출처: https://www.fema.gov/media-library-data/20130726-1644-20490-8474/757_apd_7_metalroof.pdf
1. 목적
강풍 지역[즉, 시속 90마일(mph) 이상의 돌풍 설계 풍속]에서 바람 저항을 향상시키는 금속 지붕시스템을 설계하고 설치하는 방법을 권장합니다. 이 조언은 주거용 및 상업용/산업용 및 중요한 시설에 적용됩니다.
2. 금속 지붕 선택
낮은 경사 및 급경사 지붕에서 다양한 금속 지붕시스템(복합 단열 샌드위치패널)을 사용할 수 있습니다. 금속 싱글은 또한 급경사 지붕에서 사용할 수 있습니다. 일반적인 금속 지붕 선택은 다음과 같습니다.
1) 스탠딩 심 정압시스템(Standing-Seam Hydrostatic System)
이 샌드위치패널(판넬) 시스템은 유체 정압 아래에서 수분 침투를 방지하도록 설계되었습니다. 이것은 물줄기 위에 샌드위치패널(판넬) 사이 조인트를 높이는 스탠딩 심을 가지고 있습니다. 심은 강한 바람이나 얼음으로 물이 역류하여 범람할 경우를 대비해 실란트 또는 실란트 테이프로 밀봉됩니다.
대부분의 정압시스템은 구조시스템(즉, 지붕 패널은 못이나 퍼린 사이 스팬에 충분한 강도를 가지고 있음)입니다. 그러나 연속적이거나 가까운 간격의 데크가 제공되는 경우 정압구조 패널(판넬)을 지정할 수 있습니다.
노출된 패스너 패널(숨겨진 패스너 패널에 비해)의 장점은 설치 후 정확한 개수의 패스너가 설치되었는지 쉽게 확인할 수 있습니다. 만약 패스너가 충분하지 않은 경우, 노출된 패스너를 추가하는 것은 쉽고 경제적입니다.
2) 유체운동 패널(물 흐름)
이 패널시스템은 유체운동 아래에서 수분 침투를 방지하도록 설계되지 않았기 때문에 상대적으로 급경사와 패널을 통과하여 침투하는 물에 대해 2차 보호를 제공하기 위해 밑 깔판이 필요합니다. 대부분 유체운동 패널은 건축시스템이며, 따라서 중력 하중을 지지하기 위해 연속적으로 또는 가까운 간격의 데크가 요구됩니다.
[숨겨진 클립을 가진 패널시스템]
일부 유체운동 패널에는 스탠딩 리브와 은폐된 클립이 있고 나머지는 관통 고정(즉, 노출된 패스너로 부착됨)되어 있습니다. 패널은 타일 모양을 사용할 수 있습니다.
3) 금속 싱글
금속 싱글은 유체운동 제품이기 때문에 상대적으로 급경사와 밑 깔판을 사용해야합니다. 나무 널과 타일 형상의 금속 싱글을 사용할 수 있습니다.
3. 중요 문제
피해 조사에 따르면 일부 금속 지붕시스템은 매우 강한 바람을 견딜 수 있는 충분한 강도를 가지고 있으며, 다른 시스템은 ASCE 7에서 주어진 설계 풍속보다 낮은 바람에서 날아갔습니다. 허리케인 동안 금속 지붕(용마루, 박공 후레싱 등)이 날아가면 벗겨진 지붕 건물 안으로 물이 들어올 수 있으며, 날아간 지붕은 건물 및 사람에게 피해를 줄 수 있습니다. 바람에 대한 성능을 성공적으로 달성하기 위한 지침은 아래와 같습니다.
참고(ASCE 7): https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/003/asce.7.2002.pdf
[이 구조적 스탠딩 심 지붕시스템은 허리케인 Andrew에서 견디었지만
일부 후레싱은 날아갔음. 예상 풍속은 170mph(273km/h)]
① 항상 제조업 체의 설치 지침과 지역 건축법 요건을 따릅니다.
② ASCE 7 또는 지역 건축법에 따라 지붕 조립의 하중을 계산하고, 이 중 어떤 절차로 인해 가장 높은 하중이 발생하는지 계산합니다.
