초고층 건축물에 대한

방화 안전대책

부설연구소

목   차

Ⅰ. 초고층 건축물에 관한 고찰...................................................................................................................................................1

1 초고층 건축물의 정의..........................................................................................................................................................................1.

2. 국내 초고층 건축물의 현황...............................................................................................................................................................2

3. 초고층건물 화재 기본 원칙...............................................................................................................................................................2

4. 초고층 건축물 화재 특징....................................................................................................................................................................4

5. 국내외 초고층 건물 화재 안전 관련 법규 검토.....................................................................................................................4

Ⅱ. 초고층 건축물 소방 대책.........................................................................................................................................................7

1. 방화 ․  대피상 안전한 건물의 개념...............................................................................................................................................7

2. 소방방재 설비대책.................................................................................................................................................................................7

3. 화재대책......................................................................................................................................................................................................9

Ⅲ. 초고층 건축물 피난에 관한 고찰.......................................................................................................................................10

1. 초고층 건물 피난기술.........................................................................................................................................................................10

2. 피난안전구역의 설치 구조 기준....................................................................................................................................................11

3. 복도의 너비 및 설치 기준...............................................................................................................................................................11

4. 피난계단 및 특별피난계단의 구조................................................................................................................................................12

5. 제연설비의 목적과 개선방안...........................................................................................................................................................15

Ⅳ. 성능위주 설계.............................................................................................................................................................................17

1. 성능위주설계 정의...............................................................................................................................................................................17

2. 성능위주설계 대상물...........................................................................................................................................................................18

3. 국내 법규상의 성능위주 소방 설계 분야 반영여부 파악.................................................................................................18

4. 설치되어 있는 소방 설비의 종류.................................................................................................................................................18

5. 초고층건물의 내진설계......................................................................................................................................................................21

Ⅵ. 결론 ............................................................................................................................................................................................................23

참고문헌

Ⅰ. 초고층 건축물에 관한 고찰

1. 초고층 건축물의 정의

초고층 건물은 그 층수 또는 높이에 따라 정확히 구분되어 있지 않으며 각 나라별로 관점에 따라 상대 적으로 정의되고 있다.

[표 1] 초고층 건물의 일반적 분류

분류	내용	비고
미국	▪ 건물의 용적률이 그 지역의 평균에 비하여 상대적으로 높고 ▪ 수직교통을 위한 기계설비가 사용되며 ▪ 일상적인 저층 건물에서 사용되는 것과는 다른 공법 및 기술이 요구되는 건물 ▪ 70층에서 100층	시카고
독일	▪ 최소 하나의 개실 바닥이 지표면이나, 인공대지에서 22m이상
일본	▪ 지상 20층 이상 ▪ 높이가 60m을 초과하는 건축물
한국	▪ 내진설계에 의한 구조안전 확인 대상물인 20층 이상 건물 ▪ 통상 30층 이상, 높이 120m 이상의 고층 건물
국제고층 건물학회	▪ 50층 이상, 200m이상으로 제시
기술적 검토	▪ 세장비가 5이상인 건물 ▪ 횡하중에 저항하기 위해 특별한 구조형식을 도입할 필요가 있는 건물

* 초고층 건물에서 마천루(skyscraper)라는 표현은 1885년 엘리베이터 및 압연철재의 발명에 기반을 둔 주철과 단철로 이루어진 미국 시카고의 높이 60m의 Home Insurance빌딩에서 유래되었다.

2. 국내 초고층 건축물의 현황

[표 2] 국내에서 설계가 진행 중인 100 층 이상 초고층 건물

초고층 건축물의 현황	비고
서울 송파구 잠실 제 2 롯데월드(555m/112 층) 마포구 상암동 국제비즈니스센터 (580m/130 층) 중구 금융관광허브 초고층 빌딩(960m/220 층) 성동구 뚝섬 글로벌비즈니스센터(450m/110 층) 용산 역세권 랜드마크(620m/150 층)	서울
인천 송도 인천타워(610ｍ/151 층)	인천
부산 롯데월드(510ｍ/107 층)	부산

3. 초고층건물 화재 기본 원칙

국내의 화재진압대책, 미국의 고층건물 및 도시주거위원회에서 제정한 화재안전대책, NFPA 코드, 국내의 관련 법규를 기본으로 초고층 건축물의 가장 중요한 1차 목표는 거주자 및 불특정다수가 화재, 지진, 폭발 및 테러 등 기타 사고에 노출되었을 때 인명안전을 최우선으로 하는 것이다. 첨단소방 설비의 설치와 체계적인 자체 소방대의 구축함으로써 초고층 건물의 다양한 방호공간에 잠재되어 있는 화재위험을 정확하게 감지하고 소화할 수 있는 설비적인 대책과 구조, 피난계단, 제연 등 화재 위험을 최소한으로 감소시킬 수 있는 완벽한 대책 수립이 필요하다. 즉, 초고층건물의 수직 및 수평공간이 매우 다양하고 복잡할 뿐 아니라 많은 수용인원이 활동하는 경제공간이기 때문에 발생 가능한 여러 가지의 변수에 대한 충분한   예방대책이 필요하다.

