고층 아파트·오피스텔 옥내소화전·스프링클러 수원과 고가수조 방수 시간

문제

【문제 2】 다음 물음에 답하시오. (30점)

물음 1) 화재안전기준 및 아래 조건에 따라 다음에 대하여 답하시오. (18점)

〈조건〉

• 두 개의 동으로 구성된 건축물로서 A동은 50층의 아파트, B동은 11층의 오피스텔로서 지하층은 공용으로 사용된다.
• A동과 B동은 완전구획하지 않고 하나의 소방대상물로 보며, 소방시설은 각각 별개 시설로 구성한다.
• 지하층은 5개 층으로 주차장, 기계실 및 전기실로 구성되었으며 지하층의 소방시설은 B동에 연결되어 있다.
• A동, B동의 층고는 2.8 m 이며, 바닥 면적은 30 m × 20 m 으로 동일하다.
• 지하층은 층고는 3.5 m 이며, 바닥 면적은 80 m × 60 m 이다.
• 옥내소화전설비의 방수구는 화재안전기준상 바닥으로부터 가장 높이 설치되어 있으며, 바닥 등 콘크리트 두께는 무시한다.
• 고가수조의 크기는 8 m × 6 m × 6 m(H)이며 각 동 옥상 바닥에 설치되어 있다.
• 수조의 토출구는 물탱크의 바닥에 위치한다.
• 계산 시 π = 3.14이며 소수점 3자리에서 반올림하여 2자리까지 구한다.
• 주어진 조건 외에는 고려하지 않는다.

(1) 옥내소화전설비를 정방형으로 배치한 경우, A동과 B동의 최소 수원(m³)을 각각 구하시오. (8점)

(2) 스프링클러설비가 설치된 경우, 아파트와 오피스텔의 최소 수원(m³)을 각각 구하시오. (6점)

(3) B동 고가수조의 소화용수가 자연낙차에 따라 지하 5층 옥내소화전 방수구로 방수되는데 소요되는 최소시간(s)을 구하시오. (4점)

답안

(1) 옥내소화전 수원

• 정방형 배치 간격: 수평거리 25 m → $S=2\times25\times\cos45^\circ=35.36\ \text{m}$
• 지상층(30 m × 20 m): 가로 1개 × 세로 1개 = 1개/층
• 지하층(80 m × 60 m): $\lceil80/35.36\rceil\times\lceil60/35.36\rceil=3\times2=$ 6개/층

동	적용	수원
A동(50층, 고층)	층수 50층 이상 → 7.8 m³ × N(최대 5), 지상층 N = 1	$1\times7.8=$ 7.80 m³
B동(11층, 지하층 담당)	일반 기준 2.6 m³ × N(최대 2), 지하층 N = 6 → 2	$2\times2.6=$ 5.20 m³

(2) 스프링클러설비 수원

구분	적용	수원
아파트(A동, 50층)	아파트등 기준개수 10 × 4.8 m³(50층 이상)	$10\times4.8=$ 48.00 m³
오피스텔(B동, 11층·지하주차장)	11층 이상 기준개수 30 × 1.6 m³	$30\times1.6=$ 48.00 m³

(3) 고가수조 방수 시간 (조건부)

• B동 옥상 바닥 높이: $11\times2.8=30.8\ \text{m}$, 지하 5층 방수구: $-5\times3.5+1.5=-16.0\ \text{m}$
• 낙차: 수조 만수 시 $H_1=30.8+6+16.0=52.8\ \text{m}$, 빈 수조 $H_2=30.8+16.0=46.8\ \text{m}$
• 수조 단면적 $A=8\times6=48\ \text{m}^2$, 방수구 $a=\dfrac{3.14}{4}\times0.04^2=0.001256\ \text{m}^2$

$$t=\frac{2A}{a\sqrt{2g}}\left(\sqrt{H_1}-\sqrt{H_2}\right)=\frac{2\times48}{0.001256\times\sqrt{19.6}}\left(\sqrt{52.8}-\sqrt{46.8}\right)\approx\textbf{7,342.73 s}$$

근거

• NFTC 604 2.1.1: 고층건축물 옥내소화전 수원 = 설치개수 가장 많은 층의 개수(최대 5) × 5.2 m³, 50층 이상은 7.8 m³. 2.2.1: 스프링클러 수원 = 기준개수 × 3.2 m³, 50층 이상 4.8 m³.
• NFTC 102 2.1.1: 일반 건축물 옥내소화전 수원 = 설치개수(최대 2) × 2.6 m³.
• NFTC 608 2.3.1.1: 아파트등 기준개수 10. NFTC 103 표 2.1.1.1: 지하층 제외 11층 이상 기준개수 30.
• 토리첼리 정리: 수위가 $H_1$에서 $H_2$로 낮아지는 시간 $t=\dfrac{2A}{Ca\sqrt{2g}}(\sqrt{H_1}-\sqrt{H_2})$.