설비배관의 피해원인 및 사례

     구조재와 비구조재의 거동 특성차이로 인한 설비배관의 변형 및 손상

 

우리나라에서 구조재는 내진설계의 범위에 속하지만 비구조재는 내진설계를 하지 않는 것이 일반적이다. 설비배관 또한 비구조요소 중 하나로 2016년 시행된 소방기준에 따라 내진설계를 실시하고 있지만, 이전에 설치된 설비배관에 대한 내진보강은 나타나있지 않다.

일반적으로 [그림 1]에서 확인할 수 있듯, 구조재와 비구조재의 거동은 다르다. 매달린 설비배관의 경우 천장과의 일체거동을 할 수 있는 디테일이 필요하고, 벽체나 슬라브를 관통하는 설비배관의 경우 충분한 이격이 필요하거나 분리장치가 필요하다. 그렇지 않으면 지진 발생 시 설비배관의 파손, 탈락, 누수 및 구조재의 파손으로 이어질 수 있다.

[ 그림 1. 구조재와 비구조재의 거동 특성 차이로 인한 설비배관의 누수
(1994 미국 노스리지 지진, FEMA E-74) ]

이러한 경우 횡력에 대한 저항 시스템이 필요하거나 보강재가 필요하다. 또한 앞서 다룬 매달린 천장의 천장틀과의 상호 간섭으로 인한 파손 또한 나타날 수 있어 상호 간섭이 생기지 않게 설계 및 시공을 해야 한다.

[ 그림 2. 구조재와 비구조재의 거동 특성 차이로 인한 설비배관의 파손
(1994 미국 노스리지 지진, FEMA E-74) ]

     설비배관 접합부(조인트)의 파괴 및 기능상실

 

지진 발생 시 설비배관은 일반적으로 배관과 배관사이에서의 문제로 인하여 피해가 발생하는 경우가 많다. 이것의 주요 원인으로는 배관 접합부의 구조설계문제 및 접합부 시공의 문제 등으로 판단할 수 있다. 행어로만 지지된 매달린 배관의 경우 배관사이의 변위차로 인하여 배관 접합부에서 파괴가 발생할 수 있고, 수직 및 수평으로 지지된 배관의 경우 구조체와의 거동이 상이하여 탈락하는 경우가 발생할 수 있다.

설비배관의 배관 접합부가 탈락 및 파괴될 경우 누수로 인한 피해 및 구조체에 손상이 발생하는 2차 피해가 발생할 수 있다. 배관 접합부의 경우 지진 발생 시 배관사이의 변위차를 해결해줄 수 있는 제품을 사용하여 예상되는 피해를 예방할 수 있다.

[ 그림 3. 설비배관 사이의 거동차로 인한 접합부의 손상
(1971 미국 샌프란도 지진, FEMA E-74)
]

[ 그림 4. 소방배관과 배관 사이의 접합부 손상으로 인한 파괴 (2001 페루 지진, FEMA E-74) ]

     설비배관을 정착하는 장치 시스템의 탈락 및 파손

 

설배배관은 일반적으로 구조체에 매달려 시공되거나 붙어 일체로 거동해야한다. 그러나 이러한 행어, 접합 장치 등이 잘못 시공되거나 구조체의 손상으로 인하여 탈락하는 경우가 존재한다. [그림 5]와 같이 접합불량으로 접합 볼트가 탈락하여 배관이 움직이는 경우가 발생할 수 있고, [그림 6]과 같이 구조체의 이동으로 인하여 배관이 탈락할 수 있다. 또한 [그림 7]과 같이 접합철물의 부재로 인하여 설비 배관이 아예 탈락하거나 접합철물이 손상되어 설비배관이 파손되는 경우가 발생할 수 있다. 이와 같은 문제의 원인으로는 설비배관 접합장치의 시공 불량, 구조체의 변위로 인한 탈락, 지지대의 간격이 너무 길어 제대로 지지할 수 없는 경우 등으로 살펴볼 수 있다.

[ 그림 5. 지지대의 파손으로 인한 설비배관의 이동
(2010 미국 캘리포나아 유레카 지진, FEMA E-74)
]

[ 그림 6. 구조체의 이동으로 인한 설비배관의 탈락
(2010 아이티 지진, FEMA E-74)
]

[ 그림 7. 지지대 파손으로 인한 설비배관의 탈락 및 파손
(좌 1994 미국 노스리지 지진, 우 2010 미국 캘리포나아 유레카 지진, FEMA E-74)
]

     설비배관에 장착되는 장비의 탈락

 

설비배관의 도착지점에는 사용에 용이한 기구들이 매달리거나 고정되어있다. 도착지점의 기구는 스프링클러, 또는 환기구 등의 기구들을 지칭한다. 천장에 매달린 에어컨 등 중장비는 구조체인 슬라브에 직접 고정되어야 하는 기구로 본 가이드에서는 제외한다.

이러한 기구(공기조화설비의 경우 HVAC diffuser, 스프링클러, 환기구 등)는 설비배관에 매달리는 형태가 된다. 설비배관은 고정장치나 행어로 구조체에 달리게 되는데 이러한 고정장치만으로는 지진 하중에 대하여 저항하기 힘들다. 지진 발생 시 고정장치만으로 저항하는 기구들은 낙하 등의 피해로 인명 및 재산피해를 야기한다. 이러한 기구들은 천장틀이나 구조체에 직접 연결되어야 하며 필요 시 구조적 검토가 필요하다.

[ 그림 8. 고정되지 않은 환기구의 탈락 (1994 미국 노스리지 지진, FEMA E-74) ]

Department of Architecture _ Prefabricated Building Structural Lab. 

 T 031) 219 - 2499 / F 031) 219 - 2945  / 우) 16499    경기도 수원시 영통구 월드컵로 206 아주대학교 산학협력원 804호

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