소방시설 내진설계기준 - 수조

수조는 화재를 진압하기 위한 소화용수 공급에 중요한 역할을 수행하므로 지진 후에도 이동, 전도, 파손(손상), 변형되거나 벽체에 손상이 발생하지 않아야 한다.

 

소방시설 내진설계기준

제4조(수원) 수조는 다음 각 호의 기준에 따라 설치하여야 한다.
  1. 수조는 지진에 의하여 손상되거나 과도한 변위가 발생하지 않도록 기초(패드 포함), 본체 및 연결 부분의 구조안전성을 확인하여야 한다.
  2. 수조는 건축물의 구조부재나 구조부재와 연결된 수조 기초부(패드)에 고정하여 지진 시 파손(손상), 변형, 이동, 전도 등이 발생하지 않아야 한다.
  3. 수조와 연결되는 소화배관에는 지진 시 상대변위를 고려하여 가요성이음 장치를 설치하여야 한다.

 

수조 구성의 재질 및 부품

• 본체와 부자재(구조 등) : 철근콘크리트(일체형 포함), STS, SMC, FRP, PDF, 기타 특수강 등
• 프레임 구조 : 철근콘크리트, 철골조(빔), 기타
• 앵커볼트 및 너트 : 선 설치 앵커볼트, 후 설치 앵커볼트
• 패드 : 철근콘크리트, 철골조(빔), 기타 내력구조 등
• 기초바닥 : 철근콘크리트, 철골조(빔) 등

 

수조 내진설계의 구조안전성(구조계산과 사용확인) 검증 절차

1.  수조의 제원과 용량, 형상 및 재질을 결정
2.  수원량, 수조 본체, 기타부분을 포함한 가동중량을 산정
3.  수조의 지진설계계수에 의한 지진하중과 그에 따른 동수압을 고려하여 수평지진하중을 산정
4.  수조 고정방법과 부품의 연결방식을 선정하여 구조안전성을 검토
5.  수조 벽체 및 지붕에 대한 구조안전성을 검토
6.  설계도서(도면, 시방서, 특수시방서, 구조계산서, 사용확인 등 관련자료)를 작성
7.  구조안전성에 관련된 계산서는 소방시설설계업에 등록된 소방기술사가 확인
   다만, 수조의 구조계산서는 기술사사무소 개설등록된 건축구조기술사가 확인할 수 있음
8.  내진제품의 사용확인은 3항를 따름
9.  수조의 제품인증을 대신하여 설계검증(인증)을 하는 경우는 행정안전부나 국토교통부의 지진안전진단·인증기관, 소방청에서 인정한 인증기관으로 할 수 있음
10.  소방시설설계업에 등록업체는 내진설계된 수조가 소방시설과의 적정성과 적합성을 확인하여 설치

 

수조의 구조계산(해석)서 항목 검토방법

 

가. 구조계산(해석)서

1.  구조계산서는 소방시설설계업에 등록된 소방기술사 또는 기술사사무소 개설등록된 건축구조기술사가 확인
2.  수조는 기준에 따라 바닥(구조체), 수조본체, 기초패드와 각 연결 부분(기준 제4조 1항에 해당하는 수조 본체 결합부, 본체와 패드 결합부, 패드와 기초의 연결부의 모든 커넥팅 특성 고려)을 구조계산(해석) 서에 포함시켜 검토
3.  방파판을 설치하는 경우에도 지진하중 완화에 따른 내진보강 동적거동은 구조계산(해석)에 포함하여 검토
4.  재질은 물리, 화학적 특성치를 구조계산(해석)에 반영하여야 한다. 즉, 수조 본체와 부자재 등 강재를 포함한 SMC, FRP, PDF, 기타 특수강 및 부자재 등의 재질은 내진설계에 반영된 화학∙기계적 성질을 확인하여 구조계산(해석) 서에 반영된 것을 확인
5.  현장에서는 제품인증 기준과 제조 당시의 공정상의 성적서와 동일한지 확인하고, 출고 당시의 원료의 화학적 성분 및 물성치가 있는 Mill sheet를 제출
6.  구조계산(해석)서는 내진설계기준과 설계조건, 내진 요구항목과 그 내용의 결과를 명시

나. 가동중량

1.  본체(구조보강) + 프레임 + 물(만수위 중량) + 기타 = 총중량
2.  수조의 가동중량은 ASCE 7의 수조 기준에 따라 총중량 이상으로 안전율을 고려한다.
3.  수원의 중량은 만수위(일반적으로 플로우 스위치까지 위치)로 한다.

