이재승·임현창* ·조봉호**·김흥열***
Jae-Sung Lee · Hyun-Chang Yim*† · Bong-Ho Cho** · Heung-Yeal Kim***
한남대학교, *포항산업과학연구원, **아주대학교, ***한국건설기술연구원 (2011. 8. 25. 접수/2011. 11. 2. 수정/2011. 12. 9. 채택)
요 약
현재까지 알루미늄은 커튼월의 프레임 재료로서 광범위하게 사용되어 왔다. 최근에 건축물의 초고층화 와 더불어 커튼월의 프레임 재료로서 알루미늄에 비해 강도와 열 저항능력이 큰 스틸에 대한 관심이 증 가하고 있다. 본 연구에서는 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 커튼월에 대한 내화성능을 EN 13830 에 근거하여 차염성, 차열성 및 복사열 차단성능에 대하여 평가하였다. 실험결과, 알루미늄 커튼월에 비해 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 차염성능은 15분, 복사열에 대한 성능은 13분 상향 평가되었다. 프레 임의 붕괴는 스틸-알루미늄 복합 프레임의 경우 36분, 알루미늄 커튼월의 경우 13분이었으나, 차열성능은 내화유리의 온도에 의해 모두 6분으로 평가되었다.
ABSTRACT
Aluminum has been widely used as frame materials in the curtain walls. Recently, use of steel as a curtain wall frame is being considered due to its higher strength and thermal resistance than alumi- num. In this study, fire tests on the basis of EN 13830 were performed with aluminum and steel- aluminum hybrid curtain walls. From the tests, fire resistance integrity, thermal insulation, and radia- tion properties were evaluated for both systems and compared. According to the test results, the steel- aluminum hybrid curtain wall showed better fire-performance than the typical aluminum curtain wall for the fire resistance integrity and radiation properties. Although, the fire resistance performance for the insulation property was 6 min for both the two frames, the collapses were occurred at 36 min for the steel-aluminum hybrid curtain wall and at 13 min for the aluminum hybrid curtain wall.
Key words : Hybrid curtain wall, Aluminum curtain wall, Fire resistance performance
1.
서 론
커튼월(Curtain Wall)은 하중을 지지하지 않는 건축 외장용 벽체로 정의되며,1)좁은 의미로는 알미늄, 스틸, 목재 등의 프레임과 유리가 결합되어 형성되는 유리외 장 시스템(Glazing system)을 지칭한다. 유리외장 시스 템을 일컫는 커튼월은 프레임의 재료에 따라 알루미늄 커튼월, 스틸커튼월, 목재커튼월, PVC 커튼월 등으로 구분되며, 시공 방식에 따라 Figure 1과 같이 스틱 시 스템, 유닛 시스템 등으로 구분된다.
스틱 시스템은 커튼월 프레임을 건축물의 구조부에
먼저 설치한 후, 유리를 건물 외부에서 시공하는 방식 으로 건물 외부에 가설 시스템이 필요하기 때문에 대 부분 20층 이하의 중·저층 건축물에 적용된다. 반면, 유닛 시스템은 공장에서 사전에 조립된 커튼월 유닛을
†E-mail: [email protected] Figure 1. Classification of curtain walls by construction.
Figure 1과 같이 건축물 내부에서 윈치 등을 이용해 시 공하는 방식으로 외부 가설 시스템이 필요 없기 때문 에 고층이나 초고층 건축물에 주로 사용된다.2)
유닛 시스템에 사용되는 커튼월 프레임의 재료로는 주로 알루미늄이 사용된다. 알루미늄은 압출 성형을 통 해 원하는 형상으로 자유로운 가공이 가능하며, 경량 이므로 유닛화 시공이 용이한 장점이 있다.
