출처: https://www.nrel.gov/docs/fy13osti/54643.pdf
2. 외장 부착 설계
외부 단열재 위에 외장을 부착하려면 두 가지 일반적인 장벽이 발생합니다.
① 외장 시스템 설치에 대한 보증을 단열재 25mm에서 37.5mm 이상으로 제한하는 외장 제조업체
② 구조물에 필요한 내장 깊이를 유지하면서 외장 및 단열재를 통해 고정할 수 있을 정도로 긴 화스너의 가용성은 제한됩니다. 대부분의 공압 건의 최대 화스너 길이는 75~87.5mm로 제한됩니다. 이것은 직접 사이딩 적용에서 사이딩과 기판 사이에 배치될 수 있는 단열의 양을 제한합니다.
이러한 제약을 극복하기 위해, 두꺼운 외부 단열재를 사용하는 경우 각재는 조립을 위해 외장 화스너 위치에 추가되었습니다. 이 경우 외장 제조업체의 보증을 해결하고 쉽게 사용할 수 있는 화스너와 일반적인 외장 고정 장치를 사용할 수 있습니다.
목재 프레임 벽의 경우, 긴 나사는 목재 구조물에 단열재를 통해 각재를 부착하는 데 사용됩니다. 질량 벽돌 벽의 경우 중간 단계가 필요합니다. 각재에 대한 부착 지점을 허용하기 위해 목재 2×4 부재가 먼저 벽돌 벽 구조물에 부착됩니다. 그런 다음 각재는 나사를 사용하여 단열재를 통해 2×4 프레임 부재에 다시 고정됩니다.
[권장되는 외장 부착 설계]
외부 단열재를 통해 다시 고정된 각재에 외장을 고정하는 것은 새로운 적용 및 개조 모두에서 수 많은 건물 주택과 지역 사회에서 사용되었습니다. 이 방법은 외장을 부착하는 효과적이고 내구성이 있는 방법으로 입증되었습니다. 그러나 기술 데이터의 부족은 많은 설계자, 계약자 및 법규 관리자에게 문제가 되었습니다. 화스너의 회전 및 단열 피복의 압축으로 인한 피복재의 처짐 우려가 종종 제기됩니다.
1) 이전 연구
최근 FSC(Foam Sheathing Coalition)가 실시한 연구와 뉴욕 주 에너지연구개발기관(NYSERDA)과 스틸 프레임협회(SFA)의 공동 연구 프로젝트는 지속적인 단열을 위한 프레임에 외장을 부착하기 위한 법규 테이블을 개발하기 위한 몇 가지 시험과 분석을 완료했습니다. 이 작업에는 외부 단열을 통해 목재 또는 스틸 프레임 벽 조립체에 체결된 다양한 구성의 외장 및 각재 유형에 대한 측면 하중 저항의 실험실 테스트가 포함되었습니다. 연결 성능을 조사할 때 두 가지 기준이 평가되었습니다.
(1) 연결의 전체 강도
(2) 허용 가능한 변형 성능
허용 가능한 처짐 한계는 외장의 설치된 무게가 각재에 유도할 수직 처짐의 양을 제한하기 위한 성능 요구 사항입니다. 과도한 변형은 사이딩과 다른 밀폐 요소 사이에 발생하는 틈새에 대한 우려로 이어질 수 있습니다.
FSC 및 NYSERDA/SFA 연구의 일환으로 허용 가능한 처짐 한계는 최대 0.38mm로 설정되었습니다. 0.38mm 처짐 한계는 목재 건축을 위한 국가 설계사양에 사용된 목재 연결 설계값에 대한 오랜 기초를 가지고 있습니다. 연구에 따르면 모든 경우에 평균 전단강도가 아닌 0.38mm 처짐 한계가 시스템 용량에 대한 설계값을 제어한다는 것이 확인되었습니다.
FSC 및 NYSERDA/SFA 연구의 두 번째 측면은 연결 용량 예측에서 NDS 항복 이론을 사용하여 목재 대 목재 연결에 대한 현재 기술 지식을 적용하는 정확성을 검증하는 것이었습니다. 연구원들은 TR-12를 사용하여 계산한 5% 수율 예측이 0.38mm의 처짐에서 전단 하중을 합리적으로 정확하게 예측하는 결과를 낳았다는 것을 발견했습니다.
이 값들 사이에는 수학적 연관성이 없지만, 연구자들은 이 시점에서 이용할 수 있는 제한된 연구 및 자금을 고려할 때 0.38mm 처짐 한계로 설계하기에 적절한 근거라 생각했습니다. 또한 1.5의 안전 계수는 지속적인 하중 하에서 재료 응력의 잠재적인 우려를 해결하기 위해 계산된 결과에 추가했습니다. 1.5 안전 계수의 선택은 NDS의 우선 순위 및 제한된 장기 처짐시험을 포함한 몇 가지 요인에 기초했습니다. 그러나 상당한 양의 불확실성이 여전히 예측된 응력에 남아있습니다. 이 분야에 대한 추가 연구가 필요합니다.
이 작업은 외부 단열 피복 위에 외장을 부착하기 위한 규정 요구 사항을 제시하는 제안된 표가 개발되었습니다. 표는 다양한 외장 부착물 및 화스너 구성의 대표적이지만 제한된 선택에 대한 실험실 테스트에 의해 지원되는 TR-12의 계산된 결과를 사용하여 개발되었습니다. 이 표는 최대 외장 무게, 스터드 간격 및 수직 화스너 간격을 기반으로 설치할 수 있는 최대 단열량을 규정합니다. 이 테스트는 목재 외피 외에도 목재 및 스틸 프레임에 부착된 것을 다루었습니다. 벽돌과 같은 다른 재료에 대한 부착은 조사되지 않았습니다.
이 초기 연구의 결과는 외장 부착에 대한 지침을 제공하기 위한 좋은 토대를 마련했습니다. 몇 가지 주요 질문에 대한 답변이 있습니다. 그러나 이 작업은 각재의 처짐에 관한 다른 질문을 야기했습니다.
① 다른 단열재의 영향은 무엇인가?
② 100mm 이상의 두께 증가로 인한 영향은 무엇인가?
③ 장기간 적재시 미치는 영향은 무엇인가
이러한 질문에 답하기 위해 BSC는 이 보고서에 설명된 연구를 설계했습니다. BSC 연구팀은 각재를 이용한 외장 부착의 수치 분석과 실험실 테스트를 사용하여 문제를 조사했습니다. 분석은 외장 시스템의 바람막이 하중, 초기 중력 하중 및 장기 중력 부하에 저항하는 시스템의 능력을 조사했습니다. 수치 해석은 조립의 풍하중 및 수직 중력 부하 저항을 모두 조사했습니다.
실험실 테스트 및 몇 가지 일반적인 외부 단열재 유형에 대한 단기 및 장기 하중 성능을 검사하도록 설계되었습니다. 아래 표는 수행된 가가 테스트에 사용된 재료를 나열합니다.
[단열재]
실험식 작업은 또한 기준 테스트를 위한 두께 100mm(두 겹, 두께 50mm)를 사용하여 단열 두께를 확장하도록 설계되었습니다. 두께 200mm 재료(4겹, 두께 50mm)에 대한 추가 테스트를 수행했습니다. 스터드 간격, 각재 치수 및 화스너 유형과 같은 다른 변수는 각 테스트에서 유지되었습니다. 그러나 더 두께운 단열재 설치에는 다양한 화스너 유형이 필요했습니다.