③ 설계 상승 하중을 충족하기에 충분한 상승 저항이 있는 금속 지붕시스템을 지정/구매합니다.
ⓐ 스탠딩 심과 패스너 관통하는 금속 패널시스템의 경우, IBC®(International Building Coad®)는 UL580 또는 ASTM E1592의 시험방법을 필요로 합니다. 안전계수 결정에 대해서는 미국 철강연구소에서 발간한 표준 NAS-01의 F장을 참고합니다.
ⓑ 패스너로 관통된 금속 패널시스템의 경우, IBC는 표준 NAS-01에 테스트 또는 계산을 통해 상승 저항을 평가할 수 있습니다.
ⓒ 숨겨진 클립이 있는 건축 패널의 경우, UL580 시험방법이 일반적으로 사용됩니다. 그러나 설계 전문가는 시스템의 향상 성능 능력을 보다 잘 표현하기 때문에 E1592를 지정하는 것이 좋습니다. ASTM E1592를 통해 건축 패널시스템을 테스트할 때, 금속 패널의 아래쪽으로 공기가 흐르도록 데크 조인트를 밀봉하지 않아야합니다. 따라서 밑 깔판은 시편에서 제거해야하며, 데크 패널 측면과 끝 조인트 사이의 간격을 최소 3mm로 지정해야합니다. 안전계수 결정에는 표준 NAS-01의 F장을 참고합니다.
ⓓ 구리 지붕 테스트는 “NRCA analyzes and tests metal” Professional Roofing, May 2003을 참고합니다.
참고: http://www.professionalroofing.net/
ⓔ 금속 싱글의 경우, 시험방법 UL580 또는 1897을 기준으로 상승 저항을 측정할 것을 권장합니다.
ⓕ 지붕의 평면, 둘레 및 코너에 대한 설계 상승 하중을 지정합니다. 또한 둘레 폭의 치수를 지정합니다. 작은 지붕의 경우, 코너 하중을 전체 지붕 영역에서 사용할 수 있습니다.
④ 적절하게 지붕시스템 구성요소를 설계합니다.
⑤ 지붕시스템을 설치하는 전문가에게 의뢰합니다.
4. 설치 지침
ⓐ 특정 설치 요건에 대해 제조업체 설명서 또는 현지 건축법을 참고합니다. 요구 사항은 지역에 따라 다를 수 있습니다.
ⓑ 밑 깔판(underlayment): 튼튼하게 밑 깔판 시스템이 설치되면, 금속 지붕 패널 또는 싱글이 날아간 경우 2차 물 차단 역할을 할 수 있습니다. 밑 깔판 권장 사항에 대한 자세한 내용은 Coastal Construction Technical Fact Sheet 시리즈 Home Builder Guide FEMA 499의 No 19를 참고하시기 바랍니다. Fact sheet 19는 아스팔트 싱글 지붕 밑 깔판에 대한 선택과 관련이 있습니다.
[이러한 건축 패널 시스템에는 snap-lock seam이 있습니다.]
Fact sheet 19가 타입 Ⅰ(#15) 펠트(felt)를 추천하는 금속 패널과 타일의 경우, 무거운 펠트는 적용 중에 패널에 의한 구멍에 대해 더 큰 저항력을 제공하기 때문에 펠트 Ⅱ(#30)을 사용합니다. 또한 자체 접착 제작된 역청 밑 깔판을 사용하는 경우, 금속 아래에서 사용할 제품을 지정합니다.(이러한 제품은 고온에서 역청 흐름에 더 잘 저항합니다.)
ⓒ 기본(설계) 풍속이 110mph 이상인 곳에서는 처마, 용마루를 따라 두 개의 클립을 사용하는 것이 좋습니다. 첫 번째 처마 클립을 처마에서 50~75mm 이내에 놓고, 두 번째 클립을 첫 번째 클립에서 약 75~100mm 위치에 놓습니다. 아래 그림은 처마에서 너무 멀리있는 클립을 보여줍니다.
[이러한 처마 클립은 패널에서 너무 멀리 떨어져 있습니다.