Figure 2(a)는 알루미늄으로 성형된 유닛 커튼월용 수 직재를 보여준다. Figure 2(a)에서 보는 바와 같이 유 닛 커튼월의 수직재는 좌우 유닛이 결합되어 형성되므 로 방수, 단열, 차음 등을 위해 복잡한 형상이 요구되 어 알루미늄 이외의 재료를 적용하는데 있어 어려움이 있다. 알루미늄은 성형성이 뛰어난 장점을 갖는 반면, 강도와 강성이 약하여 Figure 2(b)와 같이 초고층 건축 물에 적용 시 단면의 크기가 과도하게 커질 수 있으며, 특히 용융점이 낮아 화재에 취약한 단점이 있다.
1.1 연구의 목적
커튼월은 기둥이나 보와 같은 건물의 주요 구조재가 아닌, 비내력벽으로 분류되어 화재에 대한 성능평가에 있어 그 중요성이 인식되지 못하는 측면이 있다.
Figure 3은 4층에서 발생한 화재가 건물의 커튼월을 통해 20분 만에 옥상층까지 확산되어 인명피해와 막대 한 재산피해가 발생했던 2010년 부산 해운대에 위치한 초고층 주상복합 아파트의 화재에 관한 실례를 보여준다.
현재, 국외에서는 커튼월 시스템 자체의 내화성능을 평가할 수 있는 실험방법 및 성능기준에 대한 기준이 정립되어 있으나, 국내에서는 커튼월에 사용되는 재료 에 대한 실험방법 및 성능기준만이 제시되어 있을 뿐, 커튼월 시스템 자체에 대한 실험방법이나 성능기준 등 에 대한 사항이 정립되어 있지 못한 실정이다.3)
중·저층형 건축물에 적용되는 스틱 방식의 알루미 늄과 스틸 커튼월의 내화성능에 대한 기존의 연구결과 에 따르면4) 스틸 커튼월은 차염성, 차열성, 복사열 차
단 등에 있어 알루미늄 커튼월에 비해 우수한 내화성 능을 발휘하는 것으로 평가되었다. 따라서, 고층 건축 물에 적용되는 유닛시스템에 대해서 스틸-알루미늄 복 합 프레임을 적용한다면, 커튼월의 내화성능이 향상될 수 있으리라 예상된다.
본 연구는 고층과 초고층 건축물의 커튼월에 대한 내화성능을 향상시키기 위해 스틸-알루미늄 복합 프레 임을 적용한 커튼월을 제안하고, 실험을 통하여 내화 성능을 평가하였다. 본 연구에서 제안된 스틸-알루미 늄 복합 커튼월은 결합을 위해 요구되는 복잡한 형상 을 스틸로 구현하기 어렵기 때문에, 결합부분의 복잡 한 형상은 알루미늄 부재를 적용하여 정밀성을 확보 하도록 하였으며, 구조성능과 화재 안전 성능을 향상 시키기 위해 커튼월 단면의 외측 부분은 스틸을 적용 하였다.
1.2 연구범위 및 방법
본 연구에서는 제안된 스틸-알루미늄 복합 커튼월 시 스템은 고층이나 초고층용으로 적용 가능한 유닛 시스 템으로 설계되었으며, 외관 향상을 위해 일반적으로 적 용되는 구조실런트 방식을 이용해 프레임과 유리를 부 착하였다. 국내의 화재안전 법규는 커튼월의 내화성능 평가에 대한 별도의 규정이 없으므로, 해외의 커튼월 관련 내화성능실험 및 평가에서 가장 널리 사용되는 EN138305)의 성능기준과 EN1364-3,6) EN 1363-17)의 실 험방법을 이용해 성능을 평가하였다. 기존의 알루미늄 커튼월과의 비교를 위하여 동일한 조건으로 알루미늄 커튼월을 제작하여 내화성능을 비교, 평가하였다.
Figure 2. Mullions of aluminum curtain wall
Figure 3. Fire photo of the building in Busan.
해당함으로 현재 국내 법규상으로는 방화지구 내에서 만 외벽의 내화구조 규정에 제한을 받는다. 방화지구 이외에서의 외벽에 대한 내화구조 규정이 없으며 외벽 재료의 난연성능에 대해서만 건축법 시행령이 입법예 고 중이다. 건축법 제51조 ①항에 의하면 방화지구 안 에서 건축물의 주요 구조부와 외벽은 내화구조로 하여 야 하며 이에 대한 성능 기준은 내화구조의 인정 및 관리 기준(건설부 고시 248호)에 Table 2와 같이 제시 되어 있다.
