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커튼월

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목차

1. 개요

커튼월은 건물의 외벽을 구성하는 비하중 지지 벽으로, 구조용 강철과 철근 콘크리트의 발달로 가능해졌다. 역사를 거쳐 다양한 재료와 시공 방식으로 발전했으며, 유리를 비롯한 다양한 인필(infill) 패널을 사용하여 건물의 디자인과 기능을 향상시킨다. 커튼월은 하중, 풍압, 지진, 열 하중 등 다양한 외부 환경에 대한 설계 고려 사항을 가지며, 공기 및 수분 침투, 처짐, 열적 성능 등을 고려하여 설계 및 시공된다. 유지 보수를 통해 수명을 연장할 수 있으며, 레인스크린 원리를 통해 물 침투를 방지한다.

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커튼월
개요
유형비내력벽
재료유리
금속
얇은 돌판
상세 정보
정의건물의 하중을 지지하지 않는 외벽
기능날씨로부터 보호
미적 기능
특징가벼운 무게
빠른 설치
역사19세기 후반에 개발됨
디자인다양한 재료와 스타일로 디자인 가능
시공일반적으로 공장에서 제작 후 현장에서 설치
장점건물의 무게 감소
빠른 시공
다양한 디자인 가능
에너지 효율 향상
단점높은 초기 비용
유지 보수 필요
용도상업용 건물
고층 건물
주거용 건물
관련 용어커튼월 구조
외벽
비내력벽
추가 정보
참고 문헌다양한 건축 관련 서적 및 웹사이트 참고
관련 협회다양한 건축 관련 협회
관련 기술건축 기술, 재료 기술 등

2. 역사

커튼월의 역사는 건물 건축 방식의 변화와 함께 발전해 왔다. 초기에는 목재, 벽돌 등으로 건물을 지었고, 외벽이 건물의 하중을 지탱하는 하중지지벽 구조였다. 이러한 구조는 건물의 높이와 창문의 크기에 제한을 두었다.

구조용 강철과 철근 콘크리트가 개발되고 널리 사용되면서, 작은 기둥으로도 큰 하중을 지탱할 수 있게 되었다. 이에 따라 외벽은 하중을 지탱하지 않아도 되는 비내력벽이 될 수 있었고, 더 가볍고 개방적인 형태로 만들 수 있게 되었다. 이는 유리 사용의 증가로 이어졌고, 현대적인 커튼월의 탄생 배경이 되었다.

목조 프레임과 벌룬 프레임 목재 구조는 초기 형태의 커튼월과 유사한 특징을 가졌다. 프레임이 하중을 지탱하고, 벽은 날씨를 막고 빛을 통과시키는 역할을 했다. 18세기 후반 영국에서 디더링턴 플랙스 밀과 같이 건물에 철이 사용되기 시작하고, 연철과 유리로 된 크리스탈 팰리스가 건설되면서 커튼월 개발의 기반이 마련되었다.

오리엘 챔버스(1864)와 16 쿡 스트리트(1866)는 피터 엘리스가 리버풀에 건설한 건물로, 외관에 유리를 광범위하게 사용한 것이 특징이다. 특히 오리엘 챔버스는 금속 프레임 유리 커튼월을 사용한 세계 최초의 건물 중 하나로, 기네스 세계 기록에 등재되었다.[1][2] 넓은 유리 벽은 빛을 건물 안으로 더 깊이 들어오게 하여 바닥 공간 활용도를 높이고 조명 비용을 절감했다. 오리엘 챔버스는 엘리베이터가 없었지만 5개 층에 걸쳐 약 3994.83m2 면적을 가졌다.[3]

자유의 여신상(1886)은 얇은 구리 외피를 사용한 비내력벽 구조를 가지고 있다. 대형 공장 건물에서는 생산을 위해 많은 빛이 필요했기 때문에 유리를 많이 사용했고, 건물 전체가 유리로 된 것처럼 보이기도 했다.[5]

1901년 건설된 카우프하우스 티에츠 백화점은 강철 커튼월을 사용한 초기 사례이다.[4] 초기 커튼월은 강철 멀리언에 연마된 판유리를 접착제로 부착하는 방식으로 만들어졌다. 이후 실리콘 실란트나 접착 테이프로 대체되었고, 일부 디자인에는 유리를 고정하고 밀봉을 보호하기 위한 외부 캡이 사용되었다. 1952년 완공된 유엔 본부와 레버 하우스는 서로 다른 커튼월 시스템을 사용하여 건설을 주도했다.[5]

루트비히 미스 반 데어 로에는 860-880 레이크 쇼어 드라이브 아파트 등 시카고의 고층 주거 건물 설계를 통해 커튼월을 발전시켰다. 그의 커튼월은 시그램 빌딩을 포함한 후속 고층 건물 디자인에도 적용되었다.

1970년대부터는 멀리언에 알루미늄 압출이 널리 사용되기 시작했다. 알루미늄 합금은 다양한 형태로 쉽게 가공할 수 있어 디자인의 자유도를 높였다. 옴니 샌디에고 호텔 커튼월은 일체형 차양 시스템을 갖춘 유닛화된 커튼월 시스템의 예시이다.[6]

2011년 8월에는 [https://www.iimado.com 이이다 우드 워크 시스템]이 목재 커튼월로는 최초로 준 내화 인정을 받았다.[18]

2. 1. 초기 커튼월

역사적으로 건물은 목재나 벽돌, 또는 이 둘을 조합하여 지어졌으며, 외부 벽은 하중지지 역할을 하여 건물 전체 구조물의 하중 대부분 또는 전부를 지탱했다. 재료의 특성 때문에 건물의 높이와 창문 개구부의 최대 크기에는 한계가 있었다.

