뉴질랜드의 건축법은 Building Act 2004, Building Regulations, Building Code로 구성되어 있다. 이중 Building Code는 Department of Building and Housing(2010)이라는 지침서를 두어 건축 전반에 걸친 설계 및 평가방법에 대해 설명하고 있다. 건축물 화재와 관련해서는 크게 Acceptable Solution, Verification Method, Alternative Solution으로 구성되어 있다(BIA, 1992). Fig. 2는 뉴질랜드 건축법 중 화재와 관련한 코드 및 법규 구성을 나타내고 있다.

Acceptable Solution은 일반건축물에 적용되는 일반적인 성능설계 프로세스로서 빌딩높이·평면계획·개구부·인접건물과의 거리 등을 고려한 설계 기준을 제시하고 있다. 다만 구조재료의 발전 및 구조공법의 개발 등으로 건물이 장수명화 되기 때문에 건물의 용도·거주특성·사용목적 등이 대체될 수 있으므로, 화재안전시스템은 이를 고려하여 탄력적으로 변화할 수 있도록 설계하는 것이 바람직하다고 권고하고 있다.

Verification Methods는 내화설계의 적합성을 평가하는 하나의 방법으로서 수계산, 실험 등으로 구성되어 있다. 계산방법은 인정된 수치해석과 분석방법을 통해 평가되며, 실험은 국내 KS 실험방법과 유사하게 공인된 시험방법을 통해 평가하도록 되어있다.

Alternative Solution은 Acceptable Solution과 Verification Methods에서 다루지 못하는 건축물, 공법, 재료 등에 대하여 대안적 설계 방법에 대해 설명하고 있다. 특히 철골구조의 경우 NZS 3404의 절차를 통해 성능위주 내화설계를 수행해야 한다고 명시하고 있다. 이는 유로코드의 성능위주 설계절차를 기반으로 구성된 것으로 강재 단면형상에 따른 온도 상승을 통해 내화성능시간을 도출하는 방법을 채택하고 있다. 유로코드의 단순설계 방법에 기반한 것으로써 사양적 기준과 성능적 평가 방법을 적절하게 접목한 것이다. 그러나 강구조 설계기준과 달리 콘크리트 구조의 경우, NZS 3101에서 탄성계수, 밀도, 비열, 열전도율 등 성능위주 내화설계에 필요한 정보를 제공하고 있으나 명확한 성능위주 설계 및 평가 절차를 제시하지 않고 유로코드 2 및 내화설계 가이드라인을 참고할 것을 권고하고 있다(NZS 3101). 이는 설계조건, 허용판단기준, 평가할 공학기법의 선택방법 등에 대해 명확한 규칙이 정해져 있지 않고 설계자의 재량에 맡겨져 있는 것으로 성능위주 내화설계를 수행하는데 현실적으로 혼란을 빚고 있는 것으로 분석되었다. 그러나 이와 같은 이유를 보완하고자 설계 가이드라인을 제공하여 철골구조 및 콘크리트 구조에 대한 평가 절차를 돕고 있다. Alternative Solution의 지침서격인 가이드라인은 t²화재, 플래쉬오버 판별, 등가 화재심각도, 강구조 보의 내화 성능 판별, 콘크리트 구조의 내화설계 절차를 제시하고 있다(Yang, 2014).

설계 가이드라인은 유로코드의 성능위주 설계를 기반으로 구성되어 있으며 상세설계보다 단순설계의 개념을 통해 전반적인 절차 및 세부 기준을 구축하였다. Table 1은 뉴질랜드 코드 및 가이드라인에서 제시하는 설계 항목을 나타내고 있다.