2.2 국외 커튼월 관련 법규
이재승 등에서4)해외의 내화인증 커튼월 제품 및 관 련코드와 성능시간을 포함한 해외의 내화 c코드를 조 사·분석하였다. 본 논문에서는 커튼월의 내화 성능 평가조건 만을 간단히 언급하도록 한다. EN 13830에 서 제시한 커튼월의 내화성능 평가조건은 차염성, 차 열성, 복사열로 분류된다. 실험방법은 EN 1364-36)에 제시되어 있으며, 평가기준은 EN1363-17)에 제시되어 있다. 평가기준을 요약하여 Table 3에 제시하였다.
3.
실험계획 및 실험결과
3.1 시험체 설계
본 연구에서는 알루미늄과 스틸의 장단점을 활용한 유닛 커튼월용 스틸-알루미늄 복합 프레임을 제안하였다.
법규 조항 내용
건축법 5장 제50,
51조
• 50조: 건축물의 내화구조와 방
• 51조: 방화지구 안에 건축물화벽
건축법시행령
제2조 7호, 제56조
• 2조 7호: 내화구조에 대한 정의
• 56조: 건축물의 내화구조 피난·방화건축물의
구조 등의 기준에 관한
규칙
제3조
• 상기시행령 제2조 제7호에서 언급한 “국토해양부 령으로 정 하는 기준에 적합한 구조”에 대하여 제시
내화구조의 관리기준인정 및
6장 21조,
22조
• 상기규칙 제3조 제8호의 규정 에 의한 내화구조 및 동 규칙 제14조 제2항 제2호에 의 한 내화 충전구조의 인정 및 관 리에 관한 사항을 제시 내화충전구
조세부운영 지침
- • 고시6장 21조 1항에 의한 내 화충전구조의 세부운영지침
Table 2. Fire Performance Criteria (unit: hours) 층별
부위별
5층까지 6층~14층 15층~최상층
외벽중 비내력벽
연소할우려가 있는 부분
1 1 1
연소할우려가 없는 부분
1/2 1/2 1/2
외벽 중 내력벽,
칸막이 벽, 바닥 1 2 2
기둥, 보 1 2 3
지붕 1/2 1/2 1/2
※ “연소할 우려가 있는 부분”이라 함은 인접대지경계선·도 로중심선 또는 동일한 대지 안에 있는 2동 이상의 건축물(연면 적의 합계가 500제곱미터 이하인 건축물은 이를 하나의 건축물 로 본다) 상호의 외벽간의 중심선으로부터 1층에 있어서는 3미 터 이내, 2층 이상에 있어서는 5미터 이내의 거리에 있는 건축 물의 각 부분을 말함.
Table 3. Fire Performance Criteria of the Curtain Walls
시험항목 성능기준
내화시험 차염성
균열게이지 관통 되지 않을 것 면패드 착화 되지 않을 것 화염발생 없을 것(10초 이상)
차열성
비가열면평균온도 초기온도로부터 140oC 온 도 증가 시점
비가열면최고온도 초기온도로부터 180oC 온 도 증가 시점
복사열 가열면의중앙에서 1 m 떨어진 위치에 서 15 kW/m2이상 증가 시점
Figure 4는 화재실험에 사용한 하이브리드 유닛 커 튼월의 수직재 및 수평재 단면을 나타낸다. 수직재는 좌우 프레임이 결합되어 하나의 프레임을 형성하는 유 닛형을 적용하였고, 수평재는 스틱형의 단일 부재를 적 용하였다. 수직 프레임의 외측 부분은 롤포밍 가공된 2 mm 스틸을 이용하여 구조성능 및 화재안전 성능을 향상시키고, 두 개의 프레임이 결합되는 부위의 복잡 한 형상은 알루미늄의 압출가공을 이용해 시공 정밀도 를 확보하도록 하였다. 스틸과 알루미늄 부재는 스크 류를 이용해 결합하고 결합부위에 개스킷을 적용하여 기밀성과 수밀성을 확보하도록 하였다. 프레임과 유리 의 부착은 실무에서 일반적으로 적용하는 구조실런트 를 이용하였다.
