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금속 지붕(징크 강판) 설치 매뉴얼(23): 열 이동(thermal movement)

Home > 기술자료 > 금속 지붕(징크 강판) 설치 매뉴얼(23): 열 이동(thermal movement)

금속 지붕(징크 강판) 설치 매뉴얼(23): 열 이동(thermal movement)

Posted on 2018년 11월 19일 by khbkgs1004
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출처: https://www.atas.com/ATAS/media/ATAS/pdf/MCARoofingInstallationManual_Final_FullLinking.pdf

​

 7) 열 이동(thermal movement)

 

     금속 지붕이 얼마나 잘 설계되고, 설치되었거나 미적이든 상관없이, 열 이동과 관련하여 적절하게 설치되

     지 않으면, 성능 저하 및 손상이 빠르게 발생합니다. 중요한 과학적 사실은 잘 알려져 있습니다.

 

   ① 가열되면, 재료가 팽창합니다.

   ② 냉각되면, 재료가 수축합니다.

   ③ 서로 다른 재료가 서로 다른 비율로 팽창하고 수축합니다.

 

     이러한 과학적 사실을 파악하고, 금속 지붕 설치에 적용하면 금속 지붕을 설치할 때 작업자가 기억해야하

     는 몇 가지 중요한 사항이 있습니다.

 

   ① 강판이 길어질수록 팽창하고 수축됩니다.

   ② 동일한 시스템에서 사용되는 서로 다른 지붕 재료는 다르게 팽창하고 수축됩니다.

   ③ 모든 금속 지붕은 큰 온도 변화를 가집니다. 일반적으로 북부 기후는 남부 기후보다 더 높은 온도 변화를

       가집니다.

   ④ 강판은 열 이동이 가능하도록 한 곳에 “고정(pinned)”되어야합니다.

 

     완전하고 적절한 열 이동을 허용하는 금속 지붕 강판을 올바르게 설치하려면, 설치 중에 세 가지 요소를

     고려해야합니다. 예상되는 열 이동의 양, 고정 지점 및 장식 설치는 설치 중에 작업자가 수행해야하는 단계

     를 결정하는 요소입니다.

 

  (1) 강판이 가지는 열 이동량은 세 가지 요인에 따라 달라집니다.

 

   ① 재료(아래 표 참조)

   ② 강판의 길이(L)

   ③ 온도 변화(ΔT)

 

[재료의 열팽창(Ce)]

       강판 길이(ΔL)의 실제 변화량은 다음 공식을 사용하여 결정할 수 있습니다.

 

ΔL = L × ΔT × Ce (Δ의 의미는 변화)

 

       아래 그림은 이 공식과 다른 중요한 고려 사항을 보여줍니다. ΔT(delta “T”)라는 용어는 강판이 가지게 될

       온도(T)의 변화(Δ “delta”)를 의미합니다. 이것은 최고 온도에서 최저 온도를 뺀 값(Thigh-Tlow)입니다.

 

       이 온도는 주변 온도 또는 공기 온도가 아니라, 실제로 강판의 실제 표면 온도임을 유의해야합니다.

       ​실제 지붕 온도는 낮 동안 주변 온도보다 항상 더 높습니다. 최대 최고 온도(Thigh)는 강판의 색상과 태양

       흡수 특성에 따라 달라집니다. 밝은 색상과 높은 광택 마감은 어두운 색상과 낮은 광택 마감보다 차가울

       것입니다. 여름 태양에 직각으로 낮은 광택을 가진 어두운 색상의 강판은 93℃의 온도에 접근할 수 있습

       니다!

 

[일반 지붕 재료의 열 이동]

       최대 최저 온도(Tlow)은 특히 금속 지붕 강판에도 영향을 줍니다.

       ​춥고, 겨울 및 야간에서 표면 온도의 극단(Tlow)은 실제로 대기보다 –1~-4℃ 낮아질 수 있습니다.

       ​이것은 복사 에너지의 원리 때문입니다. 하늘을 향한 물체는 밤하늘 쪽으로 열에너지를 방출합니다.