영국의 경우 Fig. 3과 같이 내화관련 법규인 Building Regulation 2010에서 내화설계방법 관련 사항을 화재안전의 일부에 포함하고 있으며 세부사항을 Approved B에서 제시하고 있다. Approved B는 B1(Means of warning and escape), B2(Internal fire Spread-linings), B3(Internal fire spreadstructure), B4(External fire spread), B5(Access and facilities for the fire service)로 구성되어 있다. 특히 내화설계와 관련된 Approved B3의 경우 주요 구조부, 구획 공간, 반자 밑이나 지붕과 같은 숨겨진 공간, 개구부와 소화시설의 보호, 복합쇼핑몰과 주차장을 위한 특별 규약으로 구분되어 있다. 주요구조부의 경우 바닥, 내력벽과 같이 구조적인 성능을 하는 요소로 한정하였다. Approved B3에서 제시하고 있는 주요구조부의 경우 사양적 기준으로서 Appendix A의 Table A1에서 제시하는 내화성능을 준수해야 한다고 제시하고 있으며 이는 건축 부재에 따른 사양적 요구내화시간을 나타내고 있다.

사양규정을 준수하기 어렵거나 해당항목에 포함되지 않는 경우에 한하여 Approved 일반사항에서 성능위주 내화설계와 관련하여 BS 7974 [Published Document 포함]를 제시하고 있으며 이는 건축물의 화재안전 평가와 설계를 위한 체계 및 가이드라인 제공하고 있다. BS 7974는 건축물의 재료별에 따른 성능위주 내화설계 절차에 관한 것으로써 크게 실험, 단순설계, 상세설계로 구분지어 절차를 제시하고 있다.

BS 7974에서 제시하는 강구조물의 단순설계는 유로코드 1993-1-1과 유로토드 1993-1-2에 해당하는 것으로써 온도에 따른 강재의 한계온도 및 소요강도/설계강도를 통하여 주요구조부의 내화성능을 판별하고 있다. 상세설계의 경우 정해진 설계 기준 없이 온도에 따른 강재의 열적 특성을 고려하여 설계자가 주요구조부의 화재안전성을 평가하고 이에 대한 근거자료를 제시하는 방법으로 구성되어 있다(Min, 2013).

BS 7974에서 제시하는 콘크리트 구조물의 단순설계는 500℃ 등온법, 구역분할법 등 온도가 상승함에 따라 콘크리트가 구조적인 역할을 하지 못하는 단면 부위를 제외하고 상온설계와 유사한 방법으로 구조물의 안전성을 평가할 수 있도록 구성되어 있다. 특히 콘크리트의 경우 복합재료로서 불규칙한 성능을 갖는다고 가정하여 강구조의 단순설계방법보다 높은 안전율을 고려하여 설계하는 것이 특징이다. 상세설계의 경우 열전도율, 밀도, 비열 등 콘크리트 재료의 고유 물성치가 적용되나 재료의 특성상 오차 확률이 높으므로 상세설계를 수행하기 어렵다고 제시하고 있으며 연구목적 등으로 수행하는 것이 바람직하다고 명시되어 있다.

해당 건축물이 사양적 기준 조건을 충족할 수 있는 경우 요구내화성능을 충족하는 것으로 판단하여 대안설계를 실시할 필요가 없게 된다. 그러나 사양적 기준의 조건에 만족하지 못한 경우 다음 절차에 의해 해당 건축물의 내화성능을 평가 또는 설계하게 된다.

프리스트레스 강연선 또는 인장철근까지의 유효두께(C_e)를 계산한다. 유효두께(C_e)는 강재 각각의 중심거리 또는 화재에 노출된 표면에서부터 철근까지의 거리의 가중평균을 취하게 된다. 예를 들어 Fig. 5와 같이 보에 매립된 인장철근에 적용 가능한 유효두께는 Eq. (2)를 따른다.

Eq. (2)에서 A_n은 n번째의 철근이나 강연선의 단면적, C_n은 n번째의 철근이나 강연선 축부터 피복까지 거리이다.

산정된 유효두께(C_e)를 요구내화 시간 및 보의 단면 치수를 활용하여 강재의 공칭온도를 결정한다. 온도 상승에 따른 보 내부의 상승온도는 기존 실험 결과를 기반(Abrams, 1977)으로 Fig. 6과 같이 나타내었다. Fig. 6은 표준화재곡선에 의해 60분 또는 120분 가열시 콘크리트 깊이별 온도를 나타내고 있다. 그래프를 이용한 공칭온도는 다음과 같이 결정된다.

