내화성 경량 무기 발포보드를 이용한 커튼월 시스템의 시공성능에 관한 연구 A Study on the Construction Performance of Curtain Wall Systems Using Fire-Resistant & Light-Weight Inorganic Composite Foam Board원문보기
본 연구는 경량 무기 발포보드를 이용한 커튼월시스템의 시공성 및 경제성 분석에 관한 연구로, 내화성 경량 무기 발포보드는 커튼월의 백패널로 이용하기 위해 개발된 신소재로 내화성능은 선행연구를 통해 실물 내화시험을 실시하여 이미 분석한 바 있다. 본 연구에서는 실제 건물에 내화성 커튼월 시스템을 설치하여 Mock-up test를 수행하고 일반적인 커튼월 시스템과 비교 검토하였다. 이 시스템은 기존의 커튼월 시스템과 동일한 방법으로 시공되는데, 다만 내화성능 확보를 위해 공장에서 제단되어 온 경량무기 발포보드 사용하고, 이를 커튼월 프레임에 취부한다. 비록 기존 커튼월 대비 프레임에 부착해야하는 추가 작업이 발생하나, 경량 무기 발포보드를 이용한 백패널은 커팅만으로 제작이 간편하고, 분진발생이 없어 인체에 무해하며, 파손여부를 바로 확인할 수 있어 품질확보가 용이하다. 따라서 이 시스템은 높은 수준의 내화성을 확보하면서도 시공성과 경제성면에서도 기존 커튼월 시스템과 동등이상임으로 판단된다.
본 연구는 경량 무기 발포보드를 이용한 커튼월시스템의 시공성 및 경제성 분석에 관한 연구로, 내화성 경량 무기 발포보드는 커튼월의 백패널로 이용하기 위해 개발된 신소재로 내화성능은 선행연구를 통해 실물 내화시험을 실시하여 이미 분석한 바 있다. 본 연구에서는 실제 건물에 내화성 커튼월 시스템을 설치하여 Mock-up test를 수행하고 일반적인 커튼월 시스템과 비교 검토하였다. 이 시스템은 기존의 커튼월 시스템과 동일한 방법으로 시공되는데, 다만 내화성능 확보를 위해 공장에서 제단되어 온 경량무기 발포보드 사용하고, 이를 커튼월 프레임에 취부한다. 비록 기존 커튼월 대비 프레임에 부착해야하는 추가 작업이 발생하나, 경량 무기 발포보드를 이용한 백패널은 커팅만으로 제작이 간편하고, 분진발생이 없어 인체에 무해하며, 파손여부를 바로 확인할 수 있어 품질확보가 용이하다. 따라서 이 시스템은 높은 수준의 내화성을 확보하면서도 시공성과 경제성면에서도 기존 커튼월 시스템과 동등이상임으로 판단된다.
This study had the goal of analyzing the economic feasibility and constructability of a fire resistant curtain wall system using Light-weight Inorganic Composite Foam Board(LI-CFB). LI-CFBs, new materials with excellent fire resistance are being developed for use as the back panel of curtain wall an...
This study had the goal of analyzing the economic feasibility and constructability of a fire resistant curtain wall system using Light-weight Inorganic Composite Foam Board(LI-CFB). LI-CFBs, new materials with excellent fire resistance are being developed for use as the back panel of curtain wall and their fire resistance has already been analyzed through actual tests in earlier studies. In this study, a mock-up test involving the installation of the fire resistant curtain wall system on an actual building was conducted, and the system was compared with a common curtain wall system. This system is applied in the same way as a common curtain wall system. But the cutting LI-CFBs, which are brought from a factory, are used in the system and attached on the frame (mullion and transom). Even though the system requires more working time than the existing system, the LI-CFBs back panels are easy to cut and do not produce dust. Also, the panels are able to be assured the quality by checking damaged parts easily. Besides having a high level of fire resistance, the system's economic feasibility and constructability meets or exceeds those of the existing system.
This study had the goal of analyzing the economic feasibility and constructability of a fire resistant curtain wall system using Light-weight Inorganic Composite Foam Board(LI-CFB). LI-CFBs, new materials with excellent fire resistance are being developed for use as the back panel of curtain wall and their fire resistance has already been analyzed through actual tests in earlier studies. In this study, a mock-up test involving the installation of the fire resistant curtain wall system on an actual building was conducted, and the system was compared with a common curtain wall system. This system is applied in the same way as a common curtain wall system. But the cutting LI-CFBs, which are brought from a factory, are used in the system and attached on the frame (mullion and transom). Even though the system requires more working time than the existing system, the LI-CFBs back panels are easy to cut and do not produce dust. Also, the panels are able to be assured the quality by checking damaged parts easily. Besides having a high level of fire resistance, the system's economic feasibility and constructability meets or exceeds those of the existing system.