다. 수평지진하중

• “건축물 내진설계기준” 비구조요소 수평설계지진력에 따라 선정
• 한편 동 기준에서는 수조와 내부 용수의 동적거동을 고려한 지진력의 분포에 관한 사항은 제시하고 있지 않아 수조의 구조 부재 설계시 동수압이나 슬로싱 거동 등에 의한 영향을 고려하기는 어려움
• 따라서 수조의 부재 설계 시 국내·외에서 사용되고 있는 설계기준 등을 참조하여 동적해석법을 적용하여 설계지진력을 산정

라. 수조의 구성 부자재 간의 연결

은 고정방법 등을 포함하여 구조계산(해석)서에 포함해야 한다. 즉, 수조 본체의 부재연결 부위는 용접, 고정볼트, 리벳 등 연결방법에 따라 그 응력, 변위, 변형을 고려하여 구조 검토

마. 수조 본체와 받침대(패드) 연결부의 고정상태

를 구조계산(해석)서에 포함한다. (앵커볼트의 내진설계 적정성, 변위제한장치(스토퍼)의 정적·동적시험 성능확인 등) 바. 수조의 기초 구조물(지지 가능한 보강대 포함)은 수평지진력 계산서와 정적 또는 동적 시험성적서의 성능을 확인하여 구조 검토 후 설치

사. 수조(받침대 포함)와 건축물의 연결

에 적용하는 앵커볼트 등의 내진설계 적정성을 구조계산(해석)에 포함하고, 앵커볼트의 허용응력, 규격, 간격, 연단거리, 콘크리트 강도, 균열 콘크리트 여부 등을 포함

아. 수조 본체와 기초(패드 포함)의 연결

부분을 앵커볼트 등으로 직접 고정하지 않는 면진장치의 경우에는 수평지진하중에 견딜 수 있도록 수평지진력 계산서와 정적 또는 동적으로 시험된 성적서로 내진성능을 확인할 수 있음

자. 일반 연결용 볼트 및 너트

는 허용응력 인장과 전단응력에 따른 내진설계 적정성을 평가하여 사용

 

수조 제품의 사용확인

가. 수조 내진설계, 성능확인, 제품인증(설계인증, 검증) 등 사용확인 절차

1. 수조 내진설계 대상 부분은 기준에 따라 수조의 본체(부품결합부 포함), 연결부, 패드(건식, 습식), 구조체(건축)로 구조안전성을 확인해야 함
2. 수조 내진설계 구조계산(해석)서는 이 해설서의 “제2조, 해설 4항과 5항”에 따라서, 소방시설설계업에 등록된 소방기술사 또는 기술사사무소 개설등록된 건축구조기술사가 사용확인을 할 수 있음
3. 수조를 시험에 의해 성능확인하는 경우 공인시험연구기관에서 제품 기술기준과 시험방법으로 성능을 확인할 수 있음
4. 제품인증은 내진설계 구조안전성 신뢰성 확보를 위해 지진 관련 진단·인증기관의 인증을 통해 구조안전성과 공인시험연구기관에서 확인된 성능, 제품 품질인증을 인증기관의 업무수행 절차에 따라 심의해 인정한 제품의 설치할 수 있음
5. 수조 등을 공인시험연구기관에서 시험하기 어려운 경우 제품인증 경험과 기술력을 가진 비영리지진 관련기관의 제삼자 설계검증이나 설계인증된 제품을 설치할 수 있음

<공인시험연구기관> - 한국산업기술시험원(KTL), 한국건설생활환경 시험연구원(KCL), 부산대지진방재연구센터, 한국기계연구원(KIMM), 기타 공인내진시험연구기관 등 - 관련 내진제품의 KOLAS인증과 내진시험기준 적용 확인

 

나. 내진관련 전문가(소방기술사 또는 건축구조기술사)를 갖춘 지진 관련 진단·인증기관(행안부 등 국가지정 기관)을 통해 수조의 내진성능 확인

다. 수조의 설계인증(검증)은 지진관련 인증기관의 업무수행 절차서에 따라 실시

1. 설계의 해석적 검증을 수행한 경우에는 국내·외 실정을 고려하여 소방기술사와 건축구조기술사 및 소음진동기술사가 포함되어 검토할 수 있음
2. 국내·외 지진관련 인증기관의 인증(검증) 절차서에 따라 수조의 구조계산서, 시뮬레이션 및 모의지진시험 결과 등을 종합적으로 검토하여 적정성과 적합성을 인증(검증) 한 경우 수조 내진설계 성능을 확인할 수 있음
3. 지진 관련 인증기관의 업무수행 절차에 따라 보고서에는 소방시설의 내진설계가 포함된 구조계산서, 시뮬레이션 또는 모의지진시험 등 구조안전성의 적정성과 적합성 포함되어야 함