구조용 강철과 철근 콘크리트의 개발 및 광범위한 사용으로 비교적 작은 기둥이 큰 하중을 지탱할 수 있게 되었다. 이에 따라 외부 벽은 비하중 지지 벽이 될 수 있었고, 과거의 하중 지지 벽보다 훨씬 가볍고 개방적으로 만들 수 있게 되었다. 이는 외부 파사드로 유리의 사용을 증가시키는 결과를 가져왔고, 오늘날의 커튼월이 탄생하게 되었다.

목조 프레임과 벌룬 프레임 목재 구조는 초기 형태의 커튼월을 효과적으로 가지고 있었는데, 프레임이 하중을 지탱하여 벽 자체가 날씨를 막고 빛을 통과시키는 등의 다른 기능을 수행할 수 있었다. 18세기 후반 영국에서 디더링턴 플랙스 밀과 같이 건물에 철이 광범위하게 사용되기 시작했고, 이후 연철과 유리로 된 크리스탈 팰리스와 같은 건물이 지어지면서 커튼월 개발을 위한 구조적 이해의 기반이 마련되었다.

오리엘 챔버스(1864)와 16 쿡 스트리트(1866)는 모두 피터 엘리스에 의해 리버풀에 건설되었으며, 파사드에 유리를 광범위하게 사용한 것이 특징이다. 특히 오리엘 챔버스는 안뜰을 향해 금속 프레임 유리 커튼월을 자랑했는데, 이는 이 건축적 특징을 포함하는 세계 최초의 건물 중 하나임을 의미한다.[1] 기네스 세계 기록에는 이 건축물이 가장 초창기 건물로 등재되었다.[2] 넓은 유리 벽은 빛이 건물 내부로 더 깊이 침투하여 더 많은 바닥 공간을 활용하고 조명 비용을 절감할 수 있게 했다. 오리엘 챔버스는 엘리베이터가 없는 5개 층에 걸쳐 약 3994.83m2의 면적으로 구성되었는데, 엘리베이터는 최근에 발명되었지만 아직 널리 사용되지 않았다.[3]

자유의 여신상(1886)은 얇고 비하중 지지 구리 외피를 특징으로 한다. 대형 공장 건물에서는 제조를 위해 빛이 필요했기 때문에 유리를 광범위하게 사용하게 되었고, 때로는 건물 전체가 유리 파사드를 가진 것처럼 보이게 만들었다.[5]

고전적인 스타일로 사용된 완전 강철 커튼월의 초기 예는 1901년에 건설된 카우프하우스 티에츠 백화점(현재는 철거됨)이다.[4]

최초의 커튼월 중 일부는 강철 멀리언으로 만들어졌고, 연마된 판유리는 석면 또는 유리 섬유로 개조된 접착제로 멀리언에 부착되었다. 결국 실리콘 실란트 또는 접착 테이프가 접착제를 대체했다. 일부 디자인에는 유리를 제자리에 고정하고 씰의 무결성을 보호하기 위한 외부 캡이 포함되었다. 커튼월 디자인이 건설을 지배하게 된 랜드마크는 1952년에 완공된 유엔 본부와 레버 하우스에서 사용된 매우 다른 시스템이었다.[5]

루트비히 미스 반 데어 로에의 커튼월은 그의 건축 디자인에서 가장 중요한 측면 중 하나이다. 미스는 시카고의 호숫가에 있는 고층 주거 건물 설계를 통해 커튼월을 처음 시제품 제작하기 시작하여 860-880 레이크 쇼어 드라이브 아파트에서 커튼월의 모습을 구현했다. 그는 마침내 900–910 레이크 쇼어 드라이브에서 커튼월을 완성했는데, 여기서 커튼은 자율적인 알루미늄과 유리 외피이다. 900–910 이후, 미스의 커튼월은 뉴욕의 시그램 빌딩을 포함하여 그의 모든 후속 고층 건물 디자인에 나타났다.

멀리언에 알루미늄 압출의 광범위한 사용은 1970년대에 시작되었다. 알루미늄 합금은 디자인 및 미적 목적에 필요한 거의 모든 형태로 쉽게 압출할 수 있다는 독특한 장점을 제공한다. 오늘날, 디자인의 복잡성과 사용 가능한 모양은 거의 무제한이다. 맞춤형 모양은 비교적 쉽게 설계하고 제조할 수 있다. 건축 회사 Hornberger and Worstel이 설계하고 JMI Realty가 개발한 캘리포니아의 옴니 샌디에고 호텔 커튼월은 일체형 차양 시스템을 갖춘 유닛화된 커튼월 시스템의 한 예이다.[6]

오리엘 챔버스, 1864년


16 쿡 스트리트, 1866년


바우하우스 데사우의 유리 커튼월, 1926년


수정궁


다음은 커튼월과 관련된 주요 건물 및 연도이다.

건물명연도설명
수정궁1851년세계 최초의 커튼월, 철골 구조 건축에 철과 유리를 조합한 프리패브 공법의 선구적인 건물
국제 연합 본부1952년알루미늄 커튼월[17]
레버 하우스1952년스테인리스 스틸 커튼월 사용[17]
시그램 빌딩1958년청동 커튼월 사용[17]
알코아 본사 빌딩1953년말리온이 없음[17]
수정전1954년일본 초기 커튼월 건축
호텔 뉴 오타니1964년일본 초기 커튼월 건축
야마구치 은행 본점1965년일본 건축 학회상 수상



2011년 8월, 목재 커튼월로는 최초로 준 내화 인정을 [https://www.iimado.com 이이다 우드 워크 시스템]이 획득했다. 실제 건물에 대응하는 제품 레벨에서의 개발은 일본 최초이다.[18]

2. 2. 현대 커튼월의 발전



구조용 강철과 철근 콘크리트의 개발 및 광범위한 사용으로 비교적 작은 기둥이 큰 하중을 지탱할 수 있게 되었다. 외부 벽은 비하중 지지 벽이 될 수 있었고, 따라서 과거의 하중 지지 벽보다 훨씬 가볍고 개방적이 되었다. 이는 외부 파사드로 유리의 사용을 증가시키는 결과를 낳았고, 오늘날의 커튼월이 탄생하는 계기가 되었다.