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문제 정의
본 연구는 경량 무기 발포보드를 이용한 커튼월시스템의 시공성 및 경제성 분석에 관한 연구로, 내화성 경량 무기 발포보드는 커튼월의 백패널로 이용하기 위해 개발된 신소재로 내화성능은 선행연구를 통해 실물 내화시험을 실시하여 이미 분석한 바 있다. 본 연구에서는 실제 건물에 내화성 커튼월 시스템을 설치하여 Mock-up test를 수행하고 일반적인 커튼월 시스템과 비교 검토하였다.
본 연구는 경량 무기 발포보드를 기존 커튼월에 적용한 내화 커튼월 시스템을 제안하고, 내화성능을 분석하였다.
본 연구는 시스템 자체가 내화성능을 갖는 경량 무기 발포보드를 이용한 내화 커튼월 시스템을 제안하고, 시공법 및 경제성을 검토하고자 한다. 이를 위해 불연성능 및 내화성능시험을 실시하였으며, 내화성능시험은 유럽 EN code의 시험방법에 따라 「건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙(국토교통부령 제1호)」, 비내력벽의 내화구조 성능기준인 30분을[4] 만족하는지 확인하였다.
본 연구는 경량 무기 발포보드를 이용한 커튼월시스템의 시공성 및 경제성 분석에 관한 연구로, 내화성 경량 무기 발포보드는 커튼월의 백패널로 이용하기 위해 개발된 신소재로 내화성능은 선행연구를 통해 실물 내화시험을 실시하여 이미 분석한 바 있다. 본 연구에서는 실제 건물에 내화성 커튼월 시스템을 설치하여 Mock-up test를 수행하고 일반적인 커튼월 시스템과 비교 검토하였다. 이 시스템은 기존의 커튼월 시스템과 동일한 방법으로 시공되는데, 다만 내화성능 확보를 위해 공장에서 제단되어 온 경량무기 발포보드 사용하고, 이를 커튼월 프레임에 취부한다.
제안 방법
1) 경량무기발포보드를 이용한 커튼월 시스템의 내화성능을 알아보기 위해 불연성능시험과 내화성능시험을 실시하였다. 불연성능시험 결과, 글라스울이나 미네랄울은 그을림, 용융, 체적 수축이 발생한 반면 경량무기 발포보드의 경우 미세 균열을 제외하고 거의 변화가 없었다.
Figure 10과 같이 H 연구소에 시공한 전면부 내화 커튼월 시스템(3,240mm×6,470mm)을 기준으로 기존 백패널 시공비와 내화커튼월 시스템에 사용된 백패널 시공비를 비교하였다.
Figure 10과 같이 H 연구소에 시공한 전면부 내화 커튼월 시스템(3,240mm×6,470mm)을 기준으로 기존 백패널 시공비와 내화커튼월 시스템에 사용된 백패널 시공비를 비교하였다. 나머지 커튼월 공정에서는 동일한 금액이라고 보고 백패널 시공비만을 비교하였으며, 인건비 및 자재 단가는 표준 품셈을 참고하였다.
커튼월이 설치된 곳은 홀 구간의 3개 층으로써 홀 구간의 건물의 전·후면 커튼월을 철거 후 내화커튼월 시스템으로 교체 시공하였다. 내화 커튼월 시스템은 경량 무기 발포보드로 기존의 글라스울 백패널을 대체하고, 알루미늄 프레임에 취부함으로써 내결로성, 단열성능은 물론 내화성능을 확보한 시스템으로 이 시스템에 대한 작업 용이성, 공사 기간, 안전성 분석을 통해 시공성능을 종합적으로 평가하였다.
따라서 본 연구에서 제안하는 커튼월 시스템은 Figure 3와 같이 경량 무기 발포보드로 스팬드럴 구간의 알루미늄 바를 감싸 화염으로부터 바를 보호하고, 백패널로 사용되는 글라스울 대신 내수성에 강한 발포보드를 취부하여 시공 시 훼손됨을 방지하며 기존 단열재가 가지는 문제점을 보완한 시스템이다. 또한 글라스울을 이용한 백패널과 유사한 열성능을 갖으면서도[6] 내화성능을 향상시킨 내화 커튼월 시스템이다.
