커튼월 설계시 고려해야 할 요소 여섯가지

파사드는 건축가의 디자인 정체성이 강하게 드러나는 부분으로, 파사드 설계 시 형태적이고 미적인 부분들이 주로 고려되지만, 이번 포스트에서는 파사드 엔지니어의 입장에서 파사드를 설계한다고 했을 때 고려해야 하는 여섯 가지 기술적인 요소들을 다룬다. 건축 디자인의 즐거움이라고 한다면 미적인 컨셉 아래에서도 기술적인 솔루션을 발견할 수 있고, 반대로 기술적인 컨셉 아래에서도 미적인 솔루션을 발견할 수 있다는 것이다. 오늘 포스트에서 다룰 여섯 가지 기술적 요소들로부터는 어떤 비주얼적인 솔루션이 가능할지 생각해보는 것도 재미있는 작업이 될 것 같다.

 

본격적인 내용에 앞서, 기술된 여섯 가지 요소들은 아래 각주에 단 논문을 참고하였으며, 이에 개인적인 생각들의 살을 붙여 전체 글을 작성하였다.

 

1. 구조적 안정성 

구조적 안정성은 가장 중요하게 고려해야 할 요소이다. 파사드 부재는 건축 구조에 정착되어 파사드에 가해지는 하중만을 견디고, 이를 건축 구조에 전달한다. 건축 구조와는 다르게 파사드 부재는 무게가 가볍기 때문에 자중보다도 건물에 수평으로 가해지는 풍하중에 대한 고려가 필수적이다.

 

커튼월 파사드의 구조적 안정성을 평가할 때는 크게 판재(유리, 스팬드럴 패널)가 하중을 견디는지, 그리고 판재가 고정되어 있는 커튼월 구조인 트랜섬과 멀리언이 하중을 견디는지를 확인한다. 

 

2. 변위에 대한 고려

파사드의 변위(위치가 변함)에 대한 고려는 다음 세 가지 측면에서 필수적이다. 

 

(1) 시공 오차 흡수

설계에서는 정확하게 정렬된 도면을 그리지만, 사실 시공상 그런 도면이 현실화되는 것은 불가능하다. 파사드 부재가 제작되는 데에도 조금씩 오차가 발생할뿐더러, 시공 과정에서 더 많은 오차가 발생한다. 따라서 이러한 오차를 흡수하고 도면과 최대한 비슷하게 파사드가 정렬되고, 정리되기 위해서는 시공상에서의 각각 X, Y, Z 방향의 오차를 흡수할 수 있도록 파사드 부재를 설계하는 것이 중요하다.

 

(2) 건축 구조의 변위 흡수

시공 오차를 흡수하는 것뿐만 아니라, 파사드 구조가 정착되어 있는 건축 구조 또한 끊임없이 움직이고 변화하는 부재라는 것을 염두에 두어야 한다. 예를 들어 특정 층에 재실자가 지나치게 한 곳에 모여있다고 생각해보자. 이런 상황에서 슬라브는 사람들이 많이 모여있는 쪽에서 집중 하중을 받게 되고, 아래로 처지게 된다. 그럼 이에 따라 이 부근에 정착된 파사드 구조 부재 또한 아래로 움직이게 될 것이다. 이러한 상황에서 밑의 파사드 모듈과 충돌하지 않기 위해서는 건축 구조의 변위를 흡수하는 일이 매우 중요하다.

 

(3) 열 수축/팽창의 흡수

단단해 보이는 겉모습과는 다르게 파사드 부재는 끊임없이 열에 수축하고 팽창한다. 즉 날씨가 추워지면 부재가 수축을 하면서 짧아지고, 날씨가 더워지면 부재가 팽창을 하면서 길어진다. 이에 대한 고려가 없을 시 파사드 부재가 탈락하거나 충돌할 위험성이 있다.

 

파사드 디테일을 설계할 때 변위를 고려하는 방법으로는 여러 가지가 있지만, 그중에서도 대표적이고 가장 쉬운 방법은 바로 흔히 알고 있는 슬롯홀을 사용하는 것이다.