18세기 후반 영국에서 디더링턴 플랙스 밀(Ditherington Flax Mill)과 같이 건물에 철이 광범위하게 사용되기 시작했을 때, 그리고 나중에 연철과 유리로 된 크리스탈 팰리스와 같은 건물이 지어졌을 때, 커튼월 개발을 위한 구조적 이해의 기반이 마련되었다.

오리엘 챔버스(Oriel Chambers, 1864)와 16 쿡 스트리트(16 Cook Street, 1866)는 모두 지역 건축가이자 토목 기사인 피터 엘리스에 의해 리버풀에 건설되었으며, 파사드에 유리를 광범위하게 사용한 것이 특징이다. 특히 안뜰을 향해 금속 프레임 유리 커튼월을 사용했는데, 이는 이러한 건축적 특징을 포함하는 세계 최초의 건물 중 두 곳임을 의미한다.[1] 오리엘 챔버스는 ''기네스 세계 기록''에 이 건축물의 가장 초창기 건물로 등재되었다.[2] 넓은 유리 벽은 빛이 건물 내부로 더 깊이 침투하여 더 많은 바닥 공간을 활용하고 조명 비용을 절감할 수 있게 했다. 오리엘 챔버스는 엘리베이터가 없는 5개 층에 걸쳐 약 3994.83m2의 면적으로 구성되었으며, 엘리베이터는 최근에 발명되었지만 아직 널리 사용되지 않았다.[3]

고전적인 스타일로 사용된 완전 강철 커튼월의 초기 예는 1901년에 건설된 카우프하우스 티에츠(Kaufhaus Tietz) 백화점(현재는 철거됨)이다.[4]

최초의 커튼월 중 일부는 강철 멀리언으로 만들어졌고, 연마된 판유리는 석면 또는 유리 섬유로 개조된 접착제로 멀리언에 부착되었다. 결국 실리콘 실란트 또는 접착 테이프가 접착제를 대체했다. 일부 디자인에는 유리를 제자리에 고정하고 씰의 무결성을 보호하기 위한 외부 캡이 포함되었다. 커튼월 디자인이 건설을 지배하게 된 랜드마크는 1952년에 완공된 유엔 본부와 레버 하우스에서 사용된 매우 다른 시스템이었다.[5]

루트비히 미스 반 데어 로에는 시카고의 호숫가에 있는 고층 주거 건물 설계를 통해 커튼월을 처음 시제품 제작하기 시작하여 860-880 레이크 쇼어 드라이브 아파트(860-880 Lake Shore Drive Apartments)에서 커튼월의 모습을 구현했다. 그는 마침내 900–910 레이크 쇼어 드라이브에서 커튼월을 완성했는데, 여기서 커튼은 자율적인 알루미늄과 유리 외피이다. 900–910 이후, 미스의 커튼월은 뉴욕의 시그램 빌딩을 포함하여 그의 모든 후속 고층 건물 디자인에 나타났다. 그의 커튼월은 그의 건축 디자인에서 가장 중요한 측면 중 하나이다.

멀리언에 알루미늄 압출의 광범위한 사용은 1970년대에 시작되었다. 알루미늄 합금은 디자인 및 미적 목적에 필요한 거의 모든 형태로 쉽게 압출할 수 있다는 독특한 장점을 제공한다. 오늘날, 디자인의 복잡성과 사용 가능한 모양은 거의 무제한이다. 맞춤형 모양은 비교적 쉽게 설계하고 제조할 수 있다. 건축 회사 Hornberger and Worstel이 설계하고 JMI Realty가 개발한 캘리포니아의 옴니 샌디에고 호텔(Omni San Diego Hotel) 커튼월은 일체형 차양 시스템을 갖춘 유닛화된 커튼월 시스템의 한 예이다.[6]

2. 3. 한국 커튼월의 역사

일본의 초기 커튼월 건축물로는 1954년의 수정전(시즈오카현 아타미시, 세계구세교 이즈노메 교단)과 1964년의 호텔 뉴 오타니, 1965년의 야마구치 은행 본점(야마구치현 시모노세키시, 일본 건축 학회상)이 있다.[17]

3. 종류 및 구성

커튼월은 다양한 재료와 시공 방식으로 구성된다.

'''재료에 따른 분류'''

싱가포르의 안다즈 호텔(Andaz)의 일몰 시 유리 커튼월


재료설명
유리플로트 유리가 가장 일반적이며, 색상, 두께, 불투명도 조절이 가능하다. 상업용 건물에는 약 0.64cm 단판 유리와 약 2.54cm 단열 유리가 주로 사용된다. 단열 유리는 유리 사이에 공기층을 두거나 아르곤, 크립톤 등 불활성 기체를 채워 단열 효과를 높인다.[1] 유럽의 3중창, 스칸디나비아의 4중창 단열 유리도 사용된다.
석재얇은 석재 블록(약 7.62cm~약 10.16cm)을 사용하며, 규산칼슘, 화강암, 대리석, 트래버틴, 석회암, 인조석 등이 있다. 알루미늄 허니컴에 부착하여 무게를 줄이기도 한다.
금속 패널알루미늄 복합 패널, 스테인리스강, 알루미늄 판재, 구리 벽 클래딩 등이 사용된다. 섬유 강화 플라스틱(FRP), 테라코타도 사용된다.
루버환기가 필요한 곳에 설치되며, 외부 공기를 유입시켜 HVAC 시스템 사용을 줄인다.
기타 재료알루미늄, 허니컴 알루미늄 패널, 유리, 티타늄 패널, 세라믹 패널, 프리캐스트 콘크리트(PCa) 등이 있다.