1) 건축적인 대응 : 예방적인 차원

2) 설비적인 대응 : 화재가 발생 할 경우 사용하는 시설로서 2차적인 개념

[표 3] 초고층 건물의 화재안전대책의 분류

소방시설 분야	입지환경	외벽 및 출입구	구조 및 내장, 피난
▪예방대책 ▪감지 및 탐지 ▪소화설비대책 ▪피난기구대책 ▪방범(테러)대책 ▪가연물대책 ▪방송설비 ▪전원비상설비 ▪조직관리 대책 ▪소화용수대책	▪연소우려가 없는 부지 ▪위험물 또는 위험시설에 인접하지 않은 부지 ▪소방 활동 공간의 확보 ▪외부조명의 환경 ▪공공 소방력의 접근성 ▪인접 건물의 위험성 ▪정부 및 중요 시설 ▪외부 소화수원의 확보성	▪타 건물 근접외벽의 출입구 제함 ▪출입구수 및 개부구률 연소방지 대책 ▪출입구의 침입방지 경보장치 ▪출입구의 입구감지 ▪차량 돌진방지 ▪우편물 등 외부 유입물 검색 시스템	▪내화구조 ▪방화구획 ▪방연계획 ▪방염 및 난연 계획 ▪유해 및 유독성 방지 ▪양방향 피난경로확보 ▪공간구조의 단순화 ▪내진설계 ▪내장재 사용제한

[표 4] 초고층 건물의 화재안전에 미치는 주요요소

분야	구분	주요내용
건축적인대응	공간계획	용도별 구획, 층별 구획, 지원시설의 공간, 안내 공간, 소방차 활용 피난 안전층, 안전지역 설정 등
	평면계획	피난동선, 모듈 및 기둥간격, 공조구획 단위, 코어배치, 유효비 (코어면적)
	구조계획	내화구조, 기준층 천정고, 수납공간, 허용 적재하중, 내진계획
	환경계획	환기창 개폐 방식, 조명 방식, 공조방식, 소음 대책
	마감계획	바닥마감, 벽 마감, 천장마감, 천장 부착물 범위, OA기기 아울렛
	피난계획	복도, 계단, 특별피난계단(제연설비), 배연창, 피난동선
	방염계획	각종 벽지 등 건축부재의 방염성능
설비적인대응	소방시설	감지설비, 소화설비, 소화용수설비, 소방장비, 제연설비
	비상조명	조도, 휘도대비, 조명효율, VDT작업관련위생관리, 각종 조명 제어
	전원설비	전원용량, 무정전 대책, 정전압장치, 간선 및 분전반, 고주파 장해, 접지, 각종 전력제어, 비상전원
	배선설비	배선 용량, 배선방식, 케이블 종류
	공조 및 제연설비	온습도 조건, 내부 발열, 공조시스템, 공조부하 용량, 열회수 설비(축열조 등) 각종 공조관련 제어
	방법방재시설	출입자 감시, CCTV, 소방 및 각종 방재관련 감지 및 경보 시스템
	비상방송설비	방송설비, 얼리베이터군 관리, 주차장관리, 쓰레기 처리, 중수도 및 태양열 등 에너지시스템
	피난설비	각종 피난기구, 인명구조 장비
	통합시설	냉난방설비, 전원설비,

4. 초고층 건축물 화재 특징

1) 불특정 다수인의 이용으로 화재발생 위험 유발인자가 높음

2) 다량의 가연물이 수용되어 있어 연소 확대의 속도가 빠름

3) 강제적인 급배기 시스템으로 연기와 유독가스의 확산 우려가 높음

4) 고층부의 강풍에 의해 화염 및 연기가 복도 등 피난경로의 연소위험이 높음

5) 상승기류에 의해 방화문의 개폐장애와 연기의 제어장해가 일어남

6) 연기가 복도에 유출된 경우 그 배출이 어려움

7) 최적의 피난수단을 엘리베이터로 착각하여 피해가 증가 함

8) 소방대원의 화점 발견 및 접근성에 한계

9) 인명구조 및 화재진압활동의 한계성

10) 굴뚝효과 등에 의해 연소 확대 급격한 화재확산

11) 유지관리 관리자의 능력 부족

12) 화재하중 및 패닉 현상의 증가

13) 인위 위험 유발인자의 증가

5. 국내외 초고층 건물 화재 안전 관련 법규 검토

국내 건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제15조와 NFPA 101에서는 층 간 방화구획을 해야 하는 것으로 규정하고 있고, 특히 국내법은 3층 이상의 층과 지하층은 층마다 구획할 것을 요구 한다.

[표 5] 국내외 초고층 건물 화재 안전 관련 법규 검토

구분		적용법규
		국내법	NFPA 101
피난계단 및 특별피난계단의 구조		건축법시행령 제39조	NFPA 101 - 7.4.1.2
복도의 너비 및 설치기준		건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제 15조 2	NFPA 101 - 30.2.3.3
이동거리		건축법시행령 제34조	NFPA 101 - 5.6.1
피난구 이격거리		건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제8조	NFPA 101 - 7.5.1.4
방화구획	수평 방화구획	건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제15조	NFPA 101
	층간 방화구획
피난구 용량의 정량적 검토		기준 없음	NFPA 101 - 7.3.3.1

7.4.1.2 The number of means of egress from any story or portion thereof, other than for existing buildings as permitted in Chapters 12 through 42, shall be as follows:

1. Occupant load more than 500 but not more than 1000 — not less than 3

2. Occupant load more than 1000 — not less than 4

30.2.3.3 The corridor width shall be sufficient to accommodate the required occupant load, but shall be not less than 44 in. (112 cm).

5.6.1 General. A proposed design’s performance shall be assessed relative to each performance objective in Section 4.2 and each applicable scenario in 5.5.3, with the assessment conducted through the use of appropriate calculation methods. The authority having jurisdiction shall approve the choice of assessment methods.

7.5.1.4 Where two exits or exit access doors are required, they shall be placed at a distance from one another not less than one-half the length of the maximum overall diagonal dimension of the building or area to be served, measured in a straight line between the nearest edge of the exit doors or exit access doors. Where exit enclosures are provided as the required exits and are interconnected by not less than a 1-hour fire resistance-rated corridor, exit separation shall be permitted to be measured along the line of travel within the corridor.

Where more than two exits or exit access doors are required, at least two of the required exits or exit access doors shall be arranged to comply with the minimum separation distance requirement. The other exits or exit access doors shall be located so that if one becomes blocked, the others shall be available.

Exception No. 1: In buildings protected throughout by an approved, supervised automatic sprinkler system in accordance with Section 9.7, the minimum separation distance between two exits or exit access doors measured in accordance with 7.5.1.4 shall be not less than one-third the length of the maximum overall diagonal dimension of the building or area to be served.