본 연구는 경량 무기 발포보드를 기존 커튼월에 적용한 내화 커튼월 시스템을 제안하고, 내화성능을 분석하였다. 또한 Mock-up 시공을 통해 이 시스템의 시공성 및 경제성을 검토하였으며, 그 연구 결과를 정리하면 다음과 같다.
이를 위해 불연성능 및 내화성능시험을 실시하였으며, 내화성능시험은 유럽 EN code의 시험방법에 따라 「건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙(국토교통부령 제1호)」, 비내력벽의 내화구조 성능기준인 30분을[4] 만족하는지 확인하였다. 또한 mock-up 시공을 통해 이 시스템에 대한 시공성 및 현장 적용성을 분석하고, 원가계산을 통해 기존 시스템과의 경제성을 비교검토하였다.
본 연구는 시스템 자체가 내화성능을 갖는 경량 무기 발포보드를 이용한 내화 커튼월 시스템을 제안하고, 시공법 및 경제성을 검토하고자 한다. 이를 위해 불연성능 및 내화성능시험을 실시하였으며, 내화성능시험은 유럽 EN code의 시험방법에 따라 「건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙(국토교통부령 제1호)」, 비내력벽의 내화구조 성능기준인 30분을[4] 만족하는지 확인하였다. 또한 mock-up 시공을 통해 이 시스템에 대한 시공성 및 현장 적용성을 분석하고, 원가계산을 통해 기존 시스템과의 경제성을 비교검토하였다.
커튼월이 설치된 곳은 홀 구간의 3개 층으로써 홀 구간의 건물의 전·후면 커튼월을 철거 후 내화커튼월 시스템으로 교체 시공하였다.
흔히 불연재로 사용하는 글라스울, 미네라울과 대비하여 무기발포보드의 내화성능을 간단한 시험으로 비교해 보았다(Table 1). 글라스울에 30초정도 토치(1000℃)로 가열하거나, 가열로 600℃에서 30분간 가열하였을 시 타서 완전히 용융되었으며, 미네랄울인 경우도 토치를 사용한 고온에서는 타고, 가열로에서는 체적이 수축하였다.
대상 데이터
경기도 광주시 H 연구소 건물을 대상으로 내화커튼월 시스템을 mock-up 시공하였다(Table 2). 기존의 알루미늄 커튼월을 철거하고, 경량 무기 발포보드를 이용한 내화커튼월 시스템을 2012년 12월부터 2013년 1월까지 약 3개월 간 시공하였다.
경기도 광주시 H 연구소 건물을 대상으로 내화커튼월 시스템을 mock-up 시공하였다(Table 2). 기존의 알루미늄 커튼월을 철거하고, 경량 무기 발포보드를 이용한 내화커튼월 시스템을 2012년 12월부터 2013년 1월까지 약 3개월 간 시공하였다. 커튼월이 설치된 곳은 홀 구간의 3개 층으로써 홀 구간의 건물의 전·후면 커튼월을 철거 후 내화커튼월 시스템으로 교체 시공하였다.
이론/모형
EN 1364-3「커튼월 전체시스템의 내화시험방법」은 패널, 유리, 구조체, 선형조인트 충전시스템, 확산 등 커튼월 시스템에서 요구되는 내화성능을 함께 판단할 수 있는 자세한 시험방법 및 평가 기준을 제시하고 있다[7]. 경량무기발포 패널을 이용한 내화 커튼월 시스템에 대한 내화성능을 고찰하고자 커튼월 전체 시스템의 내화시험 방법인 EN 1364-3의 시험방법에 따라 시험을 수행하였다[8].
성능/효과
2) 내화 커튼월 시스템은 기존 커튼월 시공과정과 동일하며, 단지 기존 백패널 설치 대신 경량무기 발포보드를 설치하고 커튼월프레임에 경량 무기 발포보드를 취부하여 내화성을 향상시킨 공법으로 공사기간 또한 동일하다. 시공성면에서는 기존의 백패널 설치 시 아연도강판 및 글라스울을 제단하고 부착하는 일련의 작업이 수작업으로 진행되는 것과 달리 치수대로 제단되어 온 보드를 바로 시공할 수 있어 더 간편하다는 장점이 있다.
3) 내화 커튼월 시스템을 기존 시스템과의 시공비용을 비교 검토한 결과, 우수한 내화성능을 확보하면서도 기존 시스템 대비 약 4%의 절감효과를 볼 수 있었다.
