출처: https://www.nrel.gov/docs/fy13osti/54643.pdf
2) 풍하중 저항
풍하중 인발 저항은 화스너 인발의 기능이며 화스너 길이와 무관합니다. 결과적으로 단열재 두께는 화스너의 인발 용량에 영향을 미치지 않습니다. 화스너의 인발 용량은 잘 연구되고 문서화되었습니다. 설계 용량은 2005 NDS(AF&PA 2005)에 명시된 설계 지침에 따라 결정될 수 있습니다. 이로 인해, 실험실 시험은 필요하지 않은 것으로 간주되었습니다.
(1) 장기 시험 계획
장기 시험의 경우, 시험 설정은 고정된 사하중이 있는 두 개의 각재에 대해 동일한 하중 문제 및 공간 제약으로 단일 각재로 축소되었습니다. 시험 패널의 높이는 2.5m, 폭 400mm로 벽돌 블록 벽에 고정되었습니다. 각 시험 패널은 아래와 같이 구성되었습니다.
① 2×4 각재 스터드(단일 스터드)
② 9.5mm OSB 피복
③ 건물 감쌈
④ 100mm 외부 단열재(두 겹)
⑤ 1×3 목재 각재에 #10, 400mm 나사로 고정(패널당 총 7개 화스너)
[장기 편향 시험 패널]
각재는 100kg의 사하중으로 적재되었습니다. 처짐 기록은 시험 패널의 초기 적재 동안 30초 마다, 적재 첫날은 여러 번 수행되었습니다. 첫째 날 이후에는 일반적으로 다음 달 동안 매일 기록하고 그 후에는 며칠마다 기록했습니다. 온도 및 상대 습도(RH)도 기록되었습니다.
[각재의 가장자리에 사하중 부착]
(2) 결과 및 토론
① 단기 변형시험
아래 도표는 단기 처짐시험 결과를 요약한 것입니다. 기록된 처짐은 OSB 피복과 각재 사이의 수직 이동 차이입니다. 도표 위에는 일반적으로 사용되는 외장 유형별 가중치 범위가 표시됩니다. 또한 공통 처짐 갭 크기는 참조를 위해 강조됩니다.
[단기 처짐시험 결과(100mm 두께 단열재)]
[단기 처짐시험 결과(200mm 두께 단열재)]
시스템 용량은 화스너의 굽힙 강도, 각재 및 프레임 부재의 지지 강도 및 경질 단열재의 압축강도 및 층 사이의 정적 마찰과 다른 요소를 포함한 다양한 원천에서 개발되었습니다.
[수직 변위 저항을 제공하는 힘]
초기 하중에서, 하중은 각재의 조립에 의해 단열재에 유도된 사전 압축력뿐만 아니라 화스너의 굽힘에 의해 흡수됩니다. 수직 하중의 증가함에 따라, 하중의 더 많은 부분이 압축을 통해 단열재에 전달됩니다. 압축 하중이 증가하면 화스너의 굽힘 및 회전으로 인해 단열재에 정상적인 힘이 발생합니다.
처짐시험은 다양한 층 사이의 마찰이 시스템 용량의 개발에서 상당히 중요하다는 것을 보여주었습니다. 대부분의 시험에서 층 사이에서 미끄러짐은 층 사이 정적 마찰을 극복함에 따라 수직 하중이 발생했습니다. 이로 인해 처짐 측정값이 급상승했습니다. 매끄러운 표면을 가진 제품 층 사이에서 미끄럼이 발생했습니다. 그러나 경질 광물섬유 단열재와 같이 표면이 거친 제품에서는 미끄러짐이 보이지 않았습니다.
여러 요인이 시스템 용량 개발에 함께 작용하기 때문에 화스너의 수와 시스템 용량과 선형 관계는 없습니다. 간단히 말해서 화스너 수량을 두 배로 늘려도 시스템 용량이 배가되지는 않습니다. 용량의 일부는 정적 마찰 저항뿐만 아니라 회전 저항으로부터 외부 단열에 대한 압축력을 기초로하기 때문에 설치 사례의 변형은 단열 압축과 정적 마찰이 발생할 때까지 시스템의 초기 용량에 영향을 줄 수 있습니다.