       ​이 에너지 전달이 일어나면 재료는 열을 잃어서 온도가 내려갑니다. 이것은 자동차의 지면이나 지붕 또는

       앞 유리에 이슬 또는 서리가 형성되는 것은 동일한 효과입니다. 금속 지붕 위에 120℃에 가까운 ΔT 수치

       를 초래할 수 있는 것은 이러한 요소의 조합입니다. 추운 기후에서는 37℃의 ΔT를 경험할 수 있습니다!

 

       이 이동량은 지붕의 모든 영역이 동시에 같은 조건을 가지는 것은 아니기 때문에 복잡합니다. 일부 지역

       은 나무, 굴뚝 및 기타 구조물에 의해 음영 처리되는 반면 다른 지역은 퇴색, 오염 및 이물질로 덮일 수

       있습니다.

 

       작업자는 온도 변화에 따라 지붕이 움직이고 설치 중 오류가 발생하면 시스템의 완전성이 위태로워 질 수

       있음을 기억해야합니다. 이러한 오류는 하부 구조물과 정렬이 되지 않은 강판, 직선이 아닌 지붕 설치 또

       는 강판과 하부 구조물 사이에 과도한 단열일 수 있습니다. 열 이동은 클립을 올바르게 사용하고, 기판에

       강판을 올바르게 설치하고, 장식 및 부속품을 부착할 때, 이 열 이동을 허용함으로써 설치 과정에서 해결

       할 수 있습니다.

 

  (2) 고정점

 

       하나 또는 두 조각의 클립은 아래 그림과 같이 대부분 숨겨진 패스너 설치에 사용되며, 강판의 열 이동을

       허용합니다. 이러한 클립은 열 이동 및 직립 이음을 위해 잘 작동하지만, 각 강판에는 추가적인 지원과

       지붕 구조에 견고한 부착 지점이 필요합니다.

[열 이동을 위한 은폐된 클립]

       이 “고정점”은 중력에 견딜 수 있어야하며, 모든 지붕에서 발생할 수 있는 “항력 하중(drag loads)”이

       필요합니다. 중력은 “강판을 지붕에서 당겨” 뽑으려 하지만, 지붕 강판에는 눈, 얼음, 보행과 같은 항력

       하중은 강판을 “아래로 당기거나 미는” 경향이 있습니다. 아래 그림은 지붕 강판의 부적절한 고정 및

       고정의 결과를 보여줍니다.

[강판의 부적절한 고정 또는 핀 고정으로 인한 지붕 오류]

       항력 하중의 모든 무게는 강판이 고정된 고정점으로 전달됩니다.

       ​세 가지 중요한 요소와 추가 안전 요소가 강판을 고정하는데 필요한 패스너를 결정합니다.

 

   ① 지붕 경사(더 가파른 경사 = 더 많은 스트레스)

   ② 적설 하중(지반 눈이 아닌 설계 하중)

   ③ 지붕 길이, 용마루에서 처마(길다 = 더 많은 스트레스)

 

       강판을 고정하는데 사용되는 패스너는 종종 수천 kg의 무게를 견뎌야합니다. 강판 고정은 하나 또는 그

       이상의 “고정 클립”을 사용하거나 직접 강판에 고정하는 방법을 사용하여 작업할 수 있습니다. 일부 강판

       설계의 경우, 고정된 클립을 사용할 수 없으며, 일반적으로 장식이나 후레싱 재료로 덮여진 강판에 기존

       의 패스너가 사용됩니다.

 

       올바른 패스너를 사용하는 것이 설치 안전과 성공에 중요합니다. 또한 강판은 설계된 올바른 위치에 고정

       해야합니다. 강판의 고정은 강판의 가능한 세 위치 용마루, 처마 및 중간 지점 중 하나에서만 수행됩니다.

       ​아래 그림은 세 위치를 보여줍니다.

[강판 고정 위치]

​

       작업자는 이 세 가지 영역 간의 차이점과 설치가 다른 위치에서 고정해야하는 이유를 이해하는 것이 중요

       합니다. 가파른 경사 지붕인 경우 고정을 위한 위치는 용마루입니다. 이 위치에서, 노출된 패스너는 용마

       루 덮개 아래에 숨겨질 수 있으며, 축적된 열 이동은 처마 끝에 있습니다. 대부분 가파른 경사 지붕의 경

       우, 물 배수는 배수로 및 배수 시스템에 의해 운반됩니다.