Exception No. 2: In existing buildings, where more than one exit or exit access door is required, such exits or exit access doors shall be permitted to be remotely located in accordance with 7.5.1.3.

7.3.3.1 Egress capacity for approved components of means of egress shall be based on the capacity factors shown in Table 7.3.3.1.

[표 6] 7.3.3.1 Capacity Factors

Area	Stairways (width per person)		Level Components and Ramps (width per person)
	in.	cm	in.	cm
Board and care	0.4	1.0	0.2	0.5
Health care, sprinklered	0.3	0.8	0.2	0.5
Health care, nonsprinklered	0.6	1.5	0.5	1.3
High hazard contents	0.7	1.8	0.4	1.0
All others	0.3	0.8	0.2	0.5

Ⅱ. 초고층 건축물 소방대책

1. 방화 ․ 대피상 안전한 건물의 개념

1) 상하로의 연소위험 개소로의 종혈 공간을 빌딩 내부에서 배제

2) 옥외 측에서의 상층 연소위험요소를 배제

3) 상하의 대피를 필요로 하지 않는 구조로 함

4) 건물 옥내 측 종렬 없앰

5) 빌딩 외주부에 회랑형 발코니를 설치

6) 건물에 회랑형의 발코니를 설치하므로 양방향 대피를 확보

7) 건물 본체와는 격리하여 옥외 측에 옥외계단과 엘리베이터, 샤프트류와 기계실 등을

수용 할 수 있는 공간을 만들어 그 공간과 접하여 안전공간을 설계

2. 소방방재 설비 대책

1) 자동식 소방시스템 구축

방호 공간에서 발생할 수 있는 원인을 없애고 만약에 화재사고가 발생하더라도 자체적으로 조기 화재를 방어할 수 있는 전자동식 시스템으로 구축하고 2중, 3중의 fail safety가 이루어 질 수 있는 방어체제를 구축하여야 한다. 즉, 고층 건축물의 각 방호공간에 적합한 화재감지시스템과 소화설비를 설치하여 초기에 화재를 진압 할 수 있는 대책이 마련되어야 한다.

1) 자동식(on-off방식)스프링클러소화설비 및 방호공간의 화재하중을 고려한 성능위주의

설계에 따른 시고 감리 등 표준화 대책

2) 수원의 공급 신뢰성을 위해서는 루프식의 이원화를 하여 1개의 회로가 동작을 할 수

없을 때 대처 할 수 있도록 하여야 함

3) 전 층 자동화 System (스프링클러설비 등)을 설치하여 초기 대응

4) 특수 방호공간의 청정약제 소화설비

5) 화재 경보 System의 센서는 아날로그 타입으로 설치하여 신뢰성을 확보

6) 각종 배전 및 분전반에 자동식 소화기구

7) 통합시스템 구축 등

8) 소화용수설비 확보 및 급수시설 확보 대책

9) 지하공동구 및 지하구 등에 감시 및 소화 시스템 구축

10) 전기실 등의 전역방출 가스계 소화 설비 설치시는 유효소화농도 측정 시험 필요

11) 방화문의 내화성능 강화

12) 수평 및 수직 화재확산 개선대책

13) 화재발생 장소에서 인접한 공간으로 화재가 확산되지 않도록 정확한 방화구확을 설정

2) 피난로의 공기가압에 의한 연기제어

건물 내에서의 연기이동을 좌우하는 요인

1) 기후조건(풍향, 풍속, 기온)

2) 화재실을 포함한 건물내의 개폐상황

3) 계단 등의 수직샤프트에서 발생하는 굴뚝효과의 영향

* NFPA의 인명안전규정에서는 문을 여는데 필요한 힘을 50lb로 제한, 30lb을 권장

lb(엘비)는 질량의 단위입니다. (pound 파운드라고 읽는다)

1lb = 0.4536kgf = 0.4536 * 9.8 = 4.44528 N

* 현재 우리나라 건축법규는 특별피난계단의 부속실과 비상용 승강기의 승강장에 배연

설비를 하도록 간단히 규정하고 있으나, 단순히 배연설비만으로는 오히려 계단실로

연기를 끌어들일 위험성이 따르므로 공기가압방식에 의한 연기제어설비를 추가 규정

하는 것이 연기제어에 효율적.

* 건물화재로 인한 인명피해의 원인이 주로 연기 및 유독가스에 의한 질식사 및 중독사이기    때문에 피난계획에 바탕을 두고 안전구획 및 피난로를 연기로부터 수호할 수 있는 방법을    강구하여 화재 실에서 발생한 연기가 피난 로 방향으로 유입하는 것을 방지해야 한다.

[표 7]불과 연기의 확산속도

수평방향	매초 0.8～1미터, 빠른 걸음으로 보행 시 화염과 연기로부터 피난 가능
수직방향	매초 3～5미터 인간의 계단 강하속도(매초 0.25미터)의 약 12～20배의 속도

3) 엘리베이터를 이용한 피난대책의 강구

국내에서는 엘리베이터 및 에스컬레이터를 피난로로 인전하지 않으나 미국 NIST(National Institute of Standards and Technology)에서의 연구 결과 초고층에서는 다음과 같은 조치를 취한 엘리베이터의 사용이 피난에 도움이 된다는 결론을 내리고 있다.