계산 결과는 Table 4, Table 5와 같이 글라스울을 이용한 백패널은 69,990원/㎡, 경량 무기 발포보드를 이용한 백패널은 64,910원/㎡으로 내화 커튼월 시스템이 기존 커튼월 시스템보다 내화성능이 향상되면서도 약 7%의 비용절감이 가능한 것으로 나타났다. 기존 백패널의 주재료인 아연도강판과 글라스울은 226,716원, 경량무기발포보드는 백패널과 프레임용을 모두 합쳐 219,315원으로 유사하나 기존 백패널은 일반적으로 아연도강판 위에 페인트 작업을 함으로 51,119원의 추가 비용이 발생하지만 발포 보드는 석재질감으로 별도의 페인트 작업이 필요 없어 그 비용이 절감된다.
불연성능시험 결과, 글라스울이나 미네랄울은 그을림, 용융, 체적 수축이 발생한 반면 경량무기 발포보드의 경우 미세 균열을 제외하고 거의 변화가 없었다. 내화성능은 유럽 EN code의 시험방법에 따라 시험한 결과, 기존 시스템은 6분, 내화 커튼월 시스템은 31분으로 「건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙(국토교통부령 제1호)」, 비내력벽 내화구조 성능기준인 30분을 만족하였다.
1) 경량무기발포보드를 이용한 커튼월 시스템의 내화성능을 알아보기 위해 불연성능시험과 내화성능시험을 실시하였다. 불연성능시험 결과, 글라스울이나 미네랄울은 그을림, 용융, 체적 수축이 발생한 반면 경량무기 발포보드의 경우 미세 균열을 제외하고 거의 변화가 없었다. 내화성능은 유럽 EN code의 시험방법에 따라 시험한 결과, 기존 시스템은 6분, 내화 커튼월 시스템은 31분으로 「건축물의 피난ㆍ방화구조 등의 기준에 관한 규칙(국토교통부령 제1호)」, 비내력벽 내화구조 성능기준인 30분을 만족하였다.
무기발포보드인 경우 표면에 아주 미세한 균열이 보였으나, 이는 표면에 함습되어진 습기가 고온에서 갑자기 건조되면서 수축하여 미세한 균열이 발생된 것으로 보여지며, 이는 물성자체에 변화를 초래하지 않는 것으로 확인되었다. 이 결과는 화재발생 시 글라스울과 미네랄울에 비해 경량무기발포보드가 화재확산 방지에 더 유리함을 보여준다.
따라서 두 시스템의 내화성능은 차염성 시험결과에 따라 각각 6분, 31분이라고 할 수 있다. 즉, 두 시스템 중 제안된 시스템만이 비내력벽의 내화구조 성능기준인 30분을 만족할 수 있었다.
초기온도로부터 평균온도 140℃ 또는 최고온도 180℃ 증가하는 시점으로 평가되는 차열성 및 복사열에 대한 평가 결과는 기존 시스템, 내화 커튼월 시스템 모두 최고 온도에 도달하기 전에 유리가 깨졌으므로 이 후 급격한 온도 상승을 보였다. 따라서 두 시스템의 내화성능은 차염성 시험결과에 따라 각각 6분, 31분이라고 할 수 있다.
후속연구
내화 커튼월 시스템은 경량 무기 발포보드를 백패널로 이용하고 프레임에 취부하여 내화성을 향상시킨 시스템으로, 커튼월 설치 공정에 영향을 주지 않고 시공이 간편하지만 내화성능기준을 만족하는 시스템이다. 건축물의 방재에 관해 지속적인 관심이 집중되고 있는 시점에서 앞으로 이러한 내화 커튼월 시스템의 개발 및 적용은 화재를 미연에 방지하고 그에 따른 경제적 손실을 저감할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
다양한 기능성을 만족할 수 있는 커튼월 개발에 대한 필요성이 대두된 이유는?
건축물이 고층화, 대형화됨에 따라 다양한 기능성을 만족할 수 있는 커튼월 개발에 대한 필요성이 대두되고 있다. 특히, 지난 2010년 해운대 우신골든스위트 화재 사건을 계기로 언론을 통해 고층건물 커튼월의 화재 안정성에 관한 문제가 꾸준히 제기되고 있으며, 이를 해결하기위해 정부에서는 불연 및 내화 성능을 갖는 단열재 및 마감재를 사용하고, 층간방화구획을 설계 하도록 하고 있다.
커튼월의 내화성능 확보를 위해 해외에서 사용하는 평가기준은?
