KR20090043801A - 석재패널 커튼월 설치구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 커튼월 시공 시 건물 외장패널로 사용되는 석재패널을 건축물 구체에 고정시키는 구조에 관한 것이다.

본 발명은 커튼월 공법상의 건축 마감재 설치구조로서, 단위크기로 제작되고, 다수장이 상하좌우로 배치되어 격자줄눈을 형성하는 석재패널; 상기 석재패널의 양측단으로부터 각각 석재패널 가로폭의 4등분 길이로 들여서 팽행하게 배치된 다수개의 수직재가 구비된 백프레임; 및 일단은 상기 백프레임 수직재와 체결되고, 타단은 상기 석재패널 후면에 삽입, 고정되는 고정앵커; 를 포함하여 구성되는 석재패널 커튼월 설치구조를 제공한다.

커튼월, 오픈조인트, 석재패널, 백프레임, 고정앵커

Description

석재패널 커튼월 설치구조{Stone panel curtain wall structure}

본 발명은 커튼월 시공시 건물 외장패널로 사용되는 석재패널을 건축물 구체에 고정시키는 구조에 관한 것이다.

백프레임(Back Frame)은 건물 외벽체의 틀로서 석재마감판재를 고정시키는 틀이며, 풍하중에 대응하는 철 구조물이다.

본래 석재의 물성은 압축에는 강하지만 인장성능은 매우 취약하고 취성이 강하여 두께가 얇은 판재 형태일 경우 얇을수록 매우 잘 깨지는 단점을 갖고 있다.

건축물의 외벽용 돌판재가 대부분 30㎜이하의 얇은 판재상태로 시공되기 때문에 이런 돌의 물성에 대한 대비와 보완이 절대적으로 필요하다. 더욱이 최근들어 대형건축물의 초고층화가 보편화되면서 외벽체의 무게를 보다 줄이고자하는 요구가 늘어 이러한 문제가 한층 더 대두되고 있다.

한편, 석재패널을 고정시키기 위한 지금까지의 백프레임은 수직부재에 수평 부재를 교차시키는 격자형태로서, 상기 수평부재는 판재의 수평줄눈과 일치시키는 방식으로 구성되었다. 이러한 기존의 백프레임에 석재패널을 고정시킬 때는 석재패널이 모두 수평부재에만 고정되기 때문에 고정부위가 석재패널의 상하단에 각 2군데씩 위치하게 되었고, 이 경우 수평부재에는 석재패널의 무게 때문에 수평부재에 과중한 회전응력(Torsion Moment)을 발생시키게 되었으므로, 수평부재의 크기는 이 회전응력의 크기에 대응할 수 있는 사이즈가 필요하게 되었다.

또한, 종래에 석재패널을 백프레임에 고정시키기 위한 앵커철물은 대부분 도 1에 도시된 바와 같은 다우얼핀(Dowel Pin)이었다. 이러한 다우얼핀은 석재패널의 상하 수평줄눈에 위치하게 된다. 하지만 고급건축물에 오픈조인트 공법이 적용되면서 수평줄눈으로 다우얼핀이 보이게 되는 것에 대한 미관상의 문제가 제기되자 최근들어 석재패널의 단부가 아닌 배면에 앵커링할 수 있는 인서트 앵커가 사용되기 시작하였다.

이러한 인서트 앵커는 독일 Fisher사 제품인 FZP라는 앵커가 시장을 선점하였으며 국내에서도 이와 유사한 앵커들이 생산되고 있으나 현재까지의 모든 인서트 앵커는 도 2에 도시된 구성을 취하고 있었다. 도 2에 도시된 구조를 갖춘 종래의 인서트 앵커는 이하에서 언더컷 앵커라 칭하며, 상기한 언더컷 앵커의 구조 기능적인 측면을 살펴보면 다음과 같다.

돌의 재료적인 물성은 얼음과 그 성질이 거의 같다. 즉 압축강도는 매우 강하나 인장력은 약하다. 이러한 석재의 성질로 인해 근대까지는 석재를 건축에 이용할 때에는 석재가 압축력에 대응하도록 조적방식을 택하였다. 그러나 현대에 이르러서는 석재를 아주 얇은 판재로 자를 수 있게 되었고, 건축에서도 판상의 석재가 건축물 마감재로 사용되고 있다.