1) 열과 화염으로부터의 방호를 위한 엘리베이터 승강장의 방화구획

2) 연기가 승강장 및 승강로로 침입하지 못하도록 제연설비 설치

3) 엘리베이터의 피스톤 효과 등을 방지하기 위한 튼튼한 엘리베이터 문의 사용

4) 화재 시 살수된 물로 인한 피해를 최소화할 수 있는 승강장이나 기계실 구조, 습기 있는     환경에서 사용가능한 엘리베이터 부품의 사용

6) 피난유도선 및 식별이 용이한 피난유도등 설치

7) 강풍에 대한 설계조건 강화

초고층 건축물 가능하게 한 3대 기술

구조기술, 엘리베이터기술, 방재기술(화재예방기술, 소화 및 경보기술, 인명피난기술, 건축적 방화대책 기술 등이 포함)

3. 화재 대책

1) 소방관의 출동은 의미가 없고 자체 시스템으로 화재진압을 해야 한다 초고층의 자체 진압력을 높이기 위해 우리나라에서는 성능위주설계와 사전재난영향성평가를 거치도록 하고 있고 이러한 과정에서는 과학적이고 기술적이면서도 사회적으로 접근해야 한다.

2) 비상용승강기의 가압 필요성

화재 시 발생되는 열은 건축물내 공기를 가볍게 만드는데 이 때 외부의 공기가 지속적으로 유입되면서 연소반응을 촉진시키고 결국 화재를 키우게 되는 상황을 불러오게 된다. 때문에 수직으로 관통되는 비상용승강기의 승강로를 가압해 충분하게 압력 컨트롤을 해줘야만 화재시의 안전성을 확보할 수 있다.

3) 건물 내 피난안전구역에서 다른 피난안전구역까지 피난용승강기가 사람들을 몰아서 이동시킬 수 있도록 하는 라이프보트 방식의 운영 필요.

4) 광대역 무선통신보조설비의 필요성

고층에서는 전파 쉴드로 인한 대책으로 무선통신보조설비가 설치되지만 일반적으로 재래식의 UHF 대역에 해당되는 망만 설치되고 있는 실정이라 외부나 본부와의 무선통신이 어렵고 원 거리망이 안 되는 문제점이 발생.

Ⅲ. 초고층 건축물 피난에 관한 고찰

1. 초고층 건물 피난기술

1) 대피지역 및 대피 층 설치

초고층 건물에 비상사태 시 노약자나 장애자들의 피난이 수직적인 피난계단을 통하여 피난을 하기가 어려울 뿐만 아니라 다른 이의 피난에 방해가 되어 피난흐름속도를 줄일 수 있기 때문에 그들을 위한 대피지역이 필요하다. 이들에 대한 피난은 일단 안전한 곳에 대피하였다가 추후에 소방대원이나 비상대원 팀의 도움을 받아 피난을 하는 것이다.

이러한 시설들은 많은 인원들이 한꺼번에 피난계단으로 몰려 생기는 문제와 Stack Effect와 같은 현상으로 인해 고층부에 발생 예상되는 인명안전을 위해 필요한 시설이며, 이들의 시설은 피난의 흐름을 원활하게 시켜 빠른 피난활동과 함께 비상대원의 진입을 돕는 역할도 할 수 있다. 현재 국내의 대피지역에 관련된 기준은 따로 존재하지 않으나, 미국에서는 ADA (AmericansWith DisabilitiesAct)기준이 존재하고 있다.

[표 8] 대피층(피난안전구역) 설치 기준

한국	대피 층의 기준 약 20~25층마다 한 개 층 씩 설치
미국	NFPA Code에 피난 안전구역의 설치를 소극적으로 권장
중국	100m이상의 공공건물에는 매 15층 마다 설치할 것을 법으로 규정 (대피층의 면적기준은 총 대피 예상인원 5명당 1㎡의 면적을 기준으로 설정)
홍콩	매 20~25층 마다 설치할 것을 법으로 규정
층의 기준은 건물의 이용자의 수와 수용 능력, 피난성 고려해 정해짐

1	감지 및 스프링클러 시스템
2	2시간 이상의 방화구획
3	양압 시설 및 제연구획
4	양방향 통신시설

[표 9] 대피층이 갖추어야 할 설비

2. 피난안전구역의 설치 구조 기준

1) 건물 내에 있는 층으로서 스프링클러설비에 의해 철저히 방호되고, 내화구조에 의해

다른 실이나 공간과 구획된 장소여야 한다.

2) 양방향 피난이 가능하고 특별피난계단과 직접 연결되어야 한다.

3) 구획 벽의 내화도는 최소 2시간 이상이고 내장재나 수용품은 불연재여야 한다.

4) 비상전원이 구비되어야 한다.

5) 별도의 제연설비가 설치되어야 한다.

6) 상부 기준층 2개 층 정도의 사람이 수용될 수 있는 넓이여야 한다.

7) 대피 층을 기준으로 상층부 피난계단과 하층부 피난계단이 분리되도록 한다.

3. 복도의 너비 및 설치 기준

건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제 15조 2에 의하면,공동주택의 경우 건축물의 양 옆이 거실인 복도는 1.8미터 이상,기타의 복도는 1.2미터 이상으로 설치해야 한다. NFPA 101-30.2.3.에서는 층별 수용 인원이 50명 미만일 때는 0.91m이상, 50명 이상일 때는 1.12m 이상 설치하여야 한다.

[표 10] 복도의 너비 및 설치기준

		근 거
국내법	1.2m 이상	건축물의 피난․방화구조 등의 기준에 관한 규칙 제 15조 2
NFPA	0.91m 이상(50명 미만) 1.12m 이상(50명 이상)	NFPA 101 - 30.2.3.3

4. 피난계단 및 특별피난계단의 정의와 구조

1) 피난계단 정의[shelter stairs]

위험물 기타 폭발성 또는 발화성물질의 제조 또는 취급을 하는 작업장이 있는 건축물에는 각층에서 피난층(직접 지상으로 출입구가 있는 층을 말한다) 또는 지상으로 통하는 2이상의 직통계단 또는 경사로를 설치하도록 되어 있지만, 이 직통계단 피난계단이며 또 사업부속 기숙사, 건설업부속 기숙사의 2층 이상의 층에는 화재 등일 때에 용이하게 안전한 장소로 통하는 계단을 설치하도록 되어 있다.