특히, 지난 2010년 해운대 우신골든스위트 화재 사건을 계기로 언론을 통해 고층건물 커튼월의 화재 안정성에 관한 문제가 꾸준히 제기되고 있으며, 이를 해결하기위해 정부에서는 불연 및 내화 성능을 갖는 단열재 및 마감재를 사용하고, 층간방화구획을 설계 하도록 하고 있다. 커튼월의 내화성능 확보를 위해 해외에서는 유럽 EN code와 독일 DIN code에 따라 사전에 커튼월의 내화성능을 평가하도록 하고 있지만[1], 국내 내화구조의 인정 및 관리기준(국토해양부 고시 제2012 - 552호)[2]에는 현재 층간방화 외에 커튼월 시스템에 대한 정확한 내화 기준이 명기되어 있지 않은 현황이다. 또한 내화 구조임을 인정받기 위한 시험 방법인 한국산업규격 KSF 2257-8(건축 부재의 내화시험방법-수직 비내력벽 구획 부재의 성능 조건)을 비내력벽인 커튼월에 적용하려해도 ‘커튼월이나 문 또는 유리를 포함하고 있는 벽의 내화 시험에는 적용하지 않는다’고 명시되어[3] 그대로 적용할 수 없다.
국내 커튼월의 내화성능에 관한 평가 기준은 커튼월 전체에 관한 평가가 아닌 층간방화에만 국한되어 있다고 할 수 있는 이유는?
특히, 지난 2010년 해운대 우신골든스위트 화재 사건을 계기로 언론을 통해 고층건물 커튼월의 화재 안정성에 관한 문제가 꾸준히 제기되고 있으며, 이를 해결하기위해 정부에서는 불연 및 내화 성능을 갖는 단열재 및 마감재를 사용하고, 층간방화구획을 설계 하도록 하고 있다. 커튼월의 내화성능 확보를 위해 해외에서는 유럽 EN code와 독일 DIN code에 따라 사전에 커튼월의 내화성능을 평가하도록 하고 있지만[1], 국내 내화구조의 인정 및 관리기준(국토해양부 고시 제2012 - 552호)[2]에는 현재 층간방화 외에 커튼월 시스템에 대한 정확한 내화 기준이 명기되어 있지 않은 현황이다. 또한 내화 구조임을 인정받기 위한 시험 방법인 한국산업규격 KSF 2257-8(건축 부재의 내화시험방법-수직 비내력벽 구획 부재의 성능 조건)을 비내력벽인 커튼월에 적용하려해도 ‘커튼월이나 문 또는 유리를 포함하고 있는 벽의 내화 시험에는 적용하지 않는다’고 명시되어[3] 그대로 적용할 수 없다. 따라서 국내 커튼월의 내화성능에 관한 평가 기준은 커튼월 전체에 관한 평가가 아닌 층간방화에만 국한되어 있다고 할 수 있다.
참고문헌 (8)
Lee JS, Lim HC, Kim HJ, Kim HY, Cho BH. An Experimental Study on the Evaluation of Fire Resistance Performance of CurtainWall. Journal of the architectural institute of Korea. 2011 Jul;27(7):141-8.
Notification No. 2012-625 of Ministry of Land, Infrastructure, and Transport. Accreditation and Criteria of Fire Resistant Construction; 2012 Sep 20. Korea.
Korea industrial standards. KS F 2257-8, Methods of fire resistance test for elements of building construction-Specific requirements for non-loadbearing vertical separating elements; 2009 Jun 17. Korea.
Code of Evacuation and Fire Protection Construction of Building, Ordinance No. 1 of Ministry of Land, Infrastructure, and Transport; 2013 Mar 23. Korea.
Sin HU, Song H, Lee JK. A Study on Application of Fireresistance Lightweight Inorganic Panel. Proceedings of the Architectural Institute of Korea; 2011 Oct 29; Gyeongsan-si, Korea. Seoul (Korea): Architectural Institute of Korea; 2011. p. 371-2
Koo YA, Oh CW. A Study on the Thermal Performance of Curtain Wall Systems Using Fire-resistant, Light-weight Inorganic Composite Foam Board. Journal of Korea Institute of Architectural Sustainable Environment and Building Systems. 2011 Dec;5(4):224-9.
European Standard. EN 1364-3, Fire resistance tests for non-loadbearing elements. Part 3: Curtain walling - full configuration. 2006.
Yang SC, Lee JS, Lee BS, Koo YA, Oh CW. Analysis of Fire Resistance Performance of Curtain-Wall Systems Applying Light-Weight Inorganic Panels. Journal of the architectural institute of Korea. 2013 Jul;29(7):11-8.
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