Table 4은 본 연구를 위하여 사용된 알루미늄 과 스 틸의 물성을 보여준다.
스틸-알루미늄 복합 커튼월의 내화성능을 평가하기 위하여 현재 고층 및 초고층 건축물에서 일반적으로 사용되는 알루미늄 커튼월과의 비교 실험을 수행하였 다. Figure 5는 알루미늄 커튼월의 수직재 및 수평재 단면을 나타낸다. 프레임은 모두 알루미늄으로 구성되
었으며, 유리와의 결합은 스틸-알루미늄 복합 커튼월과 동일하게 구조실런트를 이용하였다. 두 개의 시험체 모 두 8 mm 방화유리를 적용하였다.
3.2 실험계획
알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼 월의 내화성능을 평가하기 위해 Figure 6과 같이 열전 대를 설치하였다. 실험체의 크기는 가로와 세로 각각 3 m이다.
부가적인 데이터로서 변형을 측정하기 위해 열에 가 장 취약할 것으로 예상되는 멀리언의 중앙(열전대 11 번 위치) 및 우측 트랜섬의 중간(열전대 15번과 16번 사이)에 변위계를 설치하였다.
Figure 4. Sections of the steel-aluminum hybrid curtain wall specimen
Table 4. Material Properties of the Curtain Wall Frames 주요 특성 Steel Aluminum 탄성계수(Gpa) 210 70 열전도율(kcal/m2hroC) 41 204
인장강도(MPa) 400 이상 55~95 MPa 열팽창계수(oC × 10−6) 13 24
용융점 1535oC 660oC
Figure 5. Sections of the aluminum curtain wall specimen.
Figure 6. Positions of the thermal couples.
Figure 7은 내화성능 실험을 위한 커튼월 프레임의 시험체 설치상황을 보여준다. 차염성 측정도구인 커튼 패드의 경우, 이동형 커튼패드를 사용하였으며, 차열성 을 평가하기 위한 열전대는 스틸 커튼월과 스틸-알루 미늄 복합 프레임 커튼월 시험체에 각각 20개를 부착 하였다. 또한, 복사열 차단 성능을 평가하기 위하여 수 직로 열유속 측정 시스템을 실험체 비가열면으로 부터 1 m 떨어진 곳에 설치하여 복사열을 측정하였다. 실험 실시 전 가열로 내의 초기온도는 34oC였다. 내화 성능 평가 기준에는 포함되지 않으나 실험도중 커튼월 제품 이 화재에 노출될 때 발생할 수 있는 취약부분에 대한 변형을 측정하였다. 커튼월 프레임의 변형을 측정하기 위해 Static Measuring System의 줄 변위계를 사용하였다.
커튼월의 내화 성능평가를 위해 사용되는 화재 시나 리오는 두 가지로 내부 화재를 고려한 표준온도[수식 ](1)과 외부 화재를 고려한 표준온도[수식](2)에 따른 온도곡선이 사용된다.
T = 345log10(8t + 1) + 20 (1)
T = 660(1− 0.687e−0.32t− 0.313e−3.8t) + 20… (2) 여기서, t는 실험 시작부터의 시간(min)이며, T는 온 도(oC)이다.
본 연구에서는 건물 내부화재를 가정하여 표준온도 [수식](1)을 적용하였으며, 평가를 위한 실험횟수는 각 제품에 대하여 1회씩 수행하였다.
3.3 실험결과 및 분석
차염성에 관한 평가는 커튼패드의 화염 발생시간 측 정 또는 갭게이지를 통한 균열 측정, 비가열면의 화염
및 특이사항 발생 시간 측정 등이 있다. 커튼패드를 사 용한 본 실험의 경우, 화염 발생 이전에 프레임과 가 열로 정착 면 사이에서 최초 연기의 발생이 관찰되었 으며, 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 화염 발생 시간은 실험 시작 후 각각 12분과 10분으로 측정되었다.