2) 특별피난계단 정의 [specific fire escape stairs]

옥내 부분과 계단실과의 사이에 연기를 배출할 수 있는 부실, 발코니 등의 완충 부분을 두고, 화재 시에 화재와 연기의 침입을 방지할 수 있는 피난 계단으로 국내 기준 건축법 시행령에 따르면 피난 층 외의 층이 다음 각 호의 어느 하나에 해당하는 용도 및 규모의 건축물에는 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단을 2개소 이상 설치하여야 한다.

NFPA 101의 규정에 따르면 피난계단은 거주인원에 따라 달라지며 층별 수용 인원이 500명 미만일 때는 2개소,500명 이상 1,000명 미만일 때는 3개소,1,000명 이상일 때는 4개소 이상 설치하여야 한다.

5층 이상 또는 지하 2층 이하인 층에 설치하는 직통계단은 피난계단 또는 특별피난계단으로 설치해야 하는 것으로 규정되어 있고 11층 이상인 층 또는 지하3층 이하인 층으로부터 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단은 특별피난계단으로 설치토록 하고 있습니다

건축법 제 49조․ 영 제35조․ 피난규칙 제 9조 규정에 의하여 건축물의 5층 이상 또는 지하 2층 이하의 층으로부터 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단(지하 1층인 건축물의 경우에는 5층 이상의 층으로부터 피난층 또는 지상으로 통하는 직통계단과 직접 연결된 지하 1층의 계단을 포함한다)은 피난계단 또는 특별피난계단으로 설치하여야 한다.

▪ 계단

발화 층 이상의 층에 체류하면서 옥내계단을 이용하여 일제히 대피하는 사람들은 앞을 다투어 내려가려 하기 때문에 대혼란이 발생하며 사람의 사망률이 대단히 높다. 옥내 대피계단보다는 계단을 건물 외부공간에 설치하여 완전 개방형, 일부 개방형의 옥외계단방식 채용이 바람직하다.

▪ 엘리베이터

옥내 측의 연소위험성이 높은 종혈 공간을 완전하게 없애버린다는 견지에서 엘리베이터 샤프트도 대개의 경우 화염의 확산경로가 되고 있다는 점에서 외부공간에 설치하는 것도 유리한 방법이다

* 현재 국내에 설치된 엘리베이터는 초속 40미터의 강풍에 견디는 구조로 고층용 E/L는

풍속17m/sec 이상인 경우 1차 감속으로 300m/min, 초속이 23m/sec이상인 경우 2차적     감속으로 180m/min, 41m/sec 이상인 경우는 운행 정지되는 구조이다.

[표 11] 피난계단 및 특별피난계단구조 1

		근 거
국내법	2개소이상	건축법시행령 제 39조
NFPA	2개소이상	NFPA 101 - 7.4.1.2

계단의 구조	기준
건축물 내부에 설치하는 피난계단의 구조	· 계단실은 창문·출입구 기타 개구부(이하 “창문 등”이라 함)를 제외한 해당 건축물의 다른 부분과 내화구조의 벽으로 구획할 것 · 계단실의 실내에 접하는 부분(바닥 및 반자 등 실내에 면한 모든 부분을 말함)의 마감(마감을 위한 바탕을 포함함)은 불연 재료로 할 것 · 계단실에는 예비전원에 의한 조명 설비를 할 것 · 계단실의 바깥쪽과 접하는 창문 등(망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적이 각각 1제곱미터 이하인 것을 제외함)은 해당 건축물의 다른 부분에 설치하는 창문 등으로부터 2미터 이상의 거리를 두고 설치할 것 · 건축물의 내부와 접하는 계단실의 창문 등(출입구를 제외함)은 망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적을 각각 1제곱미터 이하로 할 것 · 건축물의 내부에서 계단실로 통하는 출입구의 유효너비는 0.9미터 이상으로 하고, 그 출입구에는 피난의 방향으로 열 수 있는 것으로서 언제나 닫힌 상태를 유지하거나 화재로 인한 연기, 온도, 불꽃 등을 가장 신속하게 감지하여 자동적으로 닫히는 구조로 된 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」제26조에 따른 갑종 방화문을 설치할 것 · 계단은 내화구조로 하고 피난층 또는 지상까지 직접 연결되도록 할 것
건축물 바깥쪽에 설치하는 피난계단의 구조	· 계단은 그 계단으로 통하는 출입구외의 창문 등(망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적이 각각 1제곱미터 이하인 것을 제외함)으로부터 2미터 이상의 거리를 두고 설치할 것 · 건축물의 내부에서 계단으로 통하는 출입구에는 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」제26조에 따른 갑종 방화문을 설치할 것 · 계단의 유효너비는 0.9미터 이상으로 할 것 · 계단은 내화구조로 하고 지상까지 직접 연결되도록 할 것
특별피난계단의 구조	· 건축물의 내부와 계단실은 노대를 통하여 연결하거나 외부를 향하여 열 수 있는 면적 1제곱미터 이상인 창문(바닥으로부터 1미터 이상의 높이에 설치한 것에 한정함) 또는 「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제14조에 적합한 구조의 배연설비가 있는 부속실을 통하여 연결할 것 · 계단실·노대 및 부속실(「건축물의 설비기준 등에 관한 규칙」 제10조제2호 가목에 따라 비상용승강기의 승강장을 겸용하는 부속실을 포함함)은 창문 등을 제외하고는 내화구조의 벽으로 각각 구획할 것 · 계단실 및 부속실의 실내에 접하는 부분(바닥 및 반자 등 실내에 면한 모든 부분을 말함)의 마감(마감을 위한 바탕을 포함함)은 불연재료로 할 것 · 계단실에는 예비전원에 의한 조명설비를 할 것 · 계단실·노대 또는 부속실에 설치하는 건축물의 바깥쪽에 접하는 창문 등(망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적이 각각 1제곱미터이하인 것을 제외함)은 계단실·노대 또는 부속실외의 해당 건축물의 다른 부분에 설치하는 창문 등으로부터 2미터 이상의 거리를 두고 설치할 것 · 계단실에는 노대 또는 부속실에 접하는 부분 외에는 건축물의 내부와 접하는 창문 등을 설치하지 아니할 것 · 계단실의 노대 또는 부속실에 접하는 창문 등(출입구를 제외함)은 망이 들어 있는 유리의 붙박이창으로서 그 면적을 각각 1제곱미터 이하로 할 것 · 노대 및 부속실에는 계단실외의 건축물의 내부와 접하는 창문 등(출입구를 제외함)을 설치하지 않을 것 · 건축물의 내부에서 노대 또는 부속실로 통하는 출입구에는 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」제26조에 따른 갑종 방화문을 설치하고, 노대 또는 부속실로부터 계단실로 통하는 출입구에는 「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」 제26조에 따른 갑종 방화문 또는 을종 방화문을 설치할 것 · 계단은 내화구조로 하되, 피난층 또는 지상까지 직접 연결되도록 할 것 · 출입구의 유효너비는 0.9미터 이상으로 하고 피난의 방향으로 열 수 있을 것

