KR20230046598A - 경량철골구조의 외단열 시스템 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예의 경량철골구조의 외단열 시스템은 경량철골구조를 형성하는 구조각관의 외측에 고정되는 방화판넬; 상기 방화판넬의 외측에 배치되는 단열블록; 외측으로부터 상기 방화판넬에 대면하도록 배치되어 상기 단열블록을 지지하며, 상기 구조각관보다 작은 열전도율을 가지는 재질로 이루어진 열교차단용 커넥터; 및 상기 열교차단용 커넥터에 형성된 내측홀을 통해 상기 방화판넬을 관통하며 상기 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬에 고정시키는 제1 체결나사;를 포함한다.

Description

경량철골구조의 외단열 시스템 및 그 시공방법{EXTERNAL INSULATION SYSTEM OF LIGHTWEIGHT STEEL STRUCTURE AND CONSTRUCTION METHOD OF THE SAME}

본 발명은 경량철골구조의 외단열 시스템 및 그 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열교를 차단하며, 향상된 화재방지 및 구조적 안정성을 가지는 경량철골구조의 외단열 시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다.

최근 정부의 건축물 에너지효율등급 인증에 따른 단열규제가 강화되면서 이러한 정부의 에너지 시책과 더불어 일반인들의 주거에너지에 대한 관심도가 날로 높아가고 있다. 특히, 건축물의 경우 단열과 기밀시공만 제대로 되어도 난방에너지 소비를 크게 줄일 수 있다는 것은 이제 상식이 되었다.

주거용 건축물의 경우 판상형 단열재를 사용하여 시공하는 현장이 늘어나고 있다. 콘크리트 구조물의 경우 이미 외단열이 보편화되어 있는 상황이며, 최근에는 목조주택의 경우에도 스터드 사이의 인슐레이션 시공 이외에도 추가로 외단열을 시공하는 현장이 늘어나고 있는 추세이다.

건축물의 외벽은 크게 두 가지 형태로 분류된다. 하나는 콘크리트로 벽체를 만들고 단열과 외장마감을 하는 구조이고, 다른 하나는 콘크리트 벽체가 없는 철골구조(또는 콘크리트 라멘구조)에서 외벽을 경량벽체로 만들고 단열과 외장마감을 하는 구조이다. 콘크리트 벽체가 없는 형태는 주로 목구조나 철골구조 또는 콘크리트 라멘구조(외벽이 없이 기둥과 스라브만 있는 구조)가 대표적인 형태이다.

이하에서는 외단열을 달성하기 위한 단열재 부착에 관한 종래의 기술에 대한 문제점을 기술하고자 한다.

도 1은 종래기술(등록특허공보 제1035973호)로서 규격화된 성형패널을 사용하여 외단열 마감공법으로 시공하는기술이다.

이는 기존의 건식 외단열 공법의 단점을 개선하여 일체형의 유닛을 사용하여 열교부위를 최소화시키고 이음매에 돌출부를 형성하여 상호 밀실하게 적층될 수 있는 이점이 있다.

이러한 성형패널의 경우 공장에서 단열재의 외부면에 폴리우레탄 및 세라믹계 도료를 순차적 또는 선택적으로 코팅 내지 도포시켜 가공한 제품을 사용함으로써 그 자체가 마감재로서의 기능은 충족시킬 수 있으나, 별도의 다양한 마감재를 단열재 위에 부착할 수 없다는 문제점이 있다.

또한, 단열패널을 부착, 고정시키는 패스너의 경우 1.6T 정도의 아연도 용융도금 철판을 절단, 절곡하여 사용함으로써 점형열교에 노출되는 문제점이 있으며, 단열패널이 부착되는 구조체 중 콘크리트 벽체의 경우 평활도가 항상 일정하게 평탄한 경우가 없는 것이 현실임에도 이에 대응하는 연결부재의 미비가 문제점으로 대두된다.

도 2의 종래기술(공개특허공보 제2008-109273호)은 단열재에 마감재를 시공함에 있어 전용스크류를 사용하여 시공하는 기술이다.

이는 시공 공정의 간편화로 일반인들도 손쉽게 단열재에 마감재를 부착할 수 있는 이점이 있다.

하지만, 단열재와 구조체를 결합함에 있어서 접착제에 의존하는 점, 그리고 단열재와 마감재의 결합에만 전용스크류를 사용하는 점에서, 다양한 마감재를 사용할 수 없다는 문제점이 있다. 즉 전용 파스너의 나사산 형상이 밀도가 낮은 단열재나 석고보드와 같이 밀도가 낮은 마감재에 적용할 수 있는 형상이므로, 목재나 석재, 금속과 같은 마감재에 응용하기에는 다소 한계점이 있다.

또한, 마감재가 외부충격이나 압력에 의해 유동이 생길 경우 스크류 외측에 별다른 지지부위가 없어 마감재가 이탈할 수 있는 문제점이 있다.

도 3은 종래의 경량철골구조를 나타내는 도면이다.

경량철골구조는 구조적인 안전성 외에도 철근콘크리트 및 목구조 대비 상대적으로 저렴한 시공비용으로 전원주택 구조로 그 선호도가 점점 높아지고 있는 추세이다. 하지만, 주택에 적용함에 있어 화재안전성이 취약하고 특히, 철의 특성상 열전도율이 높아 열교에 대한 대응이 쉽지 않은 것이 가장 큰 단점이다.