3. 기밀, 수밀

기밀, 수밀은 건물의 가장 기본적인 요건 중에 하나로, 건물 내부에서는 비바람을 피할 수 있어야 한다. 공기가 새는 누기나 침기를 막기 위해서는 부재와 부재가 만나는 인터페이스를 섬세하게 설계하고, 시공하는 것이 필요하다. 그러나 동시에 모든 인터페이스는 시공오차를 감안하여 설계되기 때문에 자로 잰 듯이 시공될 수는 없는 노릇이다. 따라서 파사드의 작은 틈새는 주로 고무 재질의 실리콘이나 개스킷 등으로 마감 처리된다.

 

생각보다 비는 아주 작은 틈새만 있어도 마치 공기처럼 내부로 빨려 들어온다. 특히 비바람처럼 운동에너지가 있는 비나, 내부에서 비를 빨아들이는 부압 조건이 형성될 때 부지불식간에 빗물은 내부로 들어올 가능성이 있다. 이렇게 내부로 빗물이 유입되는 것을 방지하기 위한 방법으로는 (1) 내부 우수처리 시스템 마련 (2) 2중 방수 시스템 마련 (3) 등압 공간 형성이 있다.

 

4. 결로 방지

결로는 습기가 급격하게 표면온도가 낮아진 곳과 닿았을 때 공기 중에 포함할 수 있는 수증기의 양을 넘어버리면서 표면에 수증기가 맺히는 상황이다. 결로는 흔하게 겪는 파사드의 결함으로 오랫동안 결로가 맺히면 파사드 부재나 단열재 등을 썩게 만들어 구조적, 기능적 성능을 발휘하지 못하게 한다는 문제가 있다. 

 

결로를 방지하기 위한 가장 쉬운 방법은, 내부 표면 온도를 일정 수준 위로 계속 유지하는 것이다. 그리고 이런 내부 표면 온도가 유지되기 위해서는 바로 아래 열성능이 좋아야 한다.

 

5. 열 성능

파사드 열 성능에 대한 기준은 날로 갈수록 높아지고 있다. 최근 에너지 사용량에 대한 규제가 엄격해짐에 따라 파사드에 요구하는 열 성능에 대한 기준도 높아질 수밖에 없었다. 파사드 열성능이 중요한 이유는 건축물 대부분의 에너지 사용량이 건물 내부의 온도를 일정 수준으로 맞추는 냉난방 비용에 들기 때문이다. 따라서 성능이 좋은 파사드를 설계하면 그만큼 건물의 냉난방에 들어가는 에너지 소비량이 줄어들 수 있다.

 

그러나 커튼월 부재는 열적으로 불리한 재료들로 이루어져 있기 때문에, 열성능이 좋은 커튼월 유닛을 제작하기 위한 많은 디테일들이 고안되었다. 가장 대표적인 방법으로는 프레임과 프레임 사이를 열전달이 잘 되지 않는 고무 재질의 thermal break를 이용하여 연결함으로써 열전달을 줄이는 방법이 있다. 그러나 더 근본적으로는 건물에 양질의 단열재를 충분히 채우는 것이 중요하며, 커튼월 건물에서 이는 투명한 비전부가 아닌 불투명 스팬드럴 부분을 늘인다는 이야기가 된다.

 

6. 차음 성능

커튼월은 그 이름처럼 파사드가 아주 얇고 가볍다. 이 말인즉슨 커튼월은 두꺼운 벽체 파사드에 비해 소음에 취약하다는 뜻이기도 하다. 특히 커튼월의 부재는 철과, 알루미늄과 같은 금속으로 소리를 흡수할 수 있는 재료가 아니다. 따라서 차음 성능이 중요한 주거시설이나 호텔을 커튼월 파사드로 설계할 때는 최대한 불투명 벽체 부분(단열재가 들어가는)을 늘리고, 소음이 바로 전달되지 않도록 커튼월 디테일을 디자인하는 것이 중요하다. 열이 타고 흐르는 것을 방지하는 thermal breaker와 같은 맥락으로 소리가 전달되는 것을 막는 고무 패드가 사용될 수 있다. 

 

 

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* Note:

참고 논문 Analysis and Design of Curtain wall systems for High rise Buildings, Wong Wan Sie, Winxie, 2007.09