라. 수조가 내진 관련 인증기관에서 제품 인증받은 경우는 인증 범위(Listed)내에서 설치

마. 수조의 해석적 검증과 실험을 통한 내진제품은 이 해설서의 “제2조, 해설 4항과 5항”에 따라 사용확인받아 설치

바. 수조는 소방시설설계업 등록업체에서 소방시설과의 적정성과 적합성을 확인하여 날인 후 현장에 설치

사. 현장에서 수조 내진설계 변경 절차는 가항에서 바항까지 다시 수행

아. 수조의 흡입 및 토출측 Flange의 성능

1. 수조의 배관용 Flange는 스프링클러설비 화재안전기준(NFSC 103) 제8조 1항(배관)의 기준에 따라 내진 성능이 있는 배관이음쇠로 설치
2. 수조의 흡입 및 토출측 Flange는 건설기술진흥법 제44조 제1항의 규정에 따른 건축기계설비공사 표준설명서에 따르고, 내진설계 된 성능확인 후 설치할 수 있음
3. 수조의 Flange을 신규로 제품인증 받고자 하는 경우는 위의 1), 2)항을 만족한 제품인증을 받아야 사용할 수 있다. 또한, 내진제품은 “이 해설서의 제2조, 해설 4항과 5항”에 따라 사용확인받아 설치

 

수조의 설치

1. 수조가 건축물 콘크리트 구조와 일체인 경우 소화용수를 고려하여 구조계산(해석)을 실시하고, 수조의 구조안전성을 확인하여야 한다. 단, 건축구조설계에서 구조체와 수조를 같이 구조 설계한 경우 소방시설설계업체는 건축주나 건축 구조설계에서 구조안전성확인서류를 제출받아 확인
2. 건물과 일체로 타설되지 않는 일반적인 소화수조는 수조본체, 패드, 구조체와 각 연결부를 국내·외 내진설계기준에 구조계산(해석)으로 내진설계에 반영하고, 충분한 강도를 갖도록 고정장치로 정착하여 이동 및 전도방지 등 성능을 확인
3. 소방시설설계업 등록업체는 내진설계가 반영된 구조계산(해석)서의 결과를 검토하여 수조가 이동, 전도, 손상과 과도한 변위가 없는지 검토 후 소방시설과의 적정성과 적합성을 검토하여 소방시설의 설계에 반영
4. 바닥 등에 고정하는 앵커볼트는 “건축물 내진설계기준” 비구조요소의 정착부의 기준에 따라 모의지진시험을 한 제품의 제품인증 보고서의 앵커볼트 간격, 모서리 거리, 콘크리트 강도 등 주의사항을 고려하여 내진계산서를 제출

 

일반적인 수조의 내진설계 예

 

수조는 누수확인 및 유지보수 관리 목적으로 패드를 설치하는 경우 연결부 고정부 상태와 역학적인 구조안전성을 확인해야 함

1. 수조는 설치면의 경사로 인해 설계된 무게분포와 접촉면의 불균형 등이 동적거동에 의해 벗어나지 않도록 수평하게 설치
2. 수조와 기초콘크리트 패드의 연결부 또는 건식패드의 연결부의 설치 및 고정상태를 확인하여 구조계산(해석)
3. 수조에 면진장치를 사용하는 경우는 동적거동을 포함하여 내진에 관한 동적해석으로 내진설계 되어야 함
4. 국내·외 내진설계 시험방법 기준으로 성능이 확인된 경우에도 설치가 가능
5. 이 경우에도 수조와 면진장치 연결부 또는 면진장치와 구조체 연결부의 설치 및 고정상태가 확인된 구조계산(해석)에 포함하여야 함

 

수조의 국내·외 내진설계 기준과 해석 등

국내·외적으로 수조의 동적거동을 해석하기 위한 기준은 다양하게 제시되어 있음

 

국제적으로 통용되고 신뢰성이 있는 것으로 알려진 기준

1. KS B 6283, 액체저장탱크의 내풍압 및 내진에 대한 설계요건
2. ACI 350.3, Seismic Design of Liquid- Containing Concrete Structures and Co㎜entary
3. AWWA D100, Welded Carbon Steel Tanks for Water Storage
4. AWWA D121, Bolted Aboveground Thermosetting Fiberglass -Reinforced Plastic Panel-Type Tanks for Water Storage
5. FRP 水槽 構造設計計算法
6. API 650, Welded Steel Tanks for Oil Storage
7. ASCE 7, IBC, Eurocode 8, NZSEE 등 설계기준 나. 수조의 설계법은 등가정적 해석법 또는 동적해석법에 의해서 수행이 가능하며, 등가정적 해석법 및 응답스펙트럼해석법에 대해서는 부록의 예제를 참고

 

수조 앵커볼트의 적용

수조와 구조체를 고정하는 앵커볼트는 이 기준의 “제3조의2(공통 적용사항) 3항”과 해설서 “제3조 2의 해설 6항”의 앵커볼트에 따름