즉, 도 3을 참조하면, 외기에 노출된 금속의 피스(나사못)가 단열재를 관통하여 구조체(경량철골)에 체결되는 구조로 인해 영구적인 점형열교가 발생된다. 또한 상부 샌드위치 판넬과 하부 샌드위치 판넬사이가 뜨는 구조로 선형열교가 발생되어 결로에 의한 하자가 끊임없이 발생되고 있는 상황이다. 이는 단열재가 두꺼워질수록 결로발생은 높아지며, 마감의 어려움도 높아진다.

한편, 현재, 지어지는 주택에 있어서, 기후변화로 인한 탄소배출을 최소화할 수 있는 패시브하우스에 대한 수요가 높아지고 있다. 패시브하우스는 최소한의 에너지를 사용하는 주택으로 고단열과 열교차단, 기밀, 고성능창호, 열회수 환기장치의 5대요소가 충족되어야 한다.

건식구조인 경량철골주택은 패시브하우스의 5대요소를 충족하기에는 열교에 대한 문제점이 해결이 되어야 하지만 현재의 외벽 레이어 구성과 시공방법으로는 해결하기 어려운 한계점이 있다.

또한, 현재의 경량철골주택 벽체구성과 단열은 샌드위치패널로 구성되는 것이 일반적이며, 심재인 단열재는 대부분이 밀도가 낮은 EPS를 사용하고 있다. 이러한 구성의 취약점은 건식 마감시, 모든 부착물이 외측의 얇은 철판(0.5T)에 의존할 수 밖에 없는 구조이다. 이로 인해 철판의 본드부착력의 건전성에 따라 안전성이 취약한 구조이다.

또한, 개개인의 취향과 욕구가 증대되는 상황에서 주택의 마감재 또한 습식과 건식 등 다양하게 출시되는 상황이지만 샌드위치 판넬구조의 마감재 선택은 제약이 많은 것이 현실이다. 이러한 이유는 샌드위치 판넬의 용도가 공장이나 창고에 사용되는 용도로 개발되었기 때문이며, 그러하다 보니 외부의 마감은 별도로 하지 않는 전제에서 시공되는 것이 일반적인 상황이다.

하지만, 샌드위치 판넬주택은 저렴한 시공비를 내세워 급속히 전원주택의 한축으로 시장을 형성하고 있는 것이 현실이다. 따라서, 패시브하우스 수준의 높은 단열과 기밀, 열교를 차단한 건강한 주택을 보급하는데 보다 안전하고 건전한 구조의 새로운 방법이 요구된다.

