커튼월의 구성 및 구조, 방수, 결로 방지

커튼월 이란

커튼월의 문자적인 의미는 비내력 외주 벽체입니다. 건물의 하중은 구조체가 부담하고 벽체는 단지 외부의 마감 역할을 한다고 하여 커튼월이라고 합니다. 다시 말하면 공장생산 부재로 구성되는 건물의 비내력 외벽이라고 표현되는 조적 벽이나 일부 철재 틀(steel frame)을 설치하고 마감재를 붙이는 건식마감의 경우는 커튼월의 범주에서 제외된다고 할 수 있습니다. 커튼월이 건축자재로 사용된 이후 여러 방면으로 발전되어 왔습니다. PC (Precast Concrete) 한참 유행하였을 때는 PC 패널이 커튼월의 주류를 이루어 PC 위에 타일을 먼저 붙여 패널을 설치하는 TPC(Tile PC), 석재를 미리 붙여 설치하는 GPC(Granite PC) 등의 용어가 등장하였습니다.

 

커튼월의 구성

매입철물 :앵커 클립 슬래브에 고정하기 위해 슬래브에 매설하는 앵글, 채널, 플레이트 독일의 할팬(halfen)과 슈미들린(schmidlin) 제품을 사용하였으나 국내의 훌텍(fullteck) 제품이 개발되어 쓰이고 있습니다. 앵커 클립(anchor clip): 밀리언과 슬래브를 연결하는 앵글, 채널, 플레이트 등의 구조재 화스나(fastener): 커튼월 앵커에서 각 부재를 연결하는 볼트, 와샤, 스크루 본체는 멀리언(mullion), 트랜(transom), 비전(vision), 스펜드(spendrel) 등 부재로 구성됩니다. 멀리언: 층과 층 사이 설치, 풍하중을 슬래브에 전달하는 역할을 합니다. 트랜섬: 수직재를 수평으로 연결합니다. 스펜드럴: 창호 부분 사이, 천장 시작되는 부분에서 상층부 창이 시작되는 부분을 말합니다. 이곳의 외부는 알루미늄 복합패널 또는 석재 등의 마감 자재 설치. 내부는 뒤판(back panel)을 설치합니다. 비전: 채광과 전망 등의 역할을 하는 창호 유리가 설치되는 부분입니다. 그 외에도 단열재, 실링재, 단열바, 층간 내화, 실외기 등이 있습니다.

커튼월의 구조(구조 검토 사항)

풍하중의 검토: 건축물의 모서리에서의 풍하중은 중앙 부분의 풍하중 보다 약 2~3배 크게 계산합니다. 돌출 부위(처마와 같은 형상)의 하중은 일반 벽면의 하중보다 크게 계산합니다. 내부로 오목하게 들어간 부분은 바랑이 빠져나오지 못하는 경우 천정을 날려 버리는 경우가 있습니다. 바람이 빠져나갈 수 있도록 계획합니다. 수직, 수평 부재의 구조 설계: 커튼월 구조설계 검토 시 중요한 상식이 하나 있습니다. 어떤 시스템이든 수직 부재의 연결은 슬래브의 대략 1m 높이에서 하고 그 부분을 스택 조인트(stack joint)라고 합니다. 아주 중요한 부분이므로 조인트 부분이 모멘트가 없는 핀 부분이 되어 한 층에 걸쳐 설치된 수직 부재는 구조 역학에서의 겔버보 형상이 됩니다. 유리의 구조검토: 복층 유리 중 외부 유리의 두께는 처짐보다 허용 휨 인장 응력에 의해 결정되며 내부 유리는 단열 논리에 의해 결정됩니다. 앵커의 계산: 앵커는 커튼월이 구조체에 고정되는 부분으로 건물의 기초와도 같은 중요한 부분입니다. 골조 공사 중에 매립해야 하는 부분으로 시공의 정밀도가 요구되며 시공 중의 오차를 흡수해야 하는 구조여야 합니다. 현재는 철판에 철봉을 용접한 매입 철물(embedment)을 사용하였으나 국내의 전문회사인 훌텍에서 개발한 매입철물이 많은 신뢰를 주고 있습니다. 층간 변위와 열팽창 변위의 흡수 설계: 층간 변위란 구조물의 변위를 말합니다. 기둥 간의 부등 축소량이나 풍하중에 한 변형, 층과 층 사이의 공간 크기도 달라질 수 있습니다. 층 간 하중 조건이 다를 경우 커튼월을 지지하는 보의 처짐이 층마다 다르게 나타날 수 있습니다. 이러한 변형도 커튼월에서 흡수할 수 있어야 무리가 가지 않을 것입니다.