'''시공 방식에 따른 분류'''

방식설명
방립 공법(멀리언 공법)방립(멀리언)이라는 세로 부재를 뼈대에 부착하고 가로 부재를 조합하는 방식이다. 현장 조립 방식이며, 루즈 스틱 방식(lose-stick)이 대표적이다.[1]
유닛 공법공장에서 제작된 유닛을 현장에서 설치하는 방식이다.[1] 일체형 커튼월은 패널을 공장에서 제작, 조립하여 건물 구조에 설치한다. 속도가 빠르고 현장 설치 비용 절감, 품질 관리가 용이하다.[1]



'''디자인에 따른 분류'''

커튼월은 창 유형, 플랫 유형, 그리드 유형 등으로 나뉜다.

3. 1. 재료에 따른 분류



''인필(Infill)''은 커튼월의 멀리언 사이에 삽입되는 대형 패널이다. 인필은 일반적으로 유리로 만들어지지만, 거의 모든 외부 건축 요소를 사용하여 제작될 수 있다. 인필은 스팬드럴 또는 스팬드럴 패널이라고도 한다.[1]

  • '''유리:''' 플로트 유리는 커튼월 유리의 가장 일반적인 유형이다. 색상, 두께 및 불투명도의 거의 무한한 조합으로 제조될 수 있다. 상업용 건축의 경우 가장 일반적인 두께는 약 0.64cm 단판 유리와 약 2.54cm 단열 유리이다. 1/4인치 유리는 일반적으로 스팬드럴 영역에서만 사용되는 반면, 단열 유리는 건물 전체에 사용된다(때로는 스팬드럴 유리도 단열 유리로 지정된다). 약 2.54cm 단열 유리는 일반적으로 약 1.27cm의 공간을 둔 두 개의 약 0.64cm 유리로 구성된다. 내부 공기는 일반적으로 대기 중의 공기이지만, 더 나은 열관류율 값을 제공하기 위해 아르곤 또는 크립톤과 같은 일부 불활성 기체가 사용될 수 있다. 유럽에서는 3중창 단열 유리가 이제 일반적이다. 스칸디나비아에서는 4중창을 갖춘 최초의 커튼월이 건설되었다.


더 두꺼운 유리는 일반적으로 실험실이나 녹음 스튜디오와 같이 열적, 상대 습도, 또는 음향 투과 요구 사항이 더 높은 건물 또는 구역에 사용된다. 주거용 건축에서는 일반적으로 약 0.32cm 단판 유리와 약 1.59cm 단열 유리가 사용된다.

유리는 투명도, 반투명, 또는 불투명으로 사용되거나 다양한 정도를 가질 수 있다. 투명 유리는 일반적으로 커튼월의 시야 유리를 의미한다. 스팬드럴 또는 시야 유리는 보안 또는 미적 목적으로 반투명 유리를 포함할 수도 있다. 불투명 유리는 커튼월 뒤의 기둥 또는 스팬드럴 보 또는 전단벽을 숨기기 위해 사용된다. 스팬드럴 영역을 숨기는 또 다른 방법은 섀도우 박스 구조(투명 또는 반투명 유리 뒤에 어둡고 밀폐된 공간을 제공)를 사용하는 것이다. 섀도우 박스 구조는 때때로 원하는 유리 뒤의 깊이감을 만들어낸다.

  • '''석재:''' 얇은 석재 블록(약 7.62cm~약 10.16cm)은 커튼월 시스템 내에 삽입될 수 있다. 사용되는 석재의 종류는 석재의 강도와 적절한 모양과 크기로 제작할 수 있는 능력에 의해서만 제한된다. 일반적으로 사용되는 석재 유형은 규산칼슘, 화강암, 대리석, 트래버틴, 석회암, 인조석이다. 무게를 줄이고 강도를 향상시키기 위해 천연석재는 알루미늄 허니컴 백킹에 부착될 수 있다.

  • '''금속 패널:''' 스테인리스강, 알루미늄 판재, 얇은 플라스틱 중간층을 사이에 둔 두 개의 얇은 알루미늄 시트로 구성된 알루미늄 복합 패널, 구리 벽 클래딩, 금속 시트가 내부 금속 시트 유무에 관계없이 단열재에 접착되어 샌드위치 패널을 형성하는 패널 등 다양한 형태를 취할 수 있다. 기타 불투명 패널 재료로는 섬유 강화 플라스틱(FRP) 및 테라코타가 있다. 테라코타 커튼월 패널은 유럽에서 처음 사용되었지만, 고품질 현대 테라코타 커튼월 패널을 생산하는 제조업체는 소수에 불과하다.

  • '''루버:''' 건물 내부에 위치한 기계 장비가 작동하기 위해 환기 또는 신선한 공기가 필요한 영역에 설치된다. 또한 유리한 기후 조건을 활용하고 에너지 소비가 많은 HVAC 시스템 사용을 최소화하기 위해 외부 공기가 건물 안으로 유입되는 수단으로 사용될 수 있다. 커튼월 시스템은 원하는 기능을 제공하면서 동일한 건축적 시야와 스타일을 유지하기 위해 대부분의 유형의 루버 시스템을 수용하도록 적용될 수 있다.

  • '''기타 재료:''' 알루미늄, 허니컴 알루미늄 패널, 유리, 티타늄 패널, 세라믹 패널, 프리캐스트 콘크리트(PCa) 등이 있다.