이러한 석재패널이 건축물 마감재로 적용될 때에는 석재패널에 아무런 응력이 가해지지 않는 상태로 시공되어야 하고 이러한 요구를 충족시키기 위해 석재 시공용 고정철물로 개발된 것이 다우얼핀(Dowel Pin)이다. 그러나 상기 언더컷 앵커는 이론적으로는 이에 반(反)하는 석재 고정철물이다.

언더컷 앵커는 일종의 기계적인 삽입식 고정철물로서 구조역학적인 측면에서 영구적인 내부응력을 줄인다는 점을 표방하고 있으나 이러한 효과에 실질적인 의미는 없는 것으로 파악된다.

언더컷 앵커를 이용하여 석재패널을 백프레임에 고정시키기 위해서는 반드시 언터컷 앵커 볼트에 각각 1차, 2차의 금속재 패스너(Fastener)들이 조여지는데 이렇게 석재패널에 조여지는 포인트 절점이 모두 강절(Ridge)이 되므로 지진이나 태풍으로 인한 건물 구체에 이상 횡하중이 작용할 때에는 강절로 구성된 부분이 펀칭(Punching)파괴될 수 있는 하자요인을 내포하고 있기 때문이다.

또한, 언더컷 앵커 연결을 위해 석재패널 뒷면에 드릴링하는 구멍이 다우얼핀 공법에 비하여 매우 커서 앵커링 지점의 손상량이 크고, 그 공간에 앵커링되고 남는 공간에는 모세관 현상으로 핀구멍보다 훨씬 많은 양의 빗물이 채워지게 되므로 취성이 매우 약한 특성을 갖는 석재패널 속에서 빗물 결빙시의 얼음 결정압이 또다른 잠재응력(Hidden Stress)으로 작용하여 석재패널에 악영향을 끼칠 수 있게 된다. 따라서, 위와 같은 언더컷 앵커링 방식은 겨울철에 해빙이 반복되는 국내 계절환경에서는 부적절한 지지방법일 수 밖에 없다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,

1) 석재패널에 의해 백프레임에 작용하는 회전응력을 최소화하고,

2) 석재패널과 백프레임간의 연결부재가 외부에서 드러나지 않도록 하며,

3) 석재패널에 가해지는 잠재응력을 없앨 수 있는 고정구조를 제공함에 그 목적이 있다.

위와 같은 과제해결을 위해 본 발명에서는 다음과 같은 수단을 적용한다.

1) 외장패널인 석재패널을 백프레임의 수평부재가 아닌 수직부재에만 직접 고정시킨다.

종래의 커튼월 공법에서는 하부층의 외벽이 상부층의 슬래브에 매달려 있는 구조로 설치되어 왔고, 이는 곧 커튼월 공법에 시공되는 백프레임의 수직재는 인장재라는 것을 의미한다. 그러나 이러한 종래의 방식에서는 인부들이 높은 외부 임시비계 위에서 무거운 외장패널을 무언가에 일단 얹어 놓아야만 정밀시공을 할 수 있기 때문에 백프레임에는 수평부재가 필수적인 요소였다. 따라서, 건물외벽의 수평줄눈 위치마다 외장패널을 올려놓을 수평재를 설치했고 수평부재의 양끝은 좌우측 수직 프레임에 결합시키는 방식을 취했으며, 이러한 이유로 외장패널의 건식시공과 정에서는 수평재가 필수부재가 되면서 수평재의 길이가 길어지는 경우 허용응력 한도 내에서 수직재의 간격을 최대한 넓게 하려는 방향으로 기술이 발전되어 왔다.

그러나 이러한 종래기술과 같이 외장패널을 백프레임의 수평재에 장착시키면 외장패널 자체의 무게로 인하여 수평재에 토션모멘트가 걸리게 된다. 따라서 본 발명에서는 외장패널을 고정시키는 고정앵커가 백프레임의 수직재에 설치되어 외장패널의 무게를 상기 수직재에서 감당하도록 구성한 것이다. 이는 종래기술과는 그 맥을 달리하는 새로운 기술구성이다.

한편, 본 발명에서와 같이 외장패널이 수직재에 설치되는 구성을 취하면 수직재의 배치간격을 조정하여 각 수직재가 부담하는 풍하중 수압범위를 조절할 수 있어, 백프레임의 강성을 획기적으로 높일 수 있다. 즉, 태풍과 같은 단기하중에 대한 안전성이 높아지는 것이다.