그러나 종래의 건식구조의 외단열 시공은 단열재 및 마감재 부착시, 화스너 등을 이용해 나사못을 체결하는 방식으로 시공되며, 이러한 조건에서는 나사못이 판넬에 지속적으로 부착될 수 있는 나사못 유지력이 중요한 변수로 작용한다. 외벽체는 다양한 변수(누수로 인한 건전성(물리적인 성질 변화) 저하, 태풍과 지진 등 외력에 의한 힘 작용 등)에 따라 나사못의 지지력이 약해질 수 있는 상황이 발생될 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 본 발명은 건식구조인 경량철골구조의 원천적 문제점인 열교를 해소하고, 구조적 안정성이 향상되고, 화재에도 안전한 단열시스템 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 건물의 경량철골구조의 외단열 시스템을 제공한다. 경량철골구조의 외단열 시스템은 경량철골구조를 형성하는 구조각관의 외측에 고정되는 방화판넬; 상기 방화판넬의 외측에 배치되는 단열블록; 외측으로부터 상기 방화판넬에 대면하도록 배치되어 상기 단열블록을 지지하며, 상기 구조각관보다 작은 열전도율을 가지는 재질로 이루어진 열교차단용 커넥터; 및 상기 열교차단용 커넥터에 형성된 내측홀을 통해 상기 방화판넬을 관통하며 상기 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬에 고정시키는 제1 체결나사;를 포함한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 경량철골구조의 외단열 시스템은 상기 방화판넬을 관통한 상기 제1 체결나사의 단부가 삽입됨에 따라 상기 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정되는 구조보강용 피스캡;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교차단용 커넥터는 고강도 플라스틱으로 이루어짐으로써, 상기 제1 체결나사로 인한 열교를 차단할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 경량철골구조의 외단열 시스템은 상기 방화판넬을 관통하여 상기 구조각관에 상기 방화판넬을 고정시키며, 헤드부가 상기 단열블록에 의해 차폐됨으로써, 열교가 차단되는 제2 체결나사;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 경량철골구조의 외단열 시스템은 상기 방화판넬과 상기 단열블록 사이에 개재되어 기밀 및 방습 기능을 하는 기밀테이프;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 경량철골구조의 외단열 시스템은 단열, 기밀, 방화 및 구조 기능이 상기 단열블록, 상기 기밀테이프, 상기 방화판넬 및 상기 구조각관에 의해 각기 분리 담당되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방화판넬은 글라스울 판넬, 시멘트 보드 및 합판 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 열교차단용 커넥터는 서로 마주보는 커넥터 내측판 및 커넥터 외측판과, 이들을 연결하는 커넥터 바를 포함하며, 상기 단열블록은 하단의 적어도 일부가 상기 커넥터 내측판과 커넥터 외측판 사이에 삽입되는 제1 단열블록과, 상단의 적어도 일부가 상기 커넥터 내측판과 커넥터 외측판 사이에 삽입되는 제2 단열블록을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 체결나사는 상기 커넥터 외측판에 형성된 스크류 관통홀을 통과하며, 상기 커넥터 내측판에 형성된 상기 내측홀을 통해 상기 방화판넬에 결합되며, 상기 제1 체결나사의 헤드가 상기 내측홀이 형성된 상기 커넥터 내측판의 와셔 고정홈을 가압함에 따라 상기 피스캡이 상기 구조각관의 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는 건물의 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법을 제공한다. 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법에서, 경량철골구조의 구조각관의 외측에 방화판넬을 고정하는 방화판넬 시공단계를 수행한다. 이후, 상기 구조각관보다 작은 열전도율을 가지는 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬의 외면에 대면시키고 제1 체결나사를 상기 열교차단용 커넥터를 관통시켜 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 박아넣어 상기 방화판넬의 외면에 상기 열교차단용 커넥터에 의해 지지되는 복수의 단열블록으로 이루어진 외단열벽을 형성한다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열블록 시공전에, 상기 방화판넬의 외면에 기밀테이프를 부착하는 공정이 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열블록 시공단계에서, 상기 커넥터 내측판에 형성된 내측홀을 통해 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 상기 제1 체결나사를 박아 고정시키되, 상기 내측홀에 대응하여 상기 구조각관의 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 피스캡을 위치시키고, 상기 제1 체결나사가 삽입됨에 따라 상기 피스캡이 상기 철판 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열블록 시공단계는, 복수의 단열블록을 상기 방화판넬의 외면에 부착하는 단계; 및 형상끼워맞춤된 단열블록들 사이에 개재된 상기 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬을 관통한 상기 제1 체결나사에 의해 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 고정하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 단열블록 시공단계는, 상기 제1 체결나사를 사용하여 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 상기 열교차단용 커넥터를 고정하는 단계; 및 설계된 각 위치에 고정된 상기 열교차단용 커넥터에 상기 단열블록의 단부의 적어도 일부가 끼워맞춤되도록 복수의 상기 단열블록을 상기 방화판넬의 외면에 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방화판넬 시공단계에서, 제2 체결나사를 상기 방화판넬을 관통시켜 상기 구조각관에 직결시키며, 상기 단열블록에 의해 상기 제2 체결나사가 커버되어 열교가 차단될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 건식구조 외단열 시공에서 기존 경량철골주택(샌드위치 판넬 조립식 주택)의 취약점인 열교와 외부 마감의 취약성을 개선할 수 있다.

또한, 단열과 구조를 분리하여 열교를 원천적으로 차단할 수 있다.

또한, 마감재 부착시 외측의 얇은 철판과 철판을 지지하는 본드에 의존하지 않는 구성으로 건식구조체 마감의 안전성도 확보할 수 있다.

또한, 체결나사로 열교차단 커넥터와 방화판넬을 관통하여 체결하되 구조보강 피스캡을 사용함으로써 나사못 유지력이 증대되어 철판에만 의존하는 마감이 아닌 구조안전성이 향상된 외단열 구조를 제공할 수 있다.

본 발명은 건식구조 중 경량철골구조를 예시로 하였으나, 목구조 등 모든 건식구조에 응용하여 적용될 수 있다

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래 기술의 외단열 패널 유닛 및 이를 이용한 외단열 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술의 콘크리트 벽체의 단열시공방법의 벽체고정을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 경량철골구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 경량철골구조의 외단열 시스템의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 경량철골구조의 외단열 시스템에서 하중 지지력 강화구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 재료별 열전도율을 나타내는 표이다.
도 8은 본 발명의 경량철골구조의 외단열 시스템에서 방화판넬의 예들을 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템이 측벽에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템이 지붕에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법을 나타내는 순서도이다.
도 15 내지 도 19은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템을 나타내는 도면이다. 도 5는 도 4의 경량철골구조의 외단열 시스템의 결합구조를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 경량철골구조 외단열 시스템은 건물의 경량철골구조의 외단열에 적용될 수 있으며, 목조 구조에도 적용될 수 있다. 경량철골구조 외단열 시스템은 열교를 근본적으로 차단하는 구조를 가지며, 화재방지에 매우 효과적이며, 건식공법에 유리하며, 구조적으로 안정한 구조를 가진다.

경량철골구조 외단열 시스템은 방화판넬(200), 단열블록(300), 열교차단용 커넥터(400) 및 제1 체결나사(500)를 포함한다.

방화판넬(200)은 경량철골구조를 형성하는 구조각관(100)의 외측에, 예들 들어, 구조각관(100)의 철판의 외면에 고정될 수 있다. 여기서, 구조각관(100)은 설계에 따라 구조 계산된 KS규격의 철골, 예들 들어 H빔, 각관, C형강 등일 수 있다.