Table 5는 알루미늄과 스틸-알루미늄 복합 커튼월의 시간에 따른 특이사항을 정리하여 나타낸 것이다. 실 험결과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 화염 발 생 시점이 알루미늄 커튼월에 비해 약 2분 정도 빠르 게 관찰되었으나, Table 5의 특이사항에서 보이는 바와 같이 초기 화염의 발생은 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월과 알루미늄 커튼월프레임 모두 가열로와 프레 임이 안착되는 상부경계면에서 발생했다는 점을 감안 할 때, 초기 화염 발생시점을 차염성능 평가시점으로 보기에는 무리가 있을 것으로 판단된다. 왜냐하면, 가 열로와 시험체 고정조건에 대한 국내외 규준이 상이하 기 때문이다. EN 1364-36)에 의하면, 커튼월의 내화성 Figure 7. Specimen set-up for the fire test.
증가 08 중앙 수직 프레임
전체 화염증가 -
10 스팬드럴부 화염발생 상부프레임 중앙 화염 발생
12
프레임 전체 연기 누출 및 오른쪽 상부
프레임 화염 발생
-
13 유리전체 탈락 및
실험 종료 -
18 - 왼쪽 수직 프레임 화염
발생
20 -
수직 프레임 중앙부위 및 수평 프레임 화염
발생
28 - 중앙 수직 프레임
면외좌굴로 인한 개구부발생
36 - 유리전체 탈락 및
실험 종료
능평가를 위한 가열로의 조건은 가열로 경계면에서 외 부로 화염이 노출되지 않도록 하여야하며, 시험체는 시 공 시 적용되는 슬라브에 정착하고 시험체는 상부 측 과 좌우 측면 중 한쪽이 가열로 벽면으로부터 500 mm 이상 크게 설치되도록 규정되어 있기 때문이다. 그러 나, 현재 국내에서는 EN 1364-36)에서 제시한 조건을 만족하는 커튼월 실험을 위한 전용 가열로가 없는 관 계로 커튼월 시험체를 가열로 벽면에 삽입하고 그 경 계면을 Cerak wool을 사용하여 충전하였기 때문에 충 전된 프레임 상부에서 화염이 발생하였다. 따라서, 커 튼월 자체 시스템의 차염성능을 고려할 때, 알루미늄 커튼월은 중앙 수직프레임 착화 및 화염증가 시점인 5 분, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 중앙부 프레임에 화염이 발생한 시점인 20분을 차염성능 판단 시점으로 고려하는 것이 타당할 것으로 판단되었다.
유리가 탈락하면서 시스템이 붕괴된 시간차는 23분 으로 알루미늄 커튼월의 경우, 시험 시작 후 13분이었 으며, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 36분 이었다. 이러한 유리탈락 시간차는 프레임을 구성하고 있는 재료의 용융점의 차이와 유리의 고정방법에 기인 한다. 즉, 스틸이 알루미늄보다 용융점이 높으므로 스 틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월이 보다 장시간동안 유 리부재를 지탱할 수 있고, 본 연구에서 제안한 스틸-알 루미늄 복합 프레임 커튼월은 유리의 정착에 있어 수 평 프레임에 스크류를 이용하였기 때문에 유리탈락을 동반한 시스템의 붕괴를 지연시킬 수 있었던 것으로 판단되었다.
유리탈락에 의한 화염방출은 건축물에서 상부층으로 의 화염확산 속도를 증가시킨다는 점을 고려할 때, 스 틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월은 기존의 알루미늄 커
튼월에 비해 내화성능을 크게 향상 시킬 수 있을 것으 로 예측되었다.
Figure 8은 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 시간에 따른 온도곡선을 보여준다.