2) 석재패널을 가로, 세로방향으로 4등분한 지점에서 석재패널을 백프레임에 고정시키도록 구성하여, 백프레임의 수직재는 석재패널의 자중에 의한 인장력만을 감당하도록 구성한다.

또한, 석재패널을 백프레임에 고정시키는 고정앵커는 석재패널에 의해 외부시선에서 차단되므로 오픈조인트 공법을 시행하더라도 미관상의 문제가 발생하지 않는다.

3) 석재패널 후면에는 상부에 2개의 상향경사홈과 하부에 2개의 하향경사홈 을 형성시키고, 고정앵커는 단부를 절곡하여 상기 4지점의 상,하향경사홈에 삽입시키는 방식으로 양자를 결합시킨다.

이 경우 언터컷 앵커링 방식과 같은 드릴링 구멍의 여유공간이 불필요하여 석재패널에 가해지는 잠재응력에 대한 우려를 배제시킬 수 있으며, 태풍이나 지진등의 단기하중으로 인한 백프레임의 변위를 석재패널의 홈파기 가공공간과 이에 삽입되는 고정앵커 단부와의 공극에서 흡수하게 된다.

본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

1. 백프레임의 수직재는 토션모멘트를 받지 않게되어 인장재로서의 역할만 수행하므로 백프레임 부재의 단면축소 및 경량화를 꾀할 수 있다.

2. 본 발명에 따른 석재패널 커튼월 설치구조상 고정앵커는 외부의 시선에서 차단되므로 오픈조인트 공법에 적합하다.

3. 4개의 경사홈과 이에 삽입되는 4개의 절곡된 단부를 갖는 고정앵커의 결합에 의해 석재패널에 조여지는 볼트 없이 하중을 분산하도록 구성되어 있어 이상 횡하중 작용시에도 펀칭파괴가 발생하지 않게 된다.

본 발명은 커튼월 공법상의 건축 마감재 설치구조로서, 단위크기로 제작되고, 다수장이 상하좌우로 배치되어 격자줄눈을 형성하는 석재패널; 상기 석재패널 의 양측단으로부터 각각 석재패널 가로폭의 4등분 길이로 들여서 팽행하게 배치된 다수개의 수직재가 구비된 백프레임; 및 일단은 상기 백프레임 수직재와 체결되고, 타단은 상기 석재패널 후면에 삽입, 고정되는 고정앵커; 를 포함하여 구성되는 석재패널 커튼월 설치구조를 제공한다.

도 3의 (a)는 석재패널(10)의 후면을 도시한 것이고, 도 3의 (b)는 석재패널(10)의 측단면을 도시한 것이다. 상기 석재패널(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 후면 상부에 상향경사홈(11a)이 2개 형성되어 있고, 후면 하부에 하향경사홈(11b)이 2개 형성되어 있는 것을 사용할 수 있다. 이 경우 상기 고정앵커(30)는 도 5에 도시된 바와 같이 그 단부가 상기 상,하향경사홈(11a, 11b)에 삽입되도록 절곡된 것이어야 한다. 상기 석재패널(10)의 상,하향경사홈(11a, 11b) 각각에 상기 고정앵커(30)의 절곡된 단부가 삽입되면 결과적으로 4지점에서 갈고리가 끼워져 잡아주는 형상이 되므로 석재패널 (10) 설치상태의 안정성을 확보할 수 있으며, 석재패널(10)과 고정앵커(30)간의 경사 방향으로 결합으로 인해 석재패널(10)에 큰 횡하중이 작용하더라도 응력을 분산하는 효과를 기대할 수 있게 된다.

상기 백프레임(Back Frame, 20)은 건물 외벽체에 석재패널을 장착, 고정시키는 틀로서, 본 발명에서는 다수개의 수직재가 필수적인 구성이며, 종래의 백프레임에서 필수적 구성요소로 인식되었던 수평재는 불필요하다.(도 4 참조)