단열블록(300)은 방화판넬(200)의 외측에 배치될 수 있다. 단열블록(300)은 후술될 커넥터(400)와 결합되는 판상형 단열재일 수 있다. 단열블록(300)의 크기는 특정한 크기에 국한되지 않으나, 건축법 시행규칙의 에너지절약설계기준에 맞는 두께로 성형되는 것이 바람직하다. 단열블록(300)의 형상은, 커넥터(400)와의 형상결합, 기밀과 열교 차단을 위해, 한 단열블록과 이웃하는 단열블록의 이음부분이 서로 끼워질 수 있는 요철 구조를 가질 수 있다.

단열블록(300)의 소재는 국가공인 시험성적서에 의해 단열성이 입증된 경량소재를 사용하는 것이 바람직하며, EPS, 네오폴, XPS, 골드폼, 폴리우레탄보드 등이 대표적인 소재이다. 패널형태는, 공장에서 성형되어 생산되는 일체형의 형태와, 현장에서 직접 가공이 가능한 적층형태(예 : EPS와 EPS, EPS와 XPS의 접합)로 이루어지며, 적층형태의 경우 내후성과 내습성, 내충격성 그리고 방수성이 우수한 폴리우레탄계 또는 비닐수지계의 일액형 또는 이액형의 접착력이 강한 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.

열교차단용 커넥터(400)는 외측으로부터 방화판넬(200)에 대면하도록 배치되어 단열블록(300)을 지지할 수 있다. 열교차단용 커넥터(400)는 구조각관(100)보다 작은 열전도율을 가지는 재질로 이루어져 구조적 결합부품으로 기능하면서 외부로의 열교를 근본적으로 차단할 수 있다.

제1 체결나사(500)는 열교차단용 커넥터(400)의 와셔 고정홈에 형성된 내측홀(411)을 통해 방화판넬(200)을 관통하며, 열교차단용 커넥터(400)를 방화판넬(200)에 고정시키거나, 방화판넬(200) 및 구조각관(100)에 고정시킬 수 있다.

경량철골구조 외단열 시스템은 구조보강용 피스캡(600)을 더 포함할 수 있다. 피스캡(600)은 구조각관(100)의 철판의 내면 또는 방화판넬(200)의 내면에 구비될 수 있다. 방화판넬(200)을 관통한 제1 체결나사(500)의 단부가 피스캡(600)에 삽입됨에 따라 피스캡(600)은 철판의 내면 또는 방화판넬(200)의 내면에 가압고정될 수 있다. 이에 따라 제1 체결나사(500)의 지지력이 강화되고 구조적 안정성이 향상된다.

경량철골구조 외단열 시스템은 제2 체결나사(700)를 더 포함할 수 있다. 제2 체결나사는 방화판넬(200)을 관통하여 구조각관(100)에 결합되어 방화판넬(200)을 고정시킬 수 있다. 제2 체결나사(700)의 헤드부가 단열블록(300)에 의해 차폐됨으로써, 제2 체결나사(700)로 인한 열교가 차단된다.

이와 같이, 경량철골구조 외단열 시스템은 방화판넬(200)과 외단열을 위한 단열블록(300)으로 단열과 방화가 구분되는 구조를 가진다. 또한, 단열블록(300)과 방화판넬(200)은 건식으로 구조각관(100)에 결합될 수 있다.

경량철골구조 외단열 시스템은 단열블록(300)의 외측에 건식으로 결합되는 마감재(900)를 더 포함할 수 있다. 나사(910)에 의한 건식결합이 가능하므로 마감재 선택 폭이 넓다. 나사(910)는 내부와 연결되지 않으므로 열교를 형성하지 않는다.

커넥터(400)는 서로 마주보는 커넥터 내측판(410) 및 커넥터 외측판(420)과, 이들을 연결하는 커넥터 바(430)를 포함할 수 있다.

커넥터 내측판(410) 내면에는 커넥터(400)를 방화판넬 또는 구조각관에 고정할 때 사용할 스크류(제1 체결나사)의 나사부분이 관통하는 와셔 고정홈이 형성되어 있고, 와셔 고정홈에는 나사가 관통하는 내측홀(411)이 형성되어 있다. 커넥터 외측판(420)에는 내측판(410)의 와셔 내측홀(411)과 대응하는 위치에 나사를 박아 넣을 때 사용될 드라이버가 관통할 수 있는 스크류 관통홀이 형성되어 있다. 커넥터 바(430) 부위 중 상기 와셔 고정홈과 스크류 관통홀 사이의 부분은 스크류 관통홀을 통과한 드라이버가 와셔 고정홈에 다다를 수 있도록 절개되어 있다.

단열블록(300)은 하단의 적어도 일부가 커넥터 내측판(410)과 커넥터 외측판(420) 사이에 삽입되는 상부 단열블록과, 상단의 적어도 일부가 커넥터 내측판(410)과 커넥터 외측판(420) 사이에 삽입되는 하부 단열블록을 포함할 수 있다. 물론 여기서 상하의 의미는 구별을 위한 것이며, 제1 단열블록 및 제2 단열블록으로 이해해도 무방하다.