[표 12] 피난계단 및 특별피난계단구조 2

5. 제연설비의 목적과 개선방안

1) 제연설비의 목적

건물 내의 모든 재실 자들이 안전한 지상 층으로 모두 대피하기 전까지 피난로로 지정된 제연구역을 안전하게 보호하는 것으로 제연구역을 안전하게 보호하기 위해서는

(1) 화재실의 연기를 외부로 배출하고 제연구역에 신선한 공기 공급

(2) 제연구역 내의 압력을 높여 연기의 침입 방지해야 한다.

2) 초고층 건물의 화재 시 가장 이상적인 소화방법

(1) 화재 초기에 건물이 가진 화재소화능력이 발휘되어 화재를 진압.

(2) 건물 내부 인원들 제연구역으로 설정된 피난로를 통해 안전한 피난지역으로 모두 대피.

3) 제연설비 개선방안

(1) 연돌효과의 억제방안

피난 안전구역에서 계단을 상하로 완전히 구획하여 연돌효과를 줄여야 한다.

(2) 샌드위치 가압방안

건축법상 6층 이상의 건축물로서 관람집회시설, 판매시설, 숙박시설, 업무시설 및 위락시설 등의 거실에는 바닥면적의 1% 이상의 유효면적을 가진 배연구를 설치하거나 기계식 배연설비를 소방법규의 기술기준에 맞추어 실치 하도록 규정하고 있다.

미국의 경우 화재층에서는 배기를 하여 부압을 형성하고 화재 층의 직상층과 직하층에는 급기를 하여 양압을 형성시키는 샌드위치 가압방식을 사용하고 있다.

(3) 특별 피난계단용 제연설비

건축법에서는 11층 이상의 건물은 특별 피난계단구조로 할 것을 규정하고 있으며 특별 피난계단의 부속실에 설치하는 급기가압방식의 제연설비는 어느 층에서 화재가 발생해도 전 층의 부속실을 동시에 가압하도록 하고 있다.

미국 NFPA Code에 따르면 스프링클러가 설치된 경우 차압 유지 기준이 12.5Pa로 완화되며 어느 한 층에서의 화재 시에도 급기댐퍼를 전 층에서 동시에 개방하지는 않는다.

(4) 피난 안전구역의 배치

최상부에 있는 사람 옥외까지 피난 시 무리가 있기 때문에 건축물 중간에 화재 시 철저하게 보호되는 구역을 설치하여 사람들을 1차로 피난시키는 장소를 피난안전구역이라 한다.

1) 건축법시행령 - 최대 30개 층마다 1개소 설치 규정

2) 피난안전구역 내부 마감재료는 불연재로로 설치

3) 피난안전구역 높이는 2.1미터 이상

4) 비상용 승강기는 피난안전구역)에서 승하차 할 수 있는 구조로 배연설비를 설치

5) 피난안전구역에 연결되는 특별피난계단은 피난안전구역을 거쳐서 상, 하층(단열재를 설치)으로 갈 수 있는 구조로 설치

(5) 피난안전구역의 소방시설

1) 소화기 및 간이소화용구, 옥내소화전설비 및 스프링클러 설비, 자동화재탐지설비

2) 방열복, 공기호흡기, 인공소생기, 유도등, 유도표지 방열복 등 각 2개 이상 비치

3) 비상조명등, 화재용 비상 조명등, 제연설비

4) 피난유도선 : 50층 이상인 건축물의 경우에는 광원점등방식의 피난유도선 설치

5) 성능위주설계의 적용

건축계획 초기에 검토, 반영될 내용이 많으므로 설계 초기 단계부터 엔지니어의 참여 필요

프로젝트 범위의 명확한 정의 및 설계과정에서 적용된 자료의 근거 제시가 중요

건축 준공 끝나고 사용허가 후 처음 계획된 성능위주 설계에 적합하게 준공되었는지 확인 절차 필요, 추후 건축 변경 시에도 사후 관리 중요

Ⅳ. 성능위주 설계

1. 성능위주설계 정의

요구되는 목표(인명안전, 재산보호)에 가장 적합한 수단을 사용하여 가장 적은 비용으로 요구되는 성능(화재측면에서 보면, 이해관계자의 한계치이내로 빠르게 소화하여, 결국에는 인명 및 재산 보호)을 만족 시키는 것이다.

2. 성능위주설계 대상물

1) 연면적 20만m² 이상인 특정소방대상물. 다만, 아파트는 제외

2) 건축물의 높이가 100m 이상인 특정소방대상물(지하층을 포함한 층수가 30층 이상인

특정소방대상물을 포함) 다만 아파트 제외

3) 연면적 3만m² 이상인 철도역사, 공항시설

4) 하나의 건축물에 영화상영관이 10개 이상인 특정소방대상물

3. 국내 법규상의 성능위주 소방 설계 분야 반영여부 파악

소방방재청

2005년 소방시설공사업법에서 특정소방대상건물에 대하여 성능위주설계 입법 예고

2006년 소방시설설치유지 및 안전관리에 관한 법률에서 초고층 건축물에 대한 화재영향

평가제 도입 예고

* 현재까지의 소방법에서는 특정소방대상건물에 대한 성능설계가 전부이다. 초고층 건물의    경우 성능설계와 화재영향평가가 모두 대상에 들어간다고 볼 수 있다.