또한, 상기 수직재는 상기 석재패널(10)의 양측단으로부터 각각 석재패널 가 로방향으로 4등분한 길이로 들여서 팽행하게 배치하여, 풍하중으로 인하여 석재패널(10)에 발생하는 모멘트가 가장 적게 걸리게 한다. 즉, 상기 석재패널(10)은 상기 백프레임(20)의 수직재에만 직접 고정되고, 석재패널(10)에 작용하는 모멘트는 최소화되므로 상기 수직재는 인장부재로서만 작용하게 된다. 상기 백프레임(20)의 수직재는 H형강을 소형으로 제작하여 적용 수 있다. 수직재로서 H형강을 사용함에 따른 장점은, 플랜지에 고정앵커(30)를 2개씩의 볼트로 조일 수 있어, 종래에 하나의 볼트로 조여 고정하던 구조에 비해 훨씬 안정적인 결속상태를 이루게 된다는 것이다. 또한 풍하중은 벽면에 가해지는 방향성이 일정한 하중이기 때문에 H형강의 강축으로 작용하게 된다. 따라서 기존의 각파이프 수직부재보다 적은 단면으로 효율적인 단면성능을 얻을 수 있게 된다. 아울러, 같은 단면성능을 가진다는 전제하에 각파이프부재보다 철재량이 적어서 경제적이기도 하며, 각파이프의 내부는 방청페인트칠 작업도 어려운데 반해 H형강의 경우는 그 작업이 어렵지 않게 이루어질 수 있다.

상기 고정앵커(30)는 일단이 상기 백프레임(20) 수직재와 체결되고, 타단은 상기 석재패널(10) 후면에 삽입, 고정되는 부재이다. 상기 석재패널(10) 후면에 삽입되는 단부를 절곡하여 상,하경사방향으로 삽입하는 구성방식에 관한 점은 위에서 살펴본 바와 같다.

본 발명에 따른 석재패널 커튼월 설치구조의 최적 상태는 도 5에 도시된 바 와 같이 상기 석재패널(10)의 상,하향경사홈(11a, 11b)은 모두 석재패널의 테두리로부터 석재패널의 가로폭과 세로높이의 4등분 길이로 각각 들여진 지점에 형성된 것이고, 상기 고정앵커(30)는 상기 석재패널의 상하단에서 석재패널 세로높이의 4등분 길이로 들여진 백프레임 수직재 상의 지점에 설치된 것이어서, 백프레임(20), 고정앵커(30) 및 석재패널(10)이 결합된 상태에서 상하방향의 모멘트와 좌우방향의 모멘트가 모두 상쇄되도록 설치한 것이다.

도 1은 종래의 다우얼핀에 의한 석재패널 고정구조를 도시한 것이다.

도 2는 종래의 인서트 앵커 고정구조를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 적용되는 석재패널의 후면과 측면을 도시한 것이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 백프레임의 일실시예를 도시한 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 석재패널 커튼월 설치구조의 일실시예를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 석재패널 20 : 백프레임

11a : 상향경사홈 11b : 하향경사홈

30 : 고정앵커

Claims (3)

1. 커튼월 공법상의 건축 마감재 설치구조로서,

   단위크기로 제작되고, 다수장이 상하좌우로 배치되어 격자줄눈을 형성하는 석재패널(10);

   상기 석재패널(10)의 양측단으로부터 각각 석재패널 가로폭의 4등분 길이로 들여서 팽행하게 배치된 다수개의 수직재가 구비된 백프레임(20); 및

   일단은 상기 백프레임(20) 수직재와 체결되고, 타단은 상기 석재패널(10) 후면에 삽입, 고정되는 고정앵커(30); 를 포함하여 구성되는 석재패널 커튼월 설치구조.
2. 제1항에서,

   상기 석재패널(10)은 후면 상부에 상향경사홈(11a)이 2개 형성되어 있고 후면 하부에 하향경사홈(11b)이 2개 형성되어 있으며, 상기 고정앵커(30)는 상기 상,하향경사홈(11a, 11b)에 삽입되도록 단부가 절곡된 것으로서, 석재패널 하나에 4개의 고정앵커(30)가 삽입결합된 것을 특징으로 하는 석재패널 커튼월 설치구조.
3. 제2항에서,

   상기 석재패널(10)의 상,하향경사홈(11a, 11b)은 모두 석재패널의 테두리로부터 석재패널의 가로폭과 세로높이의 4등분 길이로 각각 들여진 지점에 형성된 것이고, 상기 고정앵커(30)는 상기 석재패널의 상하단에서 석재패널 세로높이의 4등분 길이로 들여진 백프레임(20) 수직재 상의 지점에 설치된 것을 특징으로 하는 석재패널 커튼월 설치구조.

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