제1 체결나사(500)는 커넥터 외측판(420)에 형성된 스크류 관통홀을 통과하며, 커넥터 내측판(410)에 형성된 내측홀(411)을 통해 방화판넬(200)에 결합되며, 제1 체결나사(500)의 헤드가 내측홀(411)의 주변부(와셔 고정홈)를 가압함에 따라 피스캡(600)이 구조각관(100)의 철판의 내면 또는 방화판넬의 내면에 가압고정될 수 있다.

복수의 단열블록(300)이 서로 형상맞춤으로 연결되어 외벽을 이루며, 상부 단열블록과 하부 단열블록의 사이에 커넥터(400)가 개재되며, 단열블록(300)에는 커넥터 내측판(410) 또는 커넥터 외측판(420)이 삽입되는 홈(310)이 형성될 수 있다.

열교차단용 커넥터(400)는 커넥터 내측판(410)과 커넥터 외측판(420) 사이에 구비되는 중간판(440)을 더 포함할 수 있다. 단열블록(300)에 홈(310)이 복수개 형성되고, 복수의 홈들 사이 부분이 커넥터 내측판(410)과 중간판(440) 사이 또는 중간판(440)과 커넥터 외측판(420) 사이에 삽입될 수 있다.

이러한 결합방식으로 인해 단열블록(300)들 사이에 틈이 형성되는 것이 현저히 방지되며, 따라서 선형열교 발생이 억제되고 결로 형성 등의 문제가 방지될 수 있다.

또한, 도 4에 제시된 실시예와 같이, 기밀테이프(800)를 추가하여 기밀 및 방습 기능을 더욱 향상시킬 수 있다. 기밀테이프(800)는 방화판넬(200)과 단열블록(300) 사이에 개재될 수 있으며, 방화판넬(200)의 외면에 시공될 수 있어서 시공이 편리하다.

본 발명의 경량철골구조의 외단열 시스템에 의하면 단열블록(300)과 방화판넬(200)이 별도로 구비됨으로써, 방화와 단열을 더욱 효율적으로 달성할 수 있다. 또한, 단열은 단열블록(300)이 외단열로 형성되며, 단열블록(300)의 부착은 건식으로 피스(나사못)으로 체결될 수 있다. 단열블록(300)에 삽입된 열전도율이 낮은 플라스틱 재질의 열교차단용 커넥터(400)가 열교를 차단하는 기능을 한다.

또한, 단열재(단열블록(300)) 내측에 위치한 방화판넬(200)(예: 글라스울 판넬)은 파티션의 목적과 방화와 방수(방습)기능을 담당할 수 있다. 이와 같이 별도의 단열블록(300)이 구비되므로, 방화판넬(200)의 두께는 단열의 목적이 아니므로 화재에 대응할 수 있는 재질과 두께면 충분하다.

피스캡(600)은 방화판넬(200) 내측에 위치하며, 열교차단용 커넥터(400)를 지지하기 위한 피스 (제1 체결나사(500))가 방화판넬(200)을 관통하여 구조각관(100)의 철판에 체결될 수 있다. 피스캡(600)은 구조보강 및 기밀성능을 높인다. 피스캡(600)은 얇은 철판(0.3T~0.5T)에 체결된 피스가 물리적인 외력에 의해 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

도 6은 도 4의 경량철골구조의 외단열 시스템에서 하중 지지력 강화구조를 설명하기 위한 도면이다.

전술된 구조보강용 피스캡(600)은 몸체(610) 및 지지판(620)을 포함할 수 있다. 몸체(610)에는 암나사홀이 형성될 수 있다. 제1 체결나사(500)의 단부가 몸체(610)의 암나사홀에 나사체결될 수 있다. 지지판(620)은 몸체(610)의 선단의 둘레에 형성되어 있다. 제1 체결나사(500)가 몸체(610)에 체결됨에 따라 지지판(620)은 철판의 내면 또는 방화판넬의 내면에 가압되며 고정될 수 있다. 이에 따라 제1 체결나사(500)의 지지력을 보강할 수 있다. 즉, 제1 체결나사(500)가 열교차단용 커넥터(400)를 통해 단열블록(300) 및 방화판넬(200)을 지지하는 지지력이 강화되고 내구력이 향상되며 구조적으로 안정성이 향상된다.

피스캡(600)의 몸체(610)와 지지판(620)의 크기는 다양한 크기로 제작할 수 있다. 지지판(620)의 크기가 커질수록 지지하는 단면적이 늘어나서 보다 안정적으로 단열블록(300) 및 방화판넬(200)을 지지할 수 있다. 피스캡(600)의 소재는 용도와 물리적인 지지하중의 특성에 맞게 합성수지 및 금속 등으로 성형할 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 피스캡(600) 상부 단면이 피스캡(600)을 쉽게 체결하기 위한 구조로서 육각형의 형상을 띄고 있으며, 체결용 비트소켓에 삽입되는 규격으로 성형될 수 있다.

도 7은 재료별 열전도율을 나타내는 표이다.