4. 설치되어 있는 소방 설비의 종류

국내 및 선국에서 설치하여 사용하고 있는 소방시설의 종류는 거의 유사하나 시스템의 성능이나 재질 등에 있어서는 많은 부분 낙후되어 있다. 소방 설비는 관련 법규에서 규정하고 있는 건물의 규모 즉, 층수 및 연면적, 용도에 따라 소방시설의 종류를 설치해야 한다.

1) 화재 시에 조기에 자동감지 : 자동화재탐지설비, 비상경보설비

2) 화재 진압 자동식 소화설비 : 스프링클러설비, 물분무

3) 방호공간의 거주자가 피난 : 피난설비, 인명구조장비

4) 특수한 화재를 진압 :  가스소화설비

5) 기타 이동식 소화기구, 수동식 수계소화설비

[표 13] 화재사고사례보고서 분석에 따른 예방방안

사고유형	기존 Protection	문제점	예방방안
피난 계단실 연돌현상 (Stack Effect)	NFSC 501A	초고층 건물 내 화재발생시 피난계단실과 엘리베이터 실의 연돌효과로 1층에서 화재가 발생했으나 고층에서 사망자 발생 (MGM및 DuPont Plaza 화재)	성능위주의 평가로 위험성 판단. 피난계단을 몇개의 구역으로 나눌 것 (성능계산 없을 시 매30m 마다) 압력차를 최소 20Pa~ 최대 80Pa 이내에 둘 것
엘리베이터 실 연돌현상 (Stack Effect)	법규규정 없음	초고층 건물 내 화재발생시 피난계단실과 엘리베이터 실의 연돌효과로 1층에서 화재가 발생했으나 고층에서 사망자 발생 (MGM및 DuPont Plaza 화재)	성능위주의 평가로 위험성 판단압력차를 12Pa둘 것 Vent Area는 전체 Shaft area에 약 3.5%면적이나 엘리베이터 개 수 당 0.28m2 면적 중 큰 값으로 설계한다.

[그림 1] 화재방호 설계를 위한 개념적 설계 절차 및 성능기준 분석 단계

프로젝트범위의 한정

설계 또는 구체적 목표들의 수정

시방서, 도면, 유지관리 매뉴얼

시방서, 도면, 유지관리 매뉴얼

시방서, 도면, 유지관리 매뉴얼

화재방호 엔지니어링설계 요약서 개발

최종목표의 확인

이해관계자 구체적 목표 및 구체적 설계목표의 정의

성능기준의 개발

설계화재 시나리오의 개발

시행설계안의 개발

시행설계안의 평가

선택된 설계안이 성능기준을 만족하는가?

최종설계안의 선택

설계도서의 준비

성능기준 설계 보고서

No

Yes

[표 14]주요 소방시설의 현황

소화시설의분류	설치 대상
소화설비	구획된 실별 : 각종 소화기, 옥내소화전 : 연면적1,500㎡이상, 옥외소화전 설비 스프링클러소화설비 : 복합, 연면적 5,000㎡ 이상 물분무등소화설비 : 전기실․차고․ 주차장 등 바닥면적200㎡ 이상
경보설비	비상경보[연면적 400㎡이상], 자탐화재탐지설비[연면적 500㎡이상]
피 난 설 비	인명구조기구 : 7층 이상 관광호텔, 5층 이상 병원 공기호흡기, 비상조명등 : 5층 이상, 연면적3,000㎡ 이상 등 휴대용비상조명등 : 숙박시설, 다중이용업소 등 피난기구 : 피난층, 지상1․ 2층, 11층 이상 층을 제외한 모든 층
소화용수설비	상수도소화용수설비 : 연면적 5,000㎡ 이상, 기타 저수조 시설
소화활동설비	제연설비, 연결송수관설비 : 5층 이상 연면적6,000㎡이상 연결살수설비 : 지하층 150㎡ 이상 비상콘센트설비, 무선통신보조설비
피난 및 방화시설	특별피난계단 : 11층 이상 및 지하 3층 이상, 아파트 16층 이상, 헬리포트 : 11층 이상의 층 바닥면적이 10,000㎡이상 비상용승강기 : 건축법 57조 2항 참조, 방화구획 : 11층 이상부분 구획면적 500㎡이내 SP설비 설치 시 1,500㎡ (200㎡이내 SP설비 설치 시 600㎡)]
소방용수시설	소방용수시설 : 상업지역 소방대상물과의 수평거리 100M 이하

5. 초고층건물의 내진설계

지진이 발생하여 지표면에서 큰 진동이 생겨났을 때 지진의 진동수와 비슷한 건물은 큰 힘을 받게 되어 쉽게 붕괴된다. 그러므로 지진의 진동수 특성을 파악하고 이에 대비하여 진동수가 훨씬 작은 구조물을 설계하는 것이 내진설계의 역할이다. 또한 초고층 건물은 사방으로 뻗은 철골을 통해 건물 전체가 골고루 지진의 힘을 흡수하도록 해준다. 또 건물의 높이가 높기 때문에 진동 주기가 길고, 흔들리는 폭이 넓으며 유연하다. 천천히 흔들리면 지진의 진동수보다 작아서 쉽게 무너지지 않는다. 초고층 건물의 설계는 코어월(core wall)과 고강도 콘크리트가 핵심이다.