대부분의 커튼월 유리는 고정되어 있어 문을 제외하고는 건물의 외부에 접근할 수 없다. 그러나 필요한 환기나 작동 가능한 창을 제공하기 위해 커튼월 시스템에 창이나 통풍구를 설치할 수도 있다. 거의 모든 유형의 창을 커튼월 시스템에 맞게 제작할 수 있다.

3. 2. 시공 방식에 따른 분류

커튼월 시공 방식은 크게 방립 공법과 유닛 공법으로 나뉜다.

  • '''방립 공법'''


방립(멀리언, mullion)이라고 불리는 세로 부재를 구조 뼈대에 패스너로 부착하고, 거기에 가로 부재나 가동 개구부를 조합하여 부착해 가는 공법이다. 현장에서 구성 부재를 조립하므로 녹다운 방식이라고도 한다. 루즈 스틱 방식(lose-stick)이 대표적이다.[1] 대부분의 1층 커튼월은 바닥 사이의 긴 조각(이를 '스틱'이라고 함)으로 수직으로 설치되며, 수직 부재 사이에서는 수평으로 설치된다. 프레임 부재는 공장에서 제작될 수 있지만, 설치와 유리 끼우기는 일반적으로 현장에서 수행된다.[1] 스틱 시스템과 매우 유사한 래더 시스템은 반 상자 형태와 판으로 구성되어 분할된 후 끼워 맞추거나 나사로 조립할 수 있는 멀리언을 가지고 있다. 이를 통해 커튼월의 섹션을 공장에서 제작할 수 있어 현장에서 시스템을 설치하는 데 걸리는 시간을 효과적으로 줄일 수 있다. 이러한 시스템 사용의 단점은 구조적 성능이 감소하고 각 멀리언의 길이를 따라 조인트 라인이 눈에 띄게 나타나는 것이다.[1]

  • '''유닛 공법'''


미리 공장에서 창문 등을 조립한 벽을 유닛으로 조립해 두고, 건설 현장에서는 유닛을 순서대로 설치해 가는 공법이다.[1] 일체형 커튼월은 공장에서 패널을 제작 및 조립하며, 공장 유리를 포함할 수 있다. 이렇게 완성된 유닛은 건물 외피를 형성하기 위해 건물 구조에 설치된다. 일체형 커튼월은 속도, 현장 설치 비용 절감, 그리고 실내의 기후 제어 환경 내에서의 품질 관리와 같은 장점이 있다. 경제적 이점은 일반적으로 대규모 프로젝트 또는 현장 인건비가 높은 지역에서 실현된다.[1]

3. 3. 디자인에 따른 분류

커튼월은 디자인에 따라 창 유형, 플랫 유형, 그리드 유형 등으로 나눌 수 있다.

4. 커튼월의 원리 및 설계 고려 사항

커튼월 시스템은 가해지는 모든 하중을 처리하고 건물 외피에 공기와 물이 침투하는 것을 막도록 설계되어야 한다. 과거 고층 건축에서는 철골철근콘크리트 구조를 주로 사용했고, 외벽은 기둥, 보와 함께 하중을 지탱하고 지진, 풍압에 저항했다. 그러나 고층 건축 발전으로 외벽 자체 무게가 문제가 되었고, 연성 구조 채용 시 지진 발생으로 인한 벽면 변형 및 유리 파손, 파편 문제도 지적되었다. 이러한 문제 해결을 위해 건축물 하중 지지 구조는 라멘 구조로 하고, 외벽은 구조물에 부착하는 공법이 개발되어 외벽 경량화, 건물 휨에 의한 뒤틀림 영향 최소화가 가능해졌다.

커튼월에 가해지는 하중은 건물의 구조에 부착된 멀리언(mullion)을 건물에 연결하는 앵커를 통해 건물 구조로 전달된다. 커튼월에 작용하는 주요 하중은 다음과 같다.


  • '''고정 하중:''' 멀리언, 앵커 및 커튼월의 다른 구조 부품의 무게와 충전재의 무게로 구성된다.[7]
  • '''풍하중:''' 바람이 건물에 작용하는 수직력으로, 건축 법규는 필요한 설계 풍하중을 명시한다.[8]
  • '''지진 하중:''' 지진 중 건물에 유도되는 층간 변위에 제한된다.
  • '''적설 하중:''' 벽의 경사가 약 20도를 초과하는 경우 고려한다.[9]
  • '''열 하중:''' 알루미늄의 높은 열팽창 계수로 인해 발생하며, 팽창과 수축을 고려하여 설계한다.
  • '''폭발 하중:''' 폭발 하중에 대한 커튼월 시스템의 취약성에 대한 우려가 존재하며, 방폭 커튼월은 이러한 힘을 견딜 수 있도록 설계된다.[10]


레인스크린 원리는 커튼월 바깥쪽과 안쪽 사이의 공기압을 같게 하여 건물 안으로 물이 스며드는 것을 막는 원리이다. 공기 침투는 커튼월을 통해 건물의 외부에서 내부로 공기가 통과하는 현상이며, 미국 건축 제조업체 협회(AAMA)는 커튼월을 통한 공기 침투 허용 수준에 대한 자발적인 규격을 개발했다.[11] 수분 침투는 건물 외부에서 커튼월 시스템 내부로 물이 통과하는 현상이며, 현장 품질 관리 및 보증 점검이 표준이 되었다.