열교차단용 커넥터(400)는 고강도 플라스틱으로 이루어짐으로써, 도 7에 제시된 바와 같이 매우 작은 열전도율을 가진다. 열교차단용 커넥터(400)는 구조적으로 단열블록(300)을 지지하며, 제1 체결나사(500)에 의해 방화판넬(200)을 구조각관(100)에 고정시키는 데에도 작용할 수 있다. 제1 체결나사(500)의 헤드는 열교차단용 커넥터(400)의 내측홀 주변부에 접촉하며, 따라서 외부로 노출되지 않아서 구조적으로 열교가 차단되는 효과가 있다. 또한, 전술한 바와 같이 열교차단용 커넥터(400)는 고강도 플라스틱으로 형성되어 제1 체결나사(500)로부터의 커넥터(400)를 통한 열전달이 현저히 감소되어 열교를 차단할 수 있다.

도 8은 본 발명의 경량철골구조의 외단열 시스템에서 방화판넬(200)의 예들을 나타내는 도면이다.

방화판넬(200)은 구조각관(100)에 건식으로 결합될 수 있다. 또한, 단열블록(300)은 방화판넬(200)에 또는 방화판넬(200) 및 구조각관(100)에 건식으로 결합될 수 있다. 방화판넬(200)은 글라스울 판넬, 시멘트 보드 및 합판 중 적어도 하나일 수 있다. 합판을 사용하는 경우, 기밀테이프(800) 및 그 외측에 투습방수지를 필수적으로 사용하는 것이 권장된다.

도 4 내지 도 8에 제시된 경량철골구조의 외단열 시스템에 의하면, 단열(외단열)과 기밀(방습층) 구조 및 방화구조를 분리하여, 패시브하우스에서 요구하는 성능을 만족시켜 줄 수 있다. 특히, 기밀층이 방화판넬(200) 외측에 위치하여, 시공의 편의를 제공하고 방화판넬(200)의 종류(예: 글라스울, 암면, 시멘트보드 판넬 등)에 따라 내화성능을 확보할 수 있다.

방화판넬(200)의 용도는 단열 목적이 아니라, 단순한 벽체(파티션)로 분리되는 것이 바람직하며, 단열은 방화판넬(200) 외측에서 단열블록(300)에 의해 외단열로 구성되는 것이 바람직하다.

구조체인 철골구조는 구조각관(100)과 구조각관(100)사이에 별도의 단열재 충진없이 설비층(전선배관 등)으로 활용하여, 실내공간을 최대한 넓게 확보할 수 있다.

내,외부 마감 또한 열교 없는 구성으로서 금속의 나사못 사용이 가능하며, 건식 및 습식 등 마감에 제약이 없는 장점을 가진다(도 8 참조).

이와 같이, 본 발명의 경량철골구조의 외단열 시스템에 의하면, 단열, 기밀, 방화 및 구조 기능이 단열블록, 기밀테이프, 방화판넬 및 구조각관에 의해 각기 분리 담당되는 특징을 가진다. 따라서, 각 부분이 개별적으로 최적화 설계에 매우 유리하며, 소재나 형상설계 및 시공에서 높은 자유도와 효율 및 각 기능의 높은 성능을 달성할 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템이 측벽에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 9에 제시된 예와 같이, 경량철골구조의 외단열 시스템은 창호 주변에 설치되어 창호로부터의 열이 열교에 의해 손실되는 것이 방지된다. 도 10에는 경량철골구조의 외단열 시스템이 적용된 벽체의 단면구조의 일 예가 제시되어 있다.

창호부분은 열손실이 많은 부분이지만, 본 발명에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템에 의하면, 열교차단용 커넥터(400)로 인해 내외부로 열교의 형성이 원천적으로 차단된다. 또한, 체결나사들(500,700,910)도 점형열교를 형성하지 않는다. 따라서, 단열성이 매우 향상된다.

도 11 내지 도 13은 본 발명의 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템이 지붕에 적용된 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 11 내지 도 13를 참조하면, 경량철골구조의 외단열 시스템은 측벽뿐만 아니라 지붕에도 적용될 수 있으며, 도 11와 같이 평탄한 지붕이나 도 12 및 도 13에 제시된 경사형 지붕에도 적용될 수 있다.

지붕의 열화방지를 위해 통기층 각상이 배치될 수 있다. 이 경우, 통기층 각상이 단열블록 외면에 배치되고, 나사못에 의해 열교차단용 커넥터(400)에 체결될 수 있다. 따라서 열교차단용 커넥터(400)로 인해 나사못으로의 열교형성이 방지된다. 또한, 열교차단용 커넥터(400)는 이러한 통기층 각상의 고정을 위한 지지체로도 작용하여 구조적 안정성을 견고성을 향상시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법을 나타내는 순서도이다. 도 15 내지 도 19은 본 발명의 일 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법을 설명하기 위한 도면들이다.

본 실시예에 따른 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법은 열교없는 패시브하우스 수준의 경량철골 구조 외단열 시스템의 시공에 적용될 수 있다.

경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법에서, 먼저 기초시공이 수행되고, 철골시공이 수행된다. 이후, 방화판넬 시공이 이루어지고, 그 후 단열블록 시공이 수행된다. 이후 지붕 및 마감시공이 이루어질 수 있다. 이하, 도 15 내지 도 19을 참조하여, 보다 구체적으로 설명한다. 여기서, 방화판넬, 기밀테이프 및 단열블록의 시공은 도 4 내지 도 13에서 설명된 경량철골구조의 외단열 시스템이 적용될 수 있다.

