 관통부 이격거리나 지진분리이음을 생략할 수 있음.
3.  또한 벽체에 지진분리이음을 각 면에서 300㎜ 이내 설치 시 이격거리를 만족하는 것으로 본다. 위 내용은 콘크리트 또는 조적벽에도 적용됨.
4.  수직직선배관의 지진분리이음은 이 해설서에서 지진분리이음과 이격거리, 흔들림 방지 버팀대의 설치 등의 별표 6에 별도로 제시된 해설에 따름.
5.  부서지기 쉬운 재료는 “제6조(배관) 해설 5항“에 따라 성능을 확인.

 

나. 배관과 슬리브가 규정 이격거리 이상

1.  제6조제3항에 따른 이격거리 규정을 만족하는 경우로 층간 관통부에 지진분리이음 설치하지 아니할 수 있음.
2.  위쪽의 주배관과 옥내소화전함이나 유수검지장치 배관에 연결된 수평수직배관 길이가 0.6m 이내로 지진분리이음과 흔들림 방지 버팀대 둘 다 제외된 경우임.
3.  아래쪽의 주배관과 옥내소화전함이나 유수검지장치 배관에 연결된 수평수직배관 길이가 1.2m 초과로 지진분리이음과 흔들림 방지 버팀대 둘 다 설치된 경우임.(버팀대는 별도로 표시하지 않았음)
4. 배관 예 참고

 

 

 

 

 

 

 

 

다. 배관과 슬리브가 규정 이격거리 미만

1.  제6조제3항에 따른 이격거리 규정을 만족하지 못한 경우로 층간 관통부에 지진분리이음 설치.
2.  위쪽의 주배관과 옥내소화전함이나 유수검지장치 배관에 연결된 수평수직배관 길이가 0.6m 이내로 지진분리이음과 흔들림 방지 버팀대 둘 다 제외된 경우임.
3.  아래쪽의 주배관과 옥내소화전함이나 유수검지장치 배관에 연결된 수평수직배관 길이가 1.2m 초과로 지진분리이음과 흔들림 방지 버팀대 둘 다 설치된 경우임.(버팀대는 별도로 표시하지 않았음)

 

라. 천장 아래쪽에 설치된 지진분리이음 수직직선배관의 티분기점 보다 높이 있는 경우

 

 

마. 수직직선배관의 중간지지부(Support 등) 설치

1) 중간지지부(Support)와 정지(Stand)의 개념

1.  중간지지부(Support)는 배관의 외부충격, 동적거동 등으로 움직이지 못하도록 구조부재와 일체 시키는 위치유지, 응력, 변위 및 변형을 확인하여 구조안전성을 확인
2.  유연성 요구 시는 지진분리이음, 지진분리장치을 설치
3.  정지(Stand, 멈춤)는 배관의 외부충격, 동적거동 등에서 요구하는 방향에 위치할 수 있도록 고정. 이는 이격이나 간격 등이 고려된 개념

2) 건물의 바닥 또는 랙(rack) 등에 고정하는 중간지지부(Support)는 수직으로 작용하는 하중을 고정한 경우

가) 다층건물에 수직직선배관의 중력하중을 지지하기 위해 최하층, 각 층마다(8m 이하), pipe Run구간 내의 상쇄배관(offset) 상하부, 최상층 바닥에 수직직선배관 클램프 지지대 등으로 고정하는 경우
나) 다층건물의 수직직선배관에 지진분리이음이 설치되는 곳에는 배관에 압력이 가해질 때 지진분리이음의 팽창으로 상방향 밀림 움직임이 발생되며, 이 움직임을 방지하기 위해 바닥 슬라브 하부에 수직직선배관 클램프를 설치하는 경우로 중간지지부의 간격은 8m를 초과하지 않아야 한다. 단, 공간 내 높이 8m 초과된 Rack 등 독립적 구조물의 시스템 배관은 별도로 유연성에 대한 구조계산으로 변위에 충분히 대응하는 지진분리이음, 지진분리장치 및 가요성이음장치 중 선택하여 설치가 가능하다.
다) 상기 방법 외에 방법으로 수직직선배관의 중력하중 및 상방향 밀림 움직임을 지지할 경우 근거를 제시하여야 한다.
3) 수직직선배관에 중간지지부를 설치한 경우는 지지부의 윗부분, 아랫부분에 0.6m 이내에 지진분리이음을 설치하며, 랙 등 독립적 구조물에 수직직선배관을 설치 시 구조물의 움직임을 고려하여 수직직선배관 상·하부 0.6m 이내에, 최상부 지지대로부터 0.6m 이내에 배관구경에 관계없이 지진분리이음을 설치한다.