탄성 계수가 강철의 약 1/3 수준인 알루미늄을 멀리언에 사용하면 동일 하중 조건에서 알루미늄 멀리언이 강철 부재보다 3배 더 많은 처짐을 보인다. 건축 사양에서는 처짐 제한을 설정하는데, 이는 멀리언의 강도 용량 때문이 아니라 과도한 처짐으로 인한 유리 파손, 멀리언 포켓 이탈, 커튼월 내부 움직임, 멀리언 근처 벽과의 접촉에 의한 손상 등을 방지하기 위함이다.

결로가 유리 커튼월에 형성됨


알루미늄은 열 전도체이기 때문에 열 손실을 줄이는 일반적인 방법은 폴리염화비닐(PVC)로 만들어진 단열 브레이크를 외부 금속과 내부 금속 사이에 추가하는 것이다.[12] 커튼월 시스템의 열전도율은 건물의 난방 및 냉방 비용에 영향을 준다. 성능이 좋지 않은 커튼월의 경우, 멀리언 내부에 결로가 생길 수 있으며, 이는 주변의 내부 트림과 벽을 손상시킬 수 있다.[13] 스팬드럴 영역에는 경질 단열재를 설치하여 해당 위치에서 더 높은 R값을 얻을 수 있다. 이중 또는 삼중 유리를 사용하고 단열 브레이크 멀리언을 적용한 커튼월은 "고성능" 커튼월이라고도 불린다.[14]

4. 1. 레인스크린 원리 (Rainscreen Principle)

커튼월 기술의 일반적인 특징인 레인스크린 원리는 "레인스크린"의 외부와 내부 사이의 공기압 평형이 건물 안으로 물이 침투하는 것을 막는다고 이론화한다. 예를 들어, 유리는 글레이징 리베이트라고 불리는 공간에서 안쪽 가스켓과 바깥쪽 가스켓 사이에 고정된다. 글레이징 리베이트는 외부로 통풍되어 바깥쪽 가스켓의 안쪽과 바깥쪽의 압력이 동일하게 유지된다. 이 가스켓을 가로질러 압력이 같을 때, 물은 가스켓의 조인트 또는 결함을 통해 빨려 들어갈 수 없다.

4. 2. 하중 (Loads)

커튼월에 가해지는 하중은 건물의 구조에 부착된 멀리언(mullion)을 건물에 연결하는 앵커를 통해 건물 구조로 전달된다.

; 고정 하중

'''고정 하중'''은 구조 부재의 무게와 구조물의 영구적인 특징으로 정의된다.[7] 커튼월의 경우, 이 하중은 멀리언, 앵커 및 커튼월의 다른 구조 부품의 무게와 충전재의 무게로 구성된다. 커튼월에 가해지는 추가적인 고정 하중에는 커튼월에 부착된 차양이나 간판이 포함될 수 있다.

; 풍하중

'''풍하중'''은 건물에 바람이 불어 건물에 작용하는 수직력이다.[8] 바람 압력은 건물을 감싸고 보호하기 때문에 커튼월 시스템에 의해 저항을 받는다. 풍하중은 전 세계적으로 크게 다르며, 가장 큰 풍하중은 허리케인이 발생하기 쉬운 지역의 해안 근처에서 발생한다. 각 프로젝트 위치에 대해 건축 법규는 필요한 설계 풍하중을 명시한다. 종종 크거나 특이한 모양의 건물에 대해 풍동 연구가 수행된다. 건물과 주변 지역의 축소 모형을 만들어 풍동에 배치하여 해당 구조물에 작용하는 바람 압력을 결정한다. 이러한 연구는 코너 주변의 와류 방출과 주변 지형 및 건물의 영향을 고려한다.

; 지진 하중

커튼월 시스템의 '''지진 하중'''은 지진 중 건물에 유도되는 층간 변위에 제한된다. 대부분의 상황에서 커튼월은 글레이징 충전재와 멀리언 사이에 제공되는 공간으로 인해 지진 및 바람에 의한 건물 흔들림을 자연스럽게 견딜 수 있다. 테스트에서 표준 커튼월 시스템은 일반적으로 유리 파손이나 누수 없이 약 7.62cm까지의 상대적 바닥 움직임을 견딜 수 있다.

; 적설 하중

'''적설 하중'''과 활하중은 커튼월이 수직 또는 약간 기울어지도록 설계되었으므로 일반적으로 커튼월에서 문제가 되지 않는다. 벽의 경사가 약 20도를 초과하는 경우 이러한 하중을 고려해야 할 수 있다.[9]

; 열 하중

'''열 하중'''은 알루미늄이 비교적 높은 열팽창 계수를 가지고 있기 때문에 커튼월 시스템에서 유도된다. 즉, 몇 개 층에 걸쳐 커튼월은 길이와 온도 차이에 따라 일정 거리를 팽창하고 수축하게 된다. 이 팽창과 수축은 수평 멀리언을 약간 짧게 절단하고 수평 및 수직 멀리언 사이에 공간을 두어 설명한다. 유닛화된 커튼월에서는 유닛 사이에 틈이 남으며, 이는 가스켓에 의해 공기와 물의 침투로부터 밀봉된다. 수직으로 풍하중만 전달하는 앵커(고정 하중 아님)는 움직임을 고려하기 위해 슬롯이 있다. 우연히 이 슬롯은 또한 활하중 변형과 건물 구조의 바닥 슬래브에서 크리프를 고려한다.