도 15을 참조하면, 기초하부, 모세관 현상을 최소화할 수 있는 잡석 시공을 한다. 이후, 기초, 바닥 단열재의 평탄도 확보와 시공이 용이한 소재(예: 무근 콘크리트, 모래, 잔 골재 등) 시공한다. 이후, 기초 하부로 빠져나가는 열을 차단하기 위한 용도로 패시브하우스 기준 두께 이상의 압출법보온판(XPS) 시공을 수행한다. 다음으로, 기초바닥 단열재(XPS), 외측을 경계로 거푸집을 세워 콘크리트를 타설한다.

계속해서 도 16을 참조하면, 설계에 따라, 구조 계산된 KS규격의 철골(H빔, 각관, C형강 등)을 사용하여 구조물을 시공한다.

이후, 철골구조, 개구부(문/창문) 틀을 열전도율이 낮은 구조목(목재)으로 시공한다.

다음으로, 외벽면에 판넬(방화판넬(200))을 시공한다. 판넬소재는 외벽 소재에 적합한 휨과 충격 등에 대응할 수 있는 일정한 두께 이상의 평활도가 높은 소재로 글라스울, 암면 판넬, 시멘트보드, 합판 등이 사용될 수 있다. 방화판넬(200)에 대해서는 도 4 내지 도 8에서 설명한 바와 같다. 예를 들어, 제2 체결나사(700)를 사용하여 경량철골구조의 구조각관(100)의 외측에 방화판넬(200)을 고정할 수 있다. 외벽 판넬 시공 후, 기초와 접하는 판넬, 외벽 판넬과, 지붕 판넬 등의 판넬면 및 판넬간 접합 이음부를 기밀테이프(800)를 이용해 기밀시공한다. 기밀테이프(800)에 대해서는 도 8에서 상술한 바와 같다.

다음으로, 도 17을 참조하면, 에너지 성능이 높은 등급의 창호(기밀성능이 높은 시스템 창호 권장)를 사용하고, 구조체와 창틀 사이는 연질의 우레탄 폼을 규정된 시방에 따라 시공한다.

창호 시공 후, 남측에 추가로 EVB(외부 블라인드)를 설치하고, 개구부(문/창호) 주위 외측은 투습/방수 성능의 기밀테이프(800)를 내측은 방습/기밀 성능의 기밀테이프(800)를 시공한다.

계속해서, 기초 측면의 이물질을 제거하고 프라이머 칠 작업 후, 압출법보온판(XPS)을 시공한다.

다음으로, 외벽 및 지붕의 평활도를 확인하고, 단열재(단열블록(300))를 시공한다. 단열재 부착 시, 탈락에 대응할 수 있는 조치 및 열교 차단용 제품을 사용하여 시공한다. 단열블록(300)은 도 4 내지 도 8에서 설명한 바와 같다. 열교 차단용 제품은 도 4 내지 도 8에서 설명된 열교차단용 커넥터(400), 단열과 방화의 구분구조, 제1 체결나사(500), 제2 체결나사(700) 등의 부품을 사용한 열교차단구조를 사용할 수 있다.

일예로, 복수의 단열블록(300)을 방화판넬(200)의 외면에 부착하고, 형상끼워 맞춤된 단열블록(300)들 사이에 개재된 열교차단용 커넥터(400)의 스크류관통홀을 통해 제1 체결나사(500)를 통과시키고 내측홀(411)을 통해 방화판넬(200) 또는 구조각관(100)에 제1 체결나사(500)를 박아 고정할 수 있다. 이때, 방화판넬(200)의 내면에 피스캡(600)을 위치시키고 제1 체결나사(500)가 삽입됨에 따라 피스캡(600)이 방화판넬(200)에 가압고정되도록 할 수 있다. 이에 따라 방화판넬의 외면에 열교차단용 커넥터에 의해 지지되는 복수의 단열블록으로 이루어진 외단열벽이 형성될 수 있다.

다른 예로, 제1 체결나사(500)를 사용하여 방화판넬(200) 또는 방화판넬(200) 및 구조각관(100)에 열교차단용 커넥터(400)를 고정한 후, 설계된 각 위치에 고정된 열교차단용 커넥터(400)에 단열블록(300)의 단부의 적어도 일부가 끼워맞춤되도록 복수의 단열블록(300)을 방화판넬(200)의 외면에 부착할 수 있다.

다음으로, 도 18를 참조하면, 개구부(문/창호) 주위에 화재확산 방지를 위한 무기질 단열재(암면 등)를 추가로 보강 시공한다.

이후, 지붕의 열화를 방지하기 위한 조치로 통기층 각재를 시공한다.

다음으로, 지붕 마감을 위한 판넬(합판 등)을 시공한다.

그 후, 지붕 방수를 위한 방수시트지를 시공한다.

도 18에서 설명된 지붕에 관련한 시공에 대해서는 도 11 내지 도 13의 경량철골구조의 외단열 시스템 구조를 사용할 수 있다.

계속해서, 도 19을 참조하면, 지붕 마감재(징크, 아스팔트 슁글, 기와 등)를 시공한다.

마지막으로, 벽체 마감재(건식, 습식 등)를 시공한다.

