일반적으로 철근콘크리트 슬래브는 콘크리트 재료의 열적특성에 의해 높은 수준의 화재 저항 성능을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 기존연구에 따르면 중공슬래브의 열적거동은 일반 슬래브와 상이한 것으로 보고되고 있으며, 이는 중공슬래브 내부에 형성된 공기층 때문인 것으로 판단된다. 따라서 슬래브 내부의 공기층을 고려하지 못하는 기존의 방법을 통해서 화재 시 중공슬래브의 내부온도를 추정하는 것은 어려울 것으로 판단된다. 본 연구에서는 화재 시 중공슬래브의 내부온도 분포를 산정하기 위한 수치해석 모델을 제안하고 이를 평가하였다. 기본적으로 화재 시 슬래브의 열전달은 전도, 대류, 복사 등을 통해 발생하며, 이를 기반으로 시간에 따른 슬래브 내부 단면 온도분포를 산정하게 된다. 이에 본 연구에서는 슬래브를 유한개의 층으로 분할하여 각 층의 온도를 산정하는 유한차분법을 도입한 중공슬래브의 수치해석적 모델을 개발하였으며, 슬래브 내부 공기층에서의 대류 및 복사에 의한 열전달 경로를 고려할 수 있도록 개발하였다. 또한 제안된 모델을 실험결과와의 비교를 통해 검증하였으며, 그 결과 제안된 모델은 화재 시 중공슬래브의 온도변화를 적절히 예측하고 있는 것으로 나타났다.

This paper presents the influence factors of heat transfer in a voided slab under fire situation. The effects of a void in a slab on heat transfer are presented and the results are quantitatively analyzed for each influence factor. For this purpose, the finite element analysis method was used to evaluate the influence of the heat transfer factors on the thermal characteristics in a voided slab. Based on these results, the influence factors which have significant difference in the temperature spectrum were derived.

본 연구는 하중 조건에 따른 화해를 입은 중공슬래브의 잔류성능에 대한 실험적 연구이다. 이를 평가하기 위하여, 하중조건을 변수로 하는 2개의 중공슬래브 실험체를 제작하여 ISO 834 표준화재 곡선에 따라 120분간 가열하였으며, 이를 상온으로 냉각하여 잔류 휨 성능을 평가하였다. 실험결과 하중조건에 따라 중공슬래브의 온도분포가 상이한 것으로 나타났으며, 재하 실험체가 비재하 실험체에 비해 전단면에 걸쳐 온도가 빠르게 상승하는 경향을 보임을 확인하였다. 고온으로 가열 후 냉각한 중공슬래브의 잔류 휨 강도의 경우 화해를 입지 않은 중공슬 래브에 비해 34%~40% 감소하는 것으로 나타났으며, 휨 강성의 경우 15%~23% 감소하는 것으로 나타났다. 하중을 재하 한 중공슬래브의 경우 재하하지 않고 가열한 중공슬래브에 비해 약 10%의 강도 저감이 발생하였으며, 휨 강성의 경우 15% 감소한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 하중 재하에 따른 휨 균열에 의해 슬래브의 하부 주인장 철근의 온도가 비재하 실험체에 비해 높아지며, 하부철근 피복의 박리현상이 가속화되기 때문인 것으로 판단된다.

스텔스 게임 레벨 디자이너는 다양한 난이도의 흥미로운 게임환경(레벨)을 제작해야 한다. J. Temblay와 공동 연구자들은 이 과정의 자동화를 돕는 Unity-기반 레벨 디자인 툴을 개발했다. 이 툴은 디자이너가 지도에서 경비병의 경로, 속도, 감시 영역, 플레이어의 출발점과 도착점 등 여러 게임 요소들을 입력하면 플레이어가 취할 수 있는 가능한 경로들을 포함한 다양한 시뮬레이 션 결과들을 보여준다. 이를 이용해 디자이너는 현재의 게임 요소들이 자신이 의도한 난이도 및 플 레이어 경로를 만드는지 실시간으로 확인할 수 있고, 필요한 경우 이들을 조정할 수 있게 되었다. 여기서는 두 가지 면에서 이 툴의 개선점을 제시한다. 첫째, 디자이너가 몇 개의 지점을 입력하 면 이 지점들을 포함하는 흥미로운 경비병의 감시 경로를 난이도별로 추천해주는 기능을 추가해 서 레벨 디자인 툴로서의 편의성과 유용성을 높였다. 둘째, 기존의 충돌 체크 함수 및 RRT-기반 경로 탐색 함수를 새로운 충돌 체크 함수와 델로네 로드맵-기반 경로 탐색 함수로 대체하여 시뮬 레이션 속도를 크게 향상시켰다.