 

       반대로 낮은 경사 지붕의 고정 지점은 처마에 있습니다.

       ​이것이 선호되는 주된 이유는 이러한 시스템은 종종 설계상 유체 역학적이며, 움직이는 조인트보다는

       고정된 조인트를 방수하는 것이 훨씬 쉽다는 것입니다. 이런 시스템은 “주름진(bellows)” 스타일 용마루

       후레싱이 유체 역학적 씰(seal)을 유지하면서 두 개의 대립하는 지붕 강판의 차동 운동을 수용할 수 있으

       며, 용마루에 열 이동을 축적할 수 있습니다.

 

       이것은 모든 것을 포함하는 것이 아니며, 두 경우 모두 예외가 있습니다.

       ​경우에 따라, 설계상 강판은 중간 지점이 아닌 세 번째 위치에 고정될 수 있습니다. 아래 그림은 중간

       지점에서의 고정이 열 이동을 하나가 아닌 양방향으로 전송함으로써 열 이동을 절반으로 나누는 이점을

       갖는 방법을 보여줍니다.

[중간 지점에서 고정하면 열 이동이 반으로 감소]

       주요 단점은 중간 지점 패스너가 관통식 유형이고, 누출의 가능성이 있으며, 설치 후 정상적으로 보입니다.

 

  (3) 장식 부착

 

       금속 강판 지붕시스템에 대한 고정점을 선택한 다음, 그러한 점이 단수인지 확인하는 것이 중요합니다.

       ​즉, 강판 길이에 따라 다른 지점에서 실수로 고정해서는 안됩니다. 이렇게 하면 실패가 발생할 가능성이

       높습니다. 작업자는 간격, 변화 또는 부속품이 지붕 시스템 내에 있을 때마다, 이 개념을 염두에 두어야

       합니다. 더 큰 구조물에서는 지붕 팽창 조인트가 건물 구송 요소의 응력과 이동의 영향을 최소화하는데

       사용됩니다. 이 응력의 영향은 분할, 좌굴 및 융기로 지붕 시스템에 손상을 줄 가능성이 있습니다.

 

       지붕 조립에서 팽창 조인트는 다른 위치에서 필요할 수 있지만, 건물 구조 팽창 조인트와 같은 위치에

       있어야합니다. 새로운 건축물의 경우, 건물 움직임, 팽창 조인트 배치 및 설계 세부 사항을 설명하는

       것은 설계자의 책임입니다. 아래에 그림은 몇 가지 팽창 조인트 사례가 있습니다. 올바르게 설치하는

       것은 설치자의 책임입니다.


[팽창 조인트의 예]

       이전 8장 일반적인 지붕 부속품에서 언급했듯이, 일부 구조 상세 또는 지붕 부속품 장착이 이 특성을

       유지하지 못하기 때문에 지붕 시스템의 열 이동 완전성이 위배되는 경우가 있습니다. 아래 그림은 부속품

       이 작업자 부주의로 강판을 기판에 고정시킨 사례와 이 우발적인 고정을 피하여 설치하는 사례를 보여줍

       니다.


[부속품 주위 고정]

​

       설계 및 시공시 고정점은 작업자가 주의 깊게 검사해야합니다. 예를 들어, 처마널이 부서진 부분은 부서진

       지점에서 강판을 고정시킵니다. 반대쪽 끝에서 다시 고정하면 이중 고정이 됩니다. 종종 강판의 우발적인

       이중 핀 고정은 다른 작업, 심지어 건축주 또는 유지 보수 담당자에 의해서도 발생할 수 있습니다.

       ​지붕 강판의 초기 설치 후에도 발생할 수 있습니다.

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Tags: #고정점, #금속지붕, #열이동, #지붕강판, #지붕하중, #징크강판, #팽창조인트, #항력하중, 열팽창, 패스너

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