왼쪽의 클립은 데크의 가장자리에서 320mm이고 다른 클립은 가장자리에서 425mm입니다.
처마에 두 개의 클립을 설치하는 것이 현명합니다.]
ⓓ 기본 풍속이 90mph 이상인 지역에서 구리 지붕 패널의 경우 훨씬 더 연성인 구리 클립 대신 316 스테인리스 스틸 클립과 스테인리스 나사를 사용하는 것이 좋습니다.
ⓔ 클립 또는 패스너가 못으로 부착된 경우, 못 지지대에 못을 연결하는 방법에 대해 자세히 설명합니다.
[패널은 지붕 위로 날아갔고, 집의 낮은 지붕에 떨어졌습니다.
표시된 상부 아스팔트 싱글 지붕은 나사를 사용하여 5V-Crimp 패널로 다시 설치하였습니다
. 손상은 못(넓은 간격의 못)이 외장에 부적절하게 부착되어 발생했습니다.
낮은 지붕에 후레싱이 날아갔다는 점에 유의합니다.]
[못이 터지면서 패널이 점차 손상되었습니다. 못은 트러스 위에 직접 설치되었습니다.
데크가 없는 이러한 조립은 밑 깔판을 결합할 수 있는 방법이 없습니다.
패널이 날아간 건물에 빗물은 자유롭게 침투되었습니다.]
[이 건물은 타일 모양의 금속 싱글로 시공되었습니다.
싱글은 일반적으로 널빤지를 날려보냈습니다.]
ⓕ 클립 또는 패널 패스너가 인장(장력) 상태로 하중을 받으면, 못 대신 나사를 사용하는 것이 좋습니다.
ⓖ 해안선에서 910m 이내에 위치한 지붕의 경우, 스테인리스 스틸 클립과 패스너를 사용하는 것이 좋습니다.
ⓗ 단단한 기판 위에 은폐된 클립의 경우, 클립이 올바르게 배치되도록 분필선으로 지정하는 것이 좋습니다.
ⓘ 용마루, 귀마루, 박공 후레싱: 노출된 패스너는 클립 부착보다 신뢰할 수 있기 때문에 노출된 패스너로 용마루, 박공 후레싱을 부착하는 것이 좋습니다. 귀마루/용마루 라인의 양쪽에 패스너 2줄을 권장합니다. 아래 그림과 같이 용마루 후레싱가 날아가는 것을 방지하기 위해 패스너의 간격을 밀착하는 것을 권장(예를 들어, 중심에서 75~150mm 범위의 간격으로, 설계 풍하중에 비례)합니다.
[용마루 후레싱 패스너가 너무 멀리 떨어져 있었으며,
용마루 후레싱이 날아갈 때 상당량의 누수가 발생했습니다.]
[이 파형 금속 패널에서 튀어나온 부분에는
용마루의 양쪽 끝에 2열의 패스너가 있습니다.]
5. 지속적인 설계
1) 차가운 지붕: 낮은 경사도의 경우 78 이상이고, 급경사 지붕의 경우 29와 같은 SRI(태양 반사지수)를 가진 금속 지붕을 사용합니다. 태양 반사율이 높을수록 열섬 현상(선진국과 미개발 지역의 온도 구배 차이)이 감소하여 건물들이 특정 좁은 지역의 기후와 인간 및 야생 동물 서식지에 미칠 영향을 최소화합니다. 열섬은 여름철 최고 에너지 수요, 냉방 비용, 온실가스 배출 및 대기 오염, 열 관련 질병 및 사망률, 수질 등을 증가시킴으로써 지역 사회에 영향을 미칠 수 있습니다.
열섬현상(heat-island): 일반적인 다른 도시보다 도심지의 온도가 높게 나타나는 현상
2) 재활용된 내용물: 재활용된 금속 지붕시스템을 사용합니다. 많은 지붕 제품은 소비자 및 산업 사용자 모두로부터 생성된 스크랩을 재활용했습니다. 재활용된 콘텐츠는 ISO(International Ordanization of Standards) 문서 ISO 14021에 정의되어 있습니다. 재활용 제품을 사용하면 신소재의 추출 및 처리로 인한 영향을 줄일 수 있습니다.