본 연구에서는 도넛 형상의 중공을 가지는 도넛형 중공슬래브의 휨 및 전단 거동을 파악하고 이를 기반으로 하여 설계식을 제안하였다. 중공슬래브는 슬래브 복부에 중공형성체를 삽입하고 콘크리트를 타설하여 슬래브 상부근과 하부근 사이에 중공을 형성하는 슬래브 시스템으로 콘크리트 물량 저감을 통해 슬래브 중량을 저감하면서, 두께의 변화가 발생하지 않기 때문에 물량의 절감, 지진하중의 저감 등 효율적인 건물의 설계를 가능하게 하는 장점이 있다. 이에 따라 전 세계적으로 다양한 중공슬래브 시스템이 개발되었으며, 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 실정이다. 그러나 중공슬래브는 내부에 중공이 형성되면서 부재의 거동 특성이 일반 솔리드 슬래브와 다르며, 중공 형상 및 재료 등에 따라 그 거동 및 성능이 변하되는 특성을 보이고 있다. 본 연구에서는 해석적 연구를 통해 최적의 중공률 및 구조성능을 가지는 도넛형 중공슬래브를 개발하였으며, 실험적 연구를 통해 그 성능 및 거동을 파악하고자 하였다. 구조물에 있어서 슬래브 부재는 일반적으로 휨에 지배를 받는 부재이긴 하지만 지지조건 등의 경계조건에 따라 전단력이 높게 발생하거나 1방향 거동이 요구되는 등 다양한 조건에 노출될 수 있다. 따라서 도넛형 중공슬래브의 실 구조물 적용 및 설계를 위하여 이방향 슬래브에 필수적으로 요구되는 1방향 및 2방향 휨/ 전단 등의 필수적인 요소에 대한 구조거동을 살펴보고 그 성능을 평가하고자 하였다. 또한 이를 기반으로 효율적이고 안전한 도넛형 중공슬래브의 설계방법을 제안하고자 한다.

이방향 중공슬래브는 휨 성능에 미치는 영향이 적은 슬래브의 웨브 부분에 중공형성체를 배치하여 중공을 형성, 콘크리트 물량을 감소시키고 슬래브 중량을 저감시키는 바닥시스템구조이다. 하지만 슬래브 복부에 중공이 형성됨으로써, 철근과 중공 사이에 내부피복두께가 발생하게 되며 이에 따라 철근과 콘크리트 사이의 부착력이 저하될 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구에서는 내부 피복 두께 및 중공 형상을 고려하여 이방향 중공슬래브의 부착특성을 파악하고자 하였다. 본 연구에서는 중공과 부착성능의 관계를 파악하기 위하여 해석적 연구를 수행하였으며, 내부 피복두께의 영향을 파악하기 위하여 도넛 형상의 중공을 대상으로 내부피복두께를 변수로 하여 피복두께의 변화에 따른 위치별 부착응력 분포를 확인하였다. 또한 이를 통하여 철근 길이 방향의 피복두께변화에 따른 영향을 비교분석하여 도넛형 이방향 중공슬래브의 부착응력-슬립 관계를 도출하였다.

이방향 중공 슬래브 공법이란 슬래브 내부에 중공을 형성시켜 일정 수준 이상의 구조성능을 확보하면서도 슬래브의 자중을 경감 시키는 공법이다. 이러한 이방향 중공 슬래브의 구조 성능은 다양한 연구를 통하여, 성능과 안전성이 평가되었다. 하지만 이방향 중공 슬래브의 실제 적용을 위해서는 구조 성능뿐만 아니라 화재시의 안전성과 같은 내화성능의 확보가 중요하다. 그러나 현재 중공슬래브에 대한 내화성능평가에 관한 연구는 미흡한 수준이다. 일반 철근콘크리트 슬래브는 콘크리트의 재료적 특성에 따라 우수한 내화 부재이다. 하지만, 이방향 중공 슬래브는 내부에 중공이 형성됨에 따라 일반 철근콘크리트 슬래브와는 다른 온도 분포 및 성능을 보일 것으로 예상된다. 따라서 본 논문에서는 Wickström’s method를 적용하여 이방향 중공슬래브에 대한 내화성능 평가 방법을 제안하고자 한다. 이를 위해 본 연구에서는 일반 철근콘크리트 슬래브 및 본 연구진에서 개발한 도넛형 이방향 중공 슬래브를 대상으로 Wickström’s method를 적용하여 간략한 방식으로 도넛형 이방향 중공슬래브의 내화성능 평가 방안을 제안하였다. 또한, 상용 유한요소해석 프로그램(Ansys v.11)를 이용하여 제안된 방안으로 도출된 결과에 대한 검증을 실시하였다. 본 연구 결과, 제안된 방법을 통하여 화재에 노출되어 있는 도넛형 이방향 중공슬래브의 내부 온도를 구체적으로 산출할 수 있었으며, 산출된 결과와 유한요소해석결과의 비교를 통하여 제안한 방안에 대한 신뢰성을 확인할 수 있었다.