시험 설정에 사용된 시스템 구성에 따라, 금속, 비닐, 목재 및 섬유 시멘트 사이딩의 사하중에 의한 처짐은 최대 200mm 두께 단열재의 경우 약 0.1mm이하가 될 것입니다. 모든 실제적인 목적을 위해, 이 범위에서 변형은 재료 공차, 구조 공차 및 열 팽창 및 수축 운동과 같은 다른 요인으로 인해 제로(zero) 변형으로 간주될 수 있습니다. 또한 수분 팽창과 수축 운동은 고려 중인 재료의 크기가 더 큽니다.
스타코 외장 시스템의 경우, 예전되는 변형량은 여전히 작습니다(최대 100mm 단열재의 경우 0.8mm, 최대 200mm 단열재인 경우 1.6mm). 이 초기 처짐은 스타코 몰탈이 수화되기 전에 발생하며 나중에 단단한 스타코 시스템의 균열을 일으키지 않습니다. 우려를 해소하기 위해서는 시스템의 장기적인 움직임을 검토할 필요가 있을 것입니다.
부착된 석재 베니어의 경우, 시험에 사용된 스터드 간격 및 화스너 간격을 고려할 때 예상되는 처짐이 더 큰 문제가 되기 시작합니다. 두께가 100mm인 단열재의 경우 3mm를 초과하고 200mm 단열재의 경우 6mm를 초과하는 경우 움직임은 매우 중량인 석재와 두꺼운 몰탈 층으로 가능합니다. 시스템의 용량은 화스너의 더 가까운 간격과 더 가까운 수직 간격을 사용하여 증가시킬 수 있지만, 화스너당 용량을 기초로 한 선형 보간법은 앞에서 설명한 것처럼 이 단순화에서 다른 요인들이 고려되지 않았기 때문에 가장 정확한 결과를 산출하지 못할 수 있습니다.
단열 유형의 영향은 시스템의 개발 용량에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보입니다. 단열 유형의 상대적 성능은 100mm 시험과 200mm 시험 사이에서 변경되었습니다. 예를 들어, 준불연 경질우레탄폼 단열재는 100mm 시험에서 두 번째로 높은 용량을 가지지만 200mm 시험에서 가장 낮은 측정 용량을 가졌습니다. 설치 방법의 차이가 사용된 단열재 유형보다 성능에 더 큰 영향을 줄 수 있습니다.
데이터를 조사한 결과, 0.3mm 처짐에서 시스템 용량은 EPS 및 XPS의 경우 약 10psf(10kg), 준불연 경질우레탄폼 단열재 및 광물 섬유단열재의 경우 약 13psf(13kg)이며 두께는 100mm인 것으로 나타났습니다. TR-12의 실험 계획에 의해 결정된 바와 같이, 100mm 간격의 #10 목재 나사의 예측 값은 12kg입니다. 결과는 FSC(폼 외장 조합) 및 SFA 연구 결과와 합리적으로 관련이 있습니다. 200mm 처짐 시험의 경우 0.3mm 처짐에서 더 넓은 범위의 결과가 있었습니다. 용량은 미네랄울 섬유 및 준불연 경질우레탄폼 단열재의 경우 7psf(3kg), XPS의 경우 9psf(4kg), EPS의 경우 12psf(12kg) 사이에서 측정되었습니다. TR-12의 실험 계획에 따라 200mm 간격의 #10 목재 사이의 예상 값은 6kg입니다. 예측된 값은 측정 데이터의 최저값에 있었고 실제 측정 용량은 항상 더 높았습니다.
① 장기 변형시험
아래 그림은 장기 처짐시험 결과를 보여줍니다. 도표에서 겹쳐지는 것은 일반적인 처짐 측정입니다. 시스템에서 96kg(600mm에서 13psf, 400mm에서 20psf)의 궁극적인 부하를 가지고 있습니다. 중량은 더 무거운 스타코 또는 부착된 석재 베니어 외장을 대표하도록 선택되었습니다. XPS 단열재를 사용한 추가 시험은 작은 하중 하에서 크리프 효과가 다른지 알아보기 위해 24kg인 사하중으로 수행되었습니다. 이 시험은 섬유 시멘트 피복 설치를 시험하기 위해 고안되었습니다.