이러한 공정을 통해, 열교 없는 경량철골구조 외단열 시스템을 시공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 구조각관
200: 방화판넬
300 : 단열블록
400 : 열교차단용 커넥터
410 : 커넥터 내측판
420 : 커넥터 외측판
430 : 커넥터 바
440 : 중간판
500 : 제1 체결나사
600 : 피스캡
610 : 몸체
620 : 지지판
700 : 제2 체결나사
800 : 기밀테이프
900 : 마감재

Claims (15)

1. 건물의 경량철골구조의 외단열 시스템에 있어서,
   경량철골구조를 형성하는 구조각관의 외측에 고정되는 방화판넬;
   상기 방화판넬의 외측에 배치되는 단열블록;
   외측으로부터 상기 방화판넬에 대면하도록 배치되어 상기 단열블록을 지지하며, 상기 구조각관보다 작은 열전도율을 가지는 재질로 이루어진 열교차단용 커넥터; 및
   상기 열교차단용 커넥터에 형성된 내측홀을 통해 상기 방화판넬을 관통하며 상기 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬에 고정시키는 제1 체결나사;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방화판넬을 관통한 상기 제1 체결나사의 단부가 삽입됨에 따라 상기 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정되는 구조보강용 피스캡;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 열교차단용 커넥터는 고강도 플라스틱으로 이루어짐으로써, 상기 제1 체결나사로 인한 열교를 차단하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 방화판넬을 관통하여 상기 구조각관에 상기 방화판넬을 고정시키며, 헤드부가 상기 단열블록에 의해 차폐됨으로써, 열교가 차단되는 제2 체결나사;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 방화판넬과 상기 단열블록 사이에 개재되어 기밀 및 방습 기능을 하는 기밀테이프;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
6. 제5항에 있어서,
   단열, 기밀, 방화 및 구조 기능이 상기 단열블록, 상기 기밀테이프, 상기 방화판넬 및 상기 구조각관에 의해 각기 분리 담당되는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 방화판넬은 글라스울 판넬, 시멘트 보드 및 합판 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
8. 제2항에 있어서,
   상기 커넥터는 서로 마주보는 커넥터 내측판 및 커넥터 외측판과, 이들을 연결하는 커넥터 바를 포함하며,
   상기 단열블록은 하단의 적어도 일부가 상기 커넥터 내측판과 커넥터 외측판 사이에 삽입되는 제1 단열블록과, 상단의 적어도 일부가 상기 커넥터 내측판과 커넥터 외측판 사이에 삽입되는 제2 단열블록을 포함하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 체결나사는 상기 커넥터 외측판에 형성된 스크류 관통홀을 통과하며, 상기 커넥터 내측판에 형성된 상기 내측홀을 통해 상기 방화판넬에 결합되며, 상기 제1 체결나사의 헤드가 상기 내측홀이 형성된 상기 커넥터 내측판의 와셔 고정홈을 가압함에 따라 상기 피스캡이 상기 구조각관의 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정되는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템.
   
10. 건물의 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법에 있어서,
    경량철골구조의 구조각관의 외측에 방화판넬을 고정하는 방화판넬 시공단계; 및
    상기 구조각관보다 작은 열전도율을 가지는 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬의 외면에 대면시키고 제1 체결나사를 상기 열교차단용 커넥터를 관통시켜 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 박아넣어 상기 방화판넬의 외면에 상기 열교차단용 커넥터에 의해 지지되는 복수의 단열블록으로 이루어진 외단열벽을 형성하는 단열블록 시공단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 단열블록 시공단계 전에, 상기 방화판넬의 외면에 기밀테이프를 부착하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 단열블록 시공단계에서, 상기 커넥터 내측판에 형성된 내측홀을 통해 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 상기 제1 체결나사를 박아 고정시키되, 상기 내측홀에 대응하여 상기 구조각관의 철판의 내면 또는 상기 방화판넬의 내면에 피스캡을 위치시키고, 상기 제1 체결나사가 삽입됨에 따라 상기 피스캡이 상기 철판 또는 상기 방화판넬의 내면에 가압고정되는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.
    
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 단열블록 시공단계는,
    상기 복수의 단열블록을 상기 방화판넬의 외면에 부착하는 단계; 및
    형상끼워맞춤된 단열블록들 사이에 개재된 상기 열교차단용 커넥터를 상기 방화판넬을 관통한 상기 제1 체결나사에 의해 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 고정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.
    
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 단열블록 시공단계는,
    상기 제1 체결나사를 사용하여 상기 방화판넬 또는 상기 구조각관에 상기 열교차단용 커넥터를 고정하는 단계; 및
    설계된 각 위치에 고정된 상기 열교차단용 커넥터에 상기 단열블록의 단부의 적어도 일부가 끼워맞춤되도록 복수의 상기 단열블록을 상기 방화판넬의 외면에 부착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.
    
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 방화판넬 시공단계에서, 제2 체결나사를 상기 방화판넬을 관통시켜 상기 구조각관에 직결시키며,
    상기 단열블록에 의해 상기 제2 체결나사가 커버되어 열교가 차단되는 것을 특징으로 하는, 경량철골구조의 외단열 시스템의 시공방법.

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