 

바. 상층 또는 하층의 소화전함내 앵글밸브에 인입되는 수직직선배관의 지진분리이음 설치

1.  중간지지부(Support)는 다층건물의 바닥 또는 랙(Rack) 등에 수직하중 지지부위를 말하고 있으며, 소화전 앵글밸브 수직인입배관의 U볼트 고정은 중간지지부로 보지 않음
2.  소화전함과 연결되는 수직직선배관 65A 이상은 제7조 제2항 1호에 따라 지진분리이음을 설치
3.  수직직선배관에서 연결되고 벽체를 통과하지 않는 65A 소화전 방수구 인입 수평직선배관이 0.6m 이내의 짧은 자유단의 배관인 경우 지진분리이음은 생략할 수 있음

 

사. 지상층 바닥 관통부의 지진분리이음 설치

1.  건축물의 바닥에서 매립되어 올라오는 소화배관은 0.3m 이내에 지진분리이음을 설치
2.  바닥부분과 건축물 내 상대변위가 적은 경우는 지진분리이음, 상대변위가 큰 경우는 지진분리장치 또는 가요성이음장치와 4방향 흔들림 방지 버팀대를 설치해야 함
3.  상·하단부의 지진분리이음은 이 기준 "제7조 제2항 제1호에 따라 수직직선배관의 상·하 단부의 0.6m 이내에 4방향 흔들림 방지 버팀대의 위치와 상관없이 설치

 

아. 옥내소화전(SP겸용) 연결송수구의 적용

1.  NFPA 13 2019 Ed HANDBOOK에서는 "지면 아래의 배관에 대해서는 지진분리장치를 적용하지 않는다."라고 되어 있음. 따라서 지면 아래(지하층)의 배관에 대해서는 벽, 바닥 또는 기초를 관통하는 배관으로 적용하여 지진분리이음을 적용할 수 있음
2.  송수구 배관이 지반에 매설되고 지반 침하가 우려되는 장소는 건축물과 지반 간에 변위만큼 건물 도입부의 배관 등에 가요성이음장치를 설치
3.  송수구(송수구 ~ 송수관 옥내 체크밸브)에서 외벽 관통부까지 배관에는 지진분리이음으로 설치가 가능

 

자. 50A 이하 직선배관 및 CPVC 배관

1.  배관구경 50㎜ 이하인 배관은 배관 자체의 유연성을 감안하여 슬리브 이격거리를 만족하지 않아도 되며, 지진분리이음도 설치하지 않아도 된다.
2.  CPVC 배관 등 비금속 배관은 NFPA 13(2019, 18.4.7)을 참조하여 제조사 제품별로 배관과 연결부속을 포함한 유연성에 관한 특성인 허용응력, 변위 등의 성능을 확인하여 지진분리이음의 각도 변위보다 큰 경우는 이 기준 제6조 3항 1호 단서를 적용할 수 있음
3.  흔들림 방지 버팀대에 관한 사항은 이 기준의 “제9조(흔들림 방지 버팀대)”에 따라 설치
4. 50A 이하 수직직선배관 지진분리이음과 흔들림 방지 버팀대의 설치 예

차. 유수검지장치 주위배관과 기능유지

1.  유수검지장치의 1·2차 배관은 이 기준 제7조 2항 1호를 적용하여 주위 연결배관과의 유연성을 갖기 위한 지진분리이음을 설치
2.  유수검지장치는 수직직선배관에 설치되므로 설치에 따른 보호조치를 만족하여야 하며, 지진분리이음을 수평으로 연결된 배관부에 설치하는 경우 수직직선배관에서 0.6m 이내에 설치
3.  주배관의 수직직선배관에 설치되어 있는 지진분리이음과 동일한 높이에 설치(NFPA 13(2019, 18.2.3.2(2)/FIG. A18.2.3.2(2)) 참조)
4.  유수검지장치가 설치되는 수직직선배관이 설치기준에 따라 0.9 ~ 2.1m 사이에 해당하면 1개의 지진분리이음을 설치하고, 2.1m를 초과하면 상하단부에 2개의 지진분리이음을 설치. 또한, 수직직선배관이 설치기준에 따라 0.9m 미만인 수직직선배관은 지진분리이음을 생략할 수 있음. 지진분리이음은 이 기준의 제7조 제2항 제1호에 따라 수직직선배관의 상·하 단부의 0.6m 이내에 4방향 흔들림 방지 버팀대의 위치와 상관없이 설치

 

카. 수직직선배관의 고정틀과 지진분리이음 설치

1) 지진분리이음 설치 시 주의사항

1.  그루브 가공 불량을 확인
2.  조립 이물질 등을 제거
3.  배관의 수평(직)도는 정밀 시공
4.  층별 슬리브 위치는 수직추를 이용하여 시공
5.  수압 후 커플링 변위량의 여유를 확인
6.  타 부품의 간섭을 고려

2) 고정틀 설치 시 주의사항

1.  고정틀 고정 앵커볼트와 콘크리트 모서리 거리는 앵커볼트 근입 깊이의 최소 연단거리 이상 유지
2.  고정틀이 수직직선배관의 중력하중 및 지진분리이음 설치로 인한 상방향 밀림하중을 지지할 수 있는 강도와 구조
3.  고정틀의 용도가 수직직선배관의 중력하중 및 상방향 밀림하중을 지지하는 것이 아니면, 별도의 수직직선배관 클램프를 설치하거나 대책을 강구해야 한다. 즉, 구조안전성을 확인하여야 한다는 의미

 

칼럼쇼트닝

칼럼쇼트닝은 건축물에서 발생이 되는 기둥 축소변위 현상으로 구조, 재료의 차이나 하중, 응력의 차이로 발생. 특히 배관이나 설비에 변형 등이 발생하여 여러 문제를 발생시키며, 지진 발생 시 칼럼쇼트닝에 의한 증대된 축소 변위에 따른 소화배관의 변형을 초래하여 초기 대응을 해할 수 있으므로 지진분리이음 등 이음쇠 사용 시 칼럼쇼트닝에 대한 대비는 매우 중요