고층건물 화재대응을 위한 피난 하강장치 시스템 및 속도제어 메커니즘 개발

Abstract

고층건물은 구조적 특성상 높은 집약도와 긴 수직, 수평동선으로 인해 화재위험에 쉽게 노출된다. 특히, 피난에 대한 연구는 방법론과 피난 계획과 같은 피상적인 부분에서만 이루어지고 있으며 직접적인 피난과 관련된 시스템적인 측면에서의 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 화재에 취약한 고층건물에 적용시킬 수 있는 안전하고 신뢰성있는 피난용 하강 장치 시스템을 개발하여 화재로 인한 인명피해 및 재산피해를 최소화 시키는데 기여하고자 한다. 이를 위하여 기존의 피난 시스템에 대한 조사를 수행하였으며, 특히 하강장치의 속도를 제어하는 메커니즘 부분에 대해 심도 깊게 연구하였다. 새롭게 제안하는 피난용 하강장치 시스템 개발을 위해 앞서 조사한 내용을 바탕으로 설계기준을 설립하고 이에 맞는 시스템을 디자인 하였다. 디자인된 시스템에 대한 구조해석을 통해 구조적 안전성을 검증하고 3D모델링을 통해 가시화 하였다. 가시화된 시스템에 대한 운동방정식을 유도하였고 수치모델에 대한 검증을 위해 축소실험모형을 제작하여 불확실한 시스템 구성요소의 제원을 알아보는 실험을 수행하였다. 본 연구에서 제안한 피난용 하강 장치 시스템은 탑승객의 하중을 이용하여 하강운동하며, 하강운동 속도를 제어하기 위하여 발전기와 외부저항값을 이용하였다. 본 연구에서는 외부저항값을 조절하여 발전기 부하로 인한 에너지 소산을 통해 전체 시스템에서 비 보존력에 의한 에너지가 차지하는 부분을 조절함으로써 전체 시스템의 하강 속도를 기존의 피난용 승강기의 운동속도 범위(0.4 m/s ~ 0.5 m/s)안으로 유지시킴으로써 제안된 피난 하강장치 시스템이 실제 고층건물에 적용될 수 있는 가능성을 검토하였다. 최종적으로, 앞서 제안한 시스템 전개방식과 실험을 통해 검증한 속도제어 메커니즘을 적용한 1/6 축소모형을 제작하고 성능을 검증함으로써 실규모 시스템에 대한 적용 가능한 피난 하강장치 시스템이 될 수 있다고 결론지었다.