커튼월의 방수

커튼월의 중요한 기능 방수입니다. 물이 새지 않는 것이 내부를 쉘터(shelter)로서의 가치를 확보하는 결정적 역할을 하기 때문일 것입니다. 등압 이론은 대규모 고층 건물에서 적용되며 근래에는 고층 건물에서 적용하는 커튼월의 방수 방법입니다. 외부의 물의 흐름을 실란트로 틀어막는 방법이 클로즈 조인트(close joint)입니다. 대부분의 소규모 커튼월방식에 쓰이는 방법입니다. 외부, 내부의 기압 차이로 빗물이 외부에서 내부로 뿜어져 들어옵니다. 이에 대응하는 개념으로 오픈 조인트(open joint) 방식이 등압 이론의 근간입니다. 커튼월 내부에 감압 공간을 두어 외부와 커튼월 내부에 압력을 동일하게 하여 물이 뿜어져 들어오는 것을 방지하고 들어온 빗물도 중력에 의해 자연적으로 배수되도록 하는 방식입니다. 등압 이론을 적용하기 위해서는 유니트(Unit) 시스템 이어야 합니다. 유니트 시스템은 한 개 층 단위로 설치되는데 연결 부위를 스틱조인트 라고 하며 여기에 등압 공간이 형성됩니다. 누수에 가장 취약한 부분이 스틱 조인트입니다. 유니트와 유니트 부분에 알루미늄 슬리브를 설치하고 실란트로 채운 뒤 유니트 설치가 되면 감압 공간 (secondary air barrier chamber)이 생깁니다. 그 감압 공간까지 2차례에 걸쳐 개스킷이 설치됩니다. 개스킷은 외부의 온도, 우수를 차단하는데 위아래 두 유니트를 밀실 하게 막는 것이 아니기 때문에 내, 외부 압력이 같아집니다. 통수구(weep hole)도 스며든 물을 자연 배수되도록 역할을 합니다.

결로 방지

물에 의한 누수 다음으로 신경 쓰이는 것이 결로 현상입니다. 결로는 모든 건축물의 최대의 적입니다. 결로는 왜 발생하는 것일까?

원리는 매우 간단합니다. 온도의 차이가 크고 습도가 높으며 환기가 되지 않는 경우 등 이 세 가지 요소가 충족되는 곳에서 어김없이 결로가 발생합니다. 실내의 높은 온도가 찬 외벽체와 만나는 순간 노점 온도(이슬점온도)에 도달하여 물방울로 변하는 것입니다.

<커튼월의 결로 발생 취약 부분>

알루미늄 바 부분: 알루미늄은 재료 특성상 열전도율이 높습니다. 열 차단을 위해 일반적으로 단열 바를 쓰는데 유럽에서 개발된 폴리아미드 <Polyㅡamid>이고 다른 하나는 미국에서 개발되어 사용되는 아존입니다. 폴리아미드는 부재의 형상을 만들어 알루미늄에 끼우는 방식인데 기간 절약이 되나 단열효율과 강성이 떨어집니다. 아존은 알루미늄 바에 액상을 부어 넣어 형성하는 방법입니다. 별도의 공정을 거쳐야 하는 번거로움이 있으나 단열효율이 높습니다.

스펜드럴 부분: 스펜드럴 부분은 각 세대 천장 상부에서 그 위층 세대의 창문 하부까지를 말합니다. 내부 마감재는 석고보드가 취부 되는 곳이라 별도의 결로 방지는 하지 않아도 됩니다.

유리 부분: 유리의 테두리 부분에서 약간의 결로가 발생할 수 있으나 복층유리 제작 시 간봉의 소재로 알루미늄 등의 금속재를 단열 간봉(warm edge)으로 바꾸어 사용하면 금속재인 간봉은 외부온도를 내부로 전달하는 역할을 하므로 결로 발생의 사용하면 결로발생의 원인이 될 수 있었으나 단열 간봉은 열 차단 역할을 하기 때문에 외부온도를 차단하는 역할을 하기 때문에 결로를 방지할 수 있습니다. 그 밖에 실외기 부분이나 선쉐이드 등이 있으나 우레탄 폼이나 실란트로 외부, 내부가 접하는 부분을 밀실 하게 하면 결로 방지를 할 수 있습니다.