; 폭발 하중

우발적인 폭발과 테러 위협으로 인해 폭발 하중에 대한 커튼월 시스템의 취약성에 대한 우려가 높아졌다. 미국 오클라호마주 오클라호마시티의 앨프리드 P. 머라 연방 건물 폭탄 테러는 폭발 하중에 대한 건물의 반응과 관련하여 현재의 많은 연구와 명령을 낳았다. 현재 미국 내 모든 신규 연방 건물과 외국 영토에 건설된 모든 미국 대사관은 폭탄 폭발에 대한 저항 조항을 갖춰야 한다.[10]

커튼월은 건물의 외부에 있으므로 폭탄 공격의 첫 번째 방어선이 된다. 따라서 방폭 커튼월은 건물의 내부를 손상시키지 않고 이러한 힘을 견딜 수 있도록 설계되어 거주자를 보호한다. 폭발 하중은 지속 시간이 짧은 매우 높은 하중이므로 커튼월 반응은 설계 완료 및 설치 전에 전체 규모의 모형 테스트를 수행하여 동적 하중 분석으로 분석해야 한다.

방폭 글레이징은 접합 유리로 구성되며, 이는 깨지도록 되어 있지만 멀리언에서 분리되지 않는다. 유사한 기술은 바람에 의한 파편으로부터의 충격 보호를 위해 허리케인이 발생하기 쉬운 지역에서 사용된다.

4. 3. 공기 및 수분 침투 (Air and Water Infiltration)

레인스크린 원리는 커튼월 바깥쪽과 안쪽 사이의 공기압을 같게 하여 건물 안으로 물이 스며드는 것을 막는 원리이다. 예를 들어 유리는 글레이징 리베이트라는 공간에서 안쪽과 바깥쪽 가스켓 사이에 고정되는데, 이 공간은 외부로 통풍되어 바깥쪽 가스켓 안팎의 압력이 동일하게 유지된다. 이렇게 압력이 같아지면 물은 가스켓의 틈이나 결함을 통해 건물 내부로 들어오기 힘들다.

공기 침투는 커튼월을 통해 건물의 외부에서 내부로 공기가 통과하는 현상이다. 공기는 가스켓, 수평 및 수직 멀리언 사이의 불완전한 접합부, 배수구, 불완전한 밀봉 등을 통해 침투할 수 있다. 미국 건축 제조업체 협회(AAMA)는 커튼월을 통한 공기 침투 허용 수준에 대한 자발적인 규격을 개발했다.[11]

수분 침투는 건물 외부에서 커튼월 시스템 내부로 물이 통과하는 현상이다. 때로는 건물 사양에 따라 소량의 제어된 수분 침투는 허용될 수 있다. 제어된 수분 침투는 시험편의 가장 안쪽 수직면을 넘어 침투하지만 외부로 배수되도록 설계된 물을 의미한다. AAMA 자발적 규격은 제어된 수분 침투를 허용하지만, 기본 ASTM E1105 시험 방법은 이러한 수분 침투를 실패로 간주한다. 현장에서 수분 침투를 견디는 커튼월의 능력을 시험하기 위해 ASTM E1105 물 분무 랙 시스템을 시험편 외부에 배치하고 시스템에 양압 차이를 적용하여 비바람이 치는 환경을 모방하고 제품 및 설치의 현장 성능을 확인한다. 시공업체와 설치업체가 이러한 품질 프로그램을 적용하여 물 피해 소송 건수를 줄이는 데 도움을 주면서 수분 침투에 대한 현장 품질 관리 및 보증 점검이 표준이 되었다.

4. 4. 처짐 (Deflection)

탄성 계수가 강철의 약 1/3 수준인 알루미늄을 멀리언에 사용하면 동일 하중 조건에서 알루미늄 멀리언이 강철 부재보다 3배 더 많은 처짐을 보인다. 건축 사양에서는 수직(풍하중 유발) 및 면내(고정 하중 유발) 처짐에 대한 제한을 설정하는데, 이는 멀리언의 강도 용량 때문이 아니라 과도한 처짐으로 인한 유리 파손, 멀리언 포켓 이탈, 커튼월 내부 움직임, 멀리언 근처 벽과의 접촉에 의한 손상 등을 방지하기 위함이다. 또한 벽의 과도한 처짐은 대중에게 벽이 튼튼하지 않다는 부당한 우려를 줄 수 있다.

처짐 제한은 일반적으로 앵커 포인트 간 거리를 상수로 나누어 표현하며, L/175가 흔히 사용된다. 이는 멀리언이 지지하는 유리에 손상을 일으킬 가능성이 낮은 처짐 제한 경험에 따른 것이다. 예를 들어 12피트(144인치) 층고의 커튼월 허용 처짐은 144/175 = 약 2.09cm이며, 이는 최대 풍압에서 벽이 최대 약 2.09cm만큼 안팎으로 처짐을 허용한다는 의미이다. 다만 일부 패널은 더 엄격한 움직임 제한을 요구하기도 한다.

멀리언의 처짐은 커튼월 부재의 형상과 깊이로 제어되며, 주어진 커튼월 시스템의 깊이는 사양 내 처짐 제한 유지를 위한 단면 2차 모멘트에 의해 제어된다. 처짐 제한의 또 다른 방법은 멀리언 내부 튜브에 강철 보강재를 추가하는 것이다. 강철은 알루미늄의 1/3 속도로 처짐이 발생하므로, 더 적은 비용이나 더 작은 깊이로 하중 대부분을 저항한다.

커튼월 멀리언의 처짐은 콘크리트, 강철, 목재 등 건물 구조의 처짐과도 다르며, 커튼월 앵커는 건물 구조와 커튼월 사이의 차등 움직임을 허용하도록 설계되어야 한다.

과거 고층 건축에서는 철골철근콘크리트 구조를 주로 사용했고, 외벽은 기둥, 보와 함께 하중을 지탱하고 지진, 풍압에 저항했다. 그러나 고층 건축 발전으로 외벽 자체 무게가 문제가 되었고, 연성 구조 채용 시 지진 발생으로 인한 벽면 변형 및 유리 파손, 파편 문제도 지적되었다. 이러한 문제 해결을 위해 건축물 하중 지지 구조는 라멘 구조로 하고, 외벽은 구조물에 부착하는 공법이 개발되어 외벽 경량화, 건물 휨에 의한 뒤틀림 영향 최소화가 가능해졌다.