▪ 1986년부터 20층 이상의 아파트에 대해서 내진 설계 적용을 시행

▪ 2011년부터는 저층 건축물도 내진설계가 의무화

2011년 3월 8일 법률 제 10444호

[초고층 및 지하연계 복합건축물 재난관리에 관한 특별법] 제정

건축물 등 시설물의 계획 설계단계에서부터 재난영향성을 검토하고 관리주체의 일상적인 재난관리 운영계획 수립 및 시행, 이용자에 대한 재난예방 교육, 홍보, 훈련과 이에 필요한 인적, 물적, 장비구축 등 종합재난방재시스템을 구축하도록 하고 있다.

〔별표 1〕

피난안전구역에 설치하는 소방시설 설치기준(제10조관련)

구 분	설치기준
1. 제연설비	피난안전구역과 비 제연구역간의 차압은 50pa(옥내에 스프링클러설비가 설치된 경우에는 12.5Pa) 이상으로 하여야 한다. 다만 피난안전구역의 한쪽 면 이상이 외기에 개방된 구조의 경우에는 설치하지 아니할 수 있다.
2. 피난유도선	피난유도선은 다음 각호의 기준에 따라 설치하여야 한다. 가. 피난안전구역이 설치된 층의 계단실 출입구에서 피난안전구역 주 출입구 또는 비상구까지 설치할 것 나. 계단실에 설치하는 경우 계단 및 계단참에 설치할 것 다. 피난유도 표시부의 너비는 최소 25mm 이상으로 설치할 것 라. 광원점등방식(전류에 의하여 빛을 내는 방식)으로 설치하되, 60분이상 유효하게 작동할 것
3. 비상조명등	피난안전구역의 비상조명등은 상시 조명이 소등된 상태에서 그 비상조명등이 점등되는 경우 각 부분의 바닥에서 조도는 10㏓ 이상이 될 수 있도록 설치할 것
4. 휴 대 용 비 상 조 명 등	가. 피난안전구역에는 휴대용비상조명등을 다음 각호의 기준에 따라 설치하여야 한다. 1) 초고층 건축물에 설치된 피난안전구역: 피난안전구역 위층의 재실자수(「건축물의 피난·방화구조 등의 기준에 관한 규칙」별표 1의2에 따라 산정된 재실자 수를 말한다)의 10분의 1 이상 2) 지하연계 복합건축물에 설치된 피난안전구역: 피난안전구역이 설치된 층의 수용인원(영 별표 2에 따라 산정된 수용인원을 말한다)의 10분의 1 이상 나. 건전지 및 충전식 건전지의 용량은 40분 이상 유효 하게 사용할 수 있는 것으로 한다. 다만, 피난안전구역이 50층 이상에 설치되어 있을 경우의 용량은 60분 이상으로 할 것
5. 인명구조기구	가. 방열복, 인공소생기를 각 2개 이상 비치할 것 나. 45분이상 사용할 수 있는 성능의 공기호흡기(보조마스크를 포함한다)를 2개이상 비치하여야 한다. 다만, 피난안전구역이 50층 이상에 설치되어 있을 경우에는 동일한 성능의 예비용기를 10개 이상 비치할 것 다. 화재시 쉽게 반출할 수 있는 곳에 비치할 것 라. 인명구조기구가 설치된 장소의 보기 쉬운 곳에 “인명구조기구”라는 표지판 등을 설치할 것

출처 : 고층건축물의 화재안전기준 (NFSC 604)

[시행 2013.7.12.] [소방방재청고시 제2013-21호, 2013.6.11., 제정]

Ⅵ. 결론

한국을 비롯한 전 세계 도처에서 수많은 복잡화, 대형화 되어가는 초고층 건축물이 건설되고 있다. 초고층 건축물은 한 국가의 상징일 뿐만 아니라 문화의 총화이다. 이러한 초고층 건축물이 화재가 일어난다면 국가적인 위상의 저하는 물론 국민의 생명 및 재산에 크나 큰 영향을 미치게 된다.

초고층 건축물의 발생 가능한 화재를 방지하기 위해서는 재산과 인명을 보호하기 위한 합리적인 설계가 필요하며 방호 공간에서 발생할 수 있는 원인을 없애고 만약에 화재사고가 발생하더라도 자체적으로 조기 화재를 방어할 수 있는 전자동식 시스템으로 구축하고 고층 건축물의 각 방호공간에 적합한 화재감지시스템과 소화설비를 설치하여 초기에 화재를 진압 할 수 있는 대책이 마련되어야 한다.

화재로부터 방어체제를 구축하기 위해 특수 방호공간의 청정약제 소화설비와 각종 배전 및 분전반에 자동식 소화기구 설치 및 전기실 등의 전역방출 가스계소화 설비 설치 시 유효소화농도 측정 시험 필요하다.

특히, 초고층 건물의 각층 내에서 구획된 각 방호공간이나 피난계단 등 피난경로로 진입하는데 원활하게 사용할 수 있는 피난유도선을 설치하는 것이 바람직하다. 피난안전구역에 설치하는 소방시설 설치기준(제10조 관련)에 따라 피난안전구역이 설치된 층의 계단실 출입구에서 피난안전구역 주 출입구 또는 비상구까지 설치해야 하며 계단실에 설치하는 경우 계단 및 계단참에 설치해야 한다. 피난유도 표시부의 너비는 최소 25mm 이상으로 설치하고 광원점등방식(전류에 의하여 빛을 내는 방식)으로 설치하되, 60분 이상 유효하게 작동하는 것으로 설치하여야 한다.

고층건축물 피난 안전구역 안에 설치하는 피난유도선, 휴대용비상 조명등 등의 소방시설 설치기준에 따라

소방시설 설치기준에 따라 고층건축물 피난 안전구역 안에 식별이 용이한 피난유도선, 휴대용비상 조명들 등을 설치하여 초고층 빌딩의 화재로 인한 인명피해 및 재산손실을 줄이는데 많은 기여를 할 것으로 예상된다.

참 고 문 헌

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자동화재 탐지설비의 화재안전기준(NFSC 203) 소방방재청 고시 제 2012-91호

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참고 포털사이트

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