모든 시험(준불연 경질우레탄폼 단열재 제외)의 경우 6개월 동안 적재한 후 장기 처짐값은 0.8mm 미만 또는 전후입니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재 샘플에 표시된 처짐은 지속적인 크리프(물체가 일정한 병형력 아래서 시간의 흐름에 따라 천천히 변형하여 가는 현상. 온도가 높고 변형력이 클수록 그 변형은 빠름)의 가능성을 보여주는 것처럼 보였습니다. 최대 처짐은 6개월 후 2.3mm에 달했으며 비교적 일관된 움직임 추세를 보였습니다.
준불연 경질우레탄폼 단열재 시험 결과에 약간의 우려가 있습니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재의 처짐에서 두 개의 못은 준불연 경질우레탄폼 단열재 시험 설정에 바로 인접한 벽에서의 건설 활동과 관련이 있었습니다. 이러한 건설 활동은 못을 유발하는 것으로 추저외었습니다. 이로 인해, 준불연 경질우레탄폼 단열재 설정에서 언급된 추가적인 처짐은 시험 설정이 다른 실험실 장비에 근접하고 시험 활동으로 인한 것일 수 있으며 단열의 크리프 영향으로 발생하는 것이 아닙니다.
[지속적인 하중에서 각재의 변형]
시험 초기단계(초기 하중 후 처음 3주)에서, 약간의 추가적인 하향 수직 이동이 관찰되었습니다. 그러나 온도와 RH는 보다 안정적인 범위에서 유지되었습니다. 모든 경우에 추가 처짐에 대한 매우 작은 경향이 보일 수 있습니다. 그러나 크기는 0.06mm 정도였으며, 지속적인 하중으로 인한 크리프 효과(물체가 일정한 병형력 아래서 시간의 흐름에 따라 천천히 변형하여 가는 현상. 온도가 높고 변형력이 클수록 그 변형은 빠름)로 인해 발생하지 않을 수 있습니다. 실험실에서 온도가 약간 증가하고(약 –15℃) RH가 떨어졌을 때, 처음 3주 후에 더 실질적인 움직임이 발생하는 것처럼 보였습니다(약 55%~40% RH). 0.25mm 정도의 움직임이 관찰되었습니다.
완전한 데이터를 보면, 온도아 RH의 변동으로 인해 약간의 움직임이 나타납니다. 실험실 공간의 온도는 15℃~24℃ 사이에서 변동했으며, RH는 테스트 과정에서 60%와 30% 사이에서 변동했습니다. 테스트 설정에서 변형 움직임은 이러한 환경 변화를 추적하는 것으로 보입니다. RH의 감소는 각재의 수직 하향 처짐이 증가하는 일반적인 경향을 초래합니다. 그 반대도 사실이라는 것을 주목해야합니다. RH의 증가는 각재의 상향 수직 이동에 해당하는 것으로 보입니다. 이것은 EPS를 제외한 모든 단열재에 해당됩니다. EPS 시험 패널의 움직임은 RH의 감소로 각재의 수직 상승이 발생하는 역방향 경향을 나타냈습니다.
XPS 샘플에 대해 5psf에서 수행된 시험은 온도와 RH가 변하더라도 샘플에서 거의 움직임이 보이지 않는 매우 안정적인 성능을 보여주었습니다. 시험 데이터로부터 장기간의 하중이나 환경 변화로 인한 샘플의 움직임을 구별하기 어렵습니다. 긍정적인 움직임과 부정적인 움직임 모두 주목되었습니다. 환경 변화로 인한 움직임은 수분 흡수 또는 열 변화에 의한 재료 팽창 및 수축에 의해 발생할 가능성이 가장 큽니다. 제한된 시험을 고려할 때, 이 효과의 크기는 이 시점에서 예측할 수 없습니다. 또한 재료의 특성 변화는 실제 사용 온도 범위에서 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 이것은 시험에서 설명되지 않았습니다. 다양한 온도 및 습도 조건에 노출된 외부 샘플에 대한 추가 시험이 권장됩니다.