EN 13830의 코드에 따른 차열성능의 경우는 초기온도
(34oC)로부터 각 열전대의 평균온도가 초기온도 + 140oC 이상 증가할 때의 시간과 최고온도가 초기온도 + 180oC 이상 증가하였을 때의 시간을 그 평가 기준으로 적용 한다. 따라서, 본 연구에서는 열전대 평균온도가 174oC 를 초과한 시간이나 열전대 최고온도가 214oC를 초과 한 시간이 차열성능의 평가기준이다.
스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우 평균온도 는 실험 시작 후 26분 뒤 156oC를 초과하여 27분 뒤 183oC에 도달하였다. 최고온도는 6분 뒤 170oC를 초 과하였으며 7분 뒤 199oC에 도달하였다. 따라서, 스틸 커튼월의 차열성능은 최고온도 성능 조건에 의해 6분 으로 결정되었다. 알루미늄 커튼월의 경우 유리 탈락 에 의한 전체 붕괴가 발생한 14분까지 160oC 이상을 초과하지 않았기 때문에, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월과 마찬가지로 최고온도에 의해 차열 성능이 결 정되었고, 최고온도는 6분 뒤 200oC를 초과하여 7분 에 233oC에 도달하였기 때문에 6분의 차열성능을 보 였다. 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월 모두, 차열성능은 Figure 6에 표시한 열전대 7 번(유리)에서 측정시한 최고온도 측정시간(6분)으로 결 정되었다.
Figure 9는 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월에서 프레임과 유리에서 각각 최고온도 에 도달한 11번(프레임), 7번 열전대(유리)로부터 측정 된 온도와 시간과의 관계를 나타낸다. 그림에서 보이
Figure 8. Comparison of the maximum and minimum temperatures between aluminum and steel-alumimum hybrid framed curtain wall.
Figure 9. Comparison of the maximum temperatures on the glasses and the frames of aluminum and steel-alumimum hybrid framed curtain wall.
커튼월 모두 차열성능이 내화유리의 온도에 의해 결정 된 것으로 보아 이재승 등에서4)에서 제시한 바와 같이 내화유리에 대한 보강대책의 강구가 필요할 것으로 판 단되었다.
Figure 10은 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월과 알
루미늄 커튼월의 시간에 따른 열류량의 변화를 나타낸다.
열류량으로서 측정되는 복사열 차단에 대한 성능기 준은 15 kW/m2를 초과하는 시간이다. 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 커튼월의 붕괴로 인한 수 직로 열유속 측정 시스템의 파손을 방지하기 위해 측 정 시스템을 제거한 26분까지 성능기준을 만족하였으 나, 알루미늄 커튼월의 경우, 유리 파열로 인하여 붕괴
Figure 10. Radiation properties.
Table 6. Summary on the Fire Performance of the Aluminum Curtain Wall
시험항목 성능기준 측정결과(분)
차염성 화염, 균열 발생, 가스
등이 발생하지 않을 것 커튼월 전체 화염착화 5
차열성
비 가열면
평균온도 174oC 74.16oC
비 가열면 6
최고온도 214oC 170.51oC 방열성 비 가열면
복사열 15 kW/m2 15 kW/m2이상 13 변위
(추가) 멀리언: 4.8 mm
트랜섬: 25.4 mm -
커튼월파괴 13
Table 7. Summary on the Fire Performance of the Steel- aluminum Hybrid Curtain Wall
시험항목 성능기준 측정결과(분)
차염성 화염, 균열 발생, 가스
등이 발생하지 않을 것 커튼월 중앙부 화염착화 20
차열성
비 가열면
평균온도 174oC 67.11oC
비 가열면 6
최고온도 214oC 170.12oC 방열성 비가열면
복사열 15 kW/m2 13.23 kW/m2 26 (추가)변위 멀리언: 4.4 mm
트랜섬: 14.6 mm -
커튼월파괴 36
Figure 11. Comparison of the displacements.