경량 콘크리트 또는 웨브의 경우 유효두께에 따른 온도에 관한 특정설계곡선이 없는 경우에는 경량콘크리트의 낮은 열확산율을 고려하기 위해 Fig. 6의 값에 의한 온도 값에 0.8을 곱하여 사용한다.

보 폭의 중간에 대한 값은 곡선 사이를 보간하여 사용한다. 보의 두께가 300 mm보다 큰 경우 300 mm인 보의 곡선을 적용하여 사용한다.

Fig. 6을 사용하여 산정된 철근의 온도 T_c를 Eq. (3)을 이용하여 철근의 강도저감계수 r_θ를 결정한다. 계산된 철근의 강도저감계수를 이용하여 화재시 철근의 항복강도 또는 프리스트레스 강연선의 항복강도를 결정한다. Fig. 7은 온도 상승에 따른 강재의 강도저감계수를 나타내고 있다.

Eq. (3)에서 F_y는 강재의 항복강도, r_θ는 온도상승에 따른 강재의 강도저감계수이다.

Fig. 6을 통해 750℃보다 높은 온도를 기록하는 부재영역에서의 콘크리트를 무시하여 부재의 감소 유효춤(b_θ)과 유효 폭(d_θ)을 결정한다. 부재의 압축영역이 화재에 노출된 경우에는 d_θ는 d보다 작아 질 수도 있다. 온도상승에 따른 유효 춤 및 유효폭의 산정방법을 정리하면 Eq. (4)와 같다.

Eq. (4)에서 A_n은 철근의 단면적, l_n은 철근 중심으로부터 콘크리트 표면까지 최소길이이다.

- 감소피복두께 결정

감소피복 두께는 Fig. 8을 통해 결정된다. 뉴질랜드 가이드라인에서는 750℃이상 상승하는 단면의 경우 구조적인 성능을 발휘하지 못한다고 가정하였으며, 유로코드의 경우 500℃를 기준으로 계산한다. 감소피복 두께를 산정하는 방법은 다음과 같다.

- 온도상승에 따른 유효 춤 결정

d_θ=min[보춤(D)-C_a;보춤(D)-감소피복두께]

- 온도상승에 따른 유효 폭 결정

b_θ=b-감소피복두께×2

콘크리트의 공칭온도(T_c)는 등가응력블럭의 온도로 가정한다. 보와 T형 리브의 단면에 대해서는 등가응력블럭 끝부분 온도(일반적으로 750℃)와 보 중간폭 온도의 평균값을 사용한다. Fig. 9는 콘크리트의 온도 및 중간 지점의 온도를 산정하는 방법에 대한 예시를 나타내고 있다.

압축응력블럭의 공칭온도(T_c)를 통해 온도 상승에 따른 콘크리트의 압축강도를 결정한다. 온도상승에 따른 콘크리트의 압축강도(f'_cθ)는 Fig. 7에 의해 정해진 계수[r'_θ]를 압축강도에 곱하여 Eq. (4)와 같이 결정된다. 일반 콘크리트가 T_c<350℃, 경량콘크리트가 500℃일 경우, f'_cθ=f'_c이다.

감소된 철근의 강도를 통해 등가응력블럭(a_θ)의 깊이를 계산하며 Eqs (5), (6)과 같다.

등가응력블럭 깊이, 유효단면, 감소된 철근의 강도가 계산되면 Eqs. (7), (8)과 같이 단면해석을 수행하며 상온시 부재 단면해석방법과 동일하다.

화재시 부재에 작용하는 소요강도를 계산한다. 화재시 구조물에 적용되는 하중은 화재 발생으로 인한 적재물의 연소에 의해 상온 시에 적용된 최대 설계하중보다 작아지게 된다. 뉴질랜드 코드에서 제시하고 있는 화재시 하중 조합은 Eq. (9)와 같다.

Eq. (9)에서 D는 고정하중, L은 활하중이다.

상온시 극한강도설계법과 동일하게 소요강도 및 설계·공칭강도 비교를 통하여 화재시 부재에 대한 내화성능을 평가한다.

공칭강도 ΦM_θ에 사용되는 강도저감계수 Φ는 다음과 같이 정의되나 상온에서 강도저감계수 Φ는 일반적으로 0.9의 값을 사용한다.