4. 5. 열적 성능 (Thermal Criteria)



알루미늄은 다른 건축 구성 요소에 비해 열 전달 계수가 높아 열을 매우 잘 전달하는 열 전도체이다. 이는 알루미늄(또는 강철) 커튼월 멀리언을 통해 많은 열이 손실됨을 의미한다. 이러한 열 손실을 줄이는 일반적인 방법은 폴리염화비닐(PVC)로 만들어진 단열 브레이크를 외부 금속과 내부 금속 사이에 추가하는 것이다. 이 브레이크는 커튼월의 열전도율을 상당히 낮춘다.[12] 하지만 단열 브레이크로 인해 알루미늄 멀리언이 차단되면서 멀리언 전체 단면의 2차 모멘트가 감소하며, 이는 시스템의 구조 분석 및 처짐 분석에서 고려해야 한다.

커튼월 시스템의 열전도율은 벽을 통한 열 손실로 인해 중요하며, 건물의 난방 및 냉방 비용에 영향을 준다. 성능이 좋지 않은 커튼월의 경우, 멀리언 내부에 결로가 생길 수 있으며, 이는 주변의 내부 트림과 벽을 손상시킬 수 있다.[13]

스팬드럴 영역에는 경질 단열재를 설치하여 해당 위치에서 더 높은 R값을 얻을 수 있다.

이중 또는 삼중 유리를 사용하고 단열 브레이크 멀리언을 적용한 커튼월은 "고성능" 커튼월이라고도 불린다.[14] 이러한 커튼월 시스템은 오래된 단일 유리 버전보다 에너지 효율이 높지만, 불투명(솔리드) 벽 구조보다는 여전히 효율이 떨어진다. 예를 들어, 거의 모든 커튼월 시스템(단열 브레이크 포함 또는 불포함)은 U값이 0.2 이상이며, 이는 R값 5 이하에 해당한다.

5. 커튼월의 유지 보수

커튼월과 주변 실런트는 사용 수명을 최대화하기 위해 유지 관리가 필요하다. 적절하게 설계 및 설치된 주변 실런트는 일반적으로 10~15년의 수명을 갖는다. 주변 실런트의 제거 및 교체는 세심한 표면 준비와 적절한 디테일링이 필요하다.

알루미늄 프레임은 일반적으로 페인트칠하거나 아노다이징 처리한다. 일부 세척제는 마감을 손상시키므로 아노다이징 처리된 영역을 청소할 때 주의해야 한다. 공장에서 적용된 플루오로폴리머 열경화성 코팅은 환경적 열화에 대한 저항성이 뛰어나 주기적인 청소만 필요하다. 공기 건조 플루오로폴리머 코팅으로 재코팅하는 것이 가능하지만 특수 표면 준비가 필요하며 구워진 원래 코팅만큼 내구성이 뛰어나지는 않다. 아노다이징 처리된 알루미늄 프레임은 현장에서 "재아노다이징"할 수 없지만 외관과 내구성을 개선하기 위해 특허받은 투명 코팅으로 세척하고 보호할 수 있다.

스테인리스 스틸 커튼월은 코팅이 필요하지 않으며, 연마 마감과 반대로 엠보싱 처리된 표면은 청소 또는 기타 유지 관리 없이 원래 외관을 영구적으로 유지한다. 일부 특수 질감의 무광 스테인리스 스틸 표면 마감은 소수성이며 공기 중 및 빗물에 의한 오염 물질에 저항한다.[16] 이는 먼지를 피하기 위해 미국 남서부와 중동 지역에서, 그리고 오염된 도시 지역에서 그을음과 연기 얼룩을 피하는 데 유용하다.

참조

[1] 뉴스 Britain's top 10 maverick buildings https://www.royalaca[...] Royal Academy of Arts 2016-04-01
[2] 뉴스 Earliest curtain wall office building https://www.guinness[...] Guinness Book of Records 2024-04-21
[3] 웹사이트 Oriel Chambers History https://www.orielcha[...] Oriel Chambers 2023-12-11
[4] 웹사이트 History https://www.flickr.c[...] janwillemsen 2013-08
[5] 간행물 The pre-history of the curtain wall 1998
[6] 간행물 Omni San Diego Hotel offers breathtaking Bay views through Wausau's curtainwall http://www.wausauwin[...] Wausau Window and Wall Systems n.d.
[7] 문서 2006 International Building Code, Section 1602.1
[8] 문서 "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures", American Society of Civil Engineers, 2005; Chapter 6
[9] 문서 "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures," American Society of Civil Engineers, 2005; Chapter 7
[10] 문서 "Design of Buildings to Resist Progressive Collapse," UFC 4-023-03, U.S. Department of Defense, 2009
[11] 문서 Testing is typically conducted by an independent third party agency using the ASTM E-783 standard.
[12] 서적 Window systems for high-performance buildings W.W. Norton & Co 2004
[13] 학위논문 High Performance Window Systems and their Effect on Perimeter Space Commercial Building Energy Performance https://uwspace.uwat[...] University of Waterloo 2010-09-29
[14] 웹사이트 BSD-006: Can Highly Glazed Building Façades Be Green? https://www.building[...] 2008-09-11
[15] 웹사이트 Technical Report, Interstate Bank Building Fire http://www.lafire.co[...] United States Fire Administration 2009-11-21
[16] 서적 Stainless Steel for Design Engineers ASM International 2008
[17] 서적 内田祥哉　窓と建築ゼミナール 鹿島出版会
[18] URL http://www.iimado.co[...]


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