시간에 따른 변위를 나타낸 것이다. 스틸-알루미늄 복 합 프레임 커튼월의 멀리언의 경우 커튼월 파괴시점인 36분까지 최고변형은 4.4 mm이었으며 트랜섬의 경우 14.6 mm였다. 반면 알루미늄 커튼월의 경우, 파괴시점 인 14분까지 최고 변형은 4.8 mm이었으며 트랜섬의 경 우 25.4 mm였다. 변형성능의 결과로부터 본 연구에서
제시한 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월이 기존의 알 루미늄 커튼월에 비해 내화성능을 상당히 증진시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
본 연구에서 수행된 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미 늄 복합 커튼월의 내화성능 결과를 Table 6과 Table 7 에 요약하였다.
4.
결 론
1) 차염성능은 커튼월 자체 시스템의 내화성능을 고 려하여 알루미늄 커튼월은 중앙 수직프레임 착화 및 화염증가 시점인 5분, 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼 월의 경우 중앙부 프레임에 화염이 발생한 시점인 20 분으로 결정되었다.
2) 유리가 탈락하면서 시스템이 붕괴된 시간차는 23 분으로 알루미늄 커튼월의 경우, 시험 시작 후 13분이 었으며 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 36 분이었다. 스틸과 알루미늄 사이의 용융점의 차이와 유 리의 정착 방식에 의해 커튼월 시스템의 붕괴를 지연 시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
4) 알루미늄 커튼월과 스틸-알루미늄 복합 프레임 커 튼월 모두 차열성능은 최고온도 성능 조건에 의해 6분 으로 결정되었으나, 그 차열성능이 내화유리의 온도에 의해 결정되었기 때문에 내화유리에 대한 보강대책이 요구된다.
5) 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 커튼 월의 붕괴로 인한 수직로 열유속 측정 시스템의 파손 을 방지하기 위해 측정 시스템을 제거한 시점인 26분 까지 성능기준을 만족하였으나, 알루미늄커튼월의 경 우 유리 파열로 인하여 붕괴시점인 약 13분에 그 성능 기준을 만족하지 못하였다. 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 경우, 차염 및 차열성능의 결과와 달리 약 13 분 정도 높은 성능 차이를 보인 이유는 알루미늄의 열 전도율이 스틸에 비해 약 5배 정도 높다는 점과 시스
템의 결합방식에 기인한 것으로 판단된다.
6) 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월의 멀리언의 경 우 커튼월 파괴시점인 36분까지 최고변형은 4.4 mm이 었으며 트랜섬의 경우 14.6 mm였다. 반면 알루미늄 커 튼월의 경우, 파괴 시점인 14분까지 최고변형은 4.8 mm 이었으며 트랜섬의 경우 25.4 mm였다. 변형성능의 결 과로부터 스틸-알루미늄 복합 프레임 커튼월이 기존의 알루미늄 커튼월에 비해 내화성능을 상당히 증진시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
감사의 글
본 연구는 국토해양부가 주관하고 한국건설교통기술 평가원이 시행하는 초고층 빌딩 시공기술연구단 과제 와 관련하여 이에 감사를 드립니다.
참고문헌
1. AAMA CW-DG-1-95, Curtain Wall Design Guide manual, AAMA(2005).
2. 조봉호, 윤경조, 임현창, 김진호, 신성호, “스틸 커튼 월 시장동향 및 초고층 커튼월 적용성 평가”, 강구조 학회지, Vol.22, No.2, pp.27-33(2010).
3. 이재승, 조봉호, 임현창, “커튼월 내화성능에 관한 고 찰”, 강구조학회지, Vol.22, No.5, pp.14-18(2010).
4. 이재승, 임현창, 김흥열, 김형준, 조봉호, “커튼월 내 화 성능평가에 관한 실험적 연구”, 대한건축학회 논 문집 구조계, Vol.27, No.7, pp.141-148(2011).
5. DIN EN 13830, “Curtain Walling. Product Standard”
(2003).
6. DIN EN 1364-3, “Fire Resistance Tests for Non- loadbearing Elements”(2006).
7. DIN EN 1363-1, “Fire Resistance Tests, Part 1:
General Requirements”(1999).
