10. 지붕 설계
1) 금속 지붕의 특징 및 이점 2) 상향력(uplift) 3) 에너지효율
(1) 차가운 지붕 색상 (2) 환기 (3) 단열 요구사항
4) 결로 문제 5) 얼음 웅덩이 6) 지붕 밑깔개 7) 열 이동
(1) 열 이동량 계산 (2) 고정점 (3) 장식 부착
8) 오일 캐닝(표면 왜곡, oil canning)
(1) 정의 (2) 원인 (3) 경감
9) 부식 문제
(1) 물고임 (2) 잔해 (3) 이종 금속 (4) 시멘트, 몰탈 및 다른 알칼리
10) 홈통 시스템과 통합
(1) 모서리 물방울 (2) 홈통 크기 조정 (3) 돌출부
11) 물 흘리기 및 비바람에 견디는 이론
(1) 역류 (2) 지붕에서 신속한 물 배출 방해 (3) 골 크기 (4) 실란트 배치 (5) 화스너의 적절한 설치
12) 최상의 지붕 유형 결정
(1) 지역 기후 (2) 지붕 경사면 (3) 가장 긴 지붕 실행 (4) 데크 하부 구조 (5) 지붕 기하학(골, 지붕 창 등)
13) 현장 측정
(1) 주문하기 전에 (2) 곡선의 경우 (3) 처마 돌출부 (4) 피치
이 장에서는 설치자에게 주요 지붕 설계 개념을 소개하고, 설치자가 수행해야 하는 실제 작업과의 관계를 보여줍니다. 이러한 주제에 대한 실무 지식이 있는 설치자는 세 가지 주요 이점이 있습니다.
① 설치 과정의 각 부분이 이러한 핵심 설계 영역과 관련되어 영향을 미치는 방식에 대한 이해
② 특정 화스너, 재료 및 방법을 사용해야 하는 이유를 이해하는 것입니다. 여기에는 설치에 지정된 유형 또는 스타일뿐만 아니라 사용된 수량 및 간격이 포함됩니다.
[금속 지붕 디자인의 용도와 다양성]
③ 전문 지식을 가진 작업자의 세 번째 이점은 설치 중에 정보에 입각한 의사 결정을 내리는 능력입니다. 모든 설치에는 설치자가 해결해야 하는 대체, 수정 및 고유한 상황이 있습니다. 이러한 개념을 이해하면 설치자가 설치를 위험에 빠지지 않는 방식으로 각 문제를 해결할 수 있습니다. 지식이 풍부한 설치자는 원래의 설계 요구 사항을 초과하거나, 어떤 경우에는 초과하는 결정을 내릴 수 있습니다.
설치자에게 우려를 유발할 수 있는 상황이 발생하면, 상대방에게 효과적인 방법으로 문제를 지식적으로 전달할 수 있는 이해를 갖게 됩니다. 이러한 결정은 어려운 손질 상황, 제거된 화스너, 수리 또는 추가적인 지붕 장비가 설치될 때 종종 발생합니다. 배관공, 전기업자, HVAC 전문 인력과 같은 다른 작업자가 개조가 필요할 때 추가 상황이 발생합니다.
각 설계 개념은 고객에게 사양을 충족시키는 지붕을 제공하기 위해 설계자가 따라야 하는 핵심 원칙 및 일반적인 고려 사항과 함께 간략하게 제시됩니다. 간략한 요약에 이어, 설치자와 관련된 내용이 표시되어, 설치자의 작업이 이 개념과 어떤 관련이 있는지 보여줍니다.
1) 금속 지붕의 특징 및 이점
금속은 항상 고급스러운 지붕 재료로 간주되어 왔습니다. 금속 지붕의 수명이 기대 이상으로 극도로 길다는 것은 항상 긍정적인 특성이지만, 높은 초기 비용은 주요한 단점입니다. 금속 지붕의 무게 이점은 새롭거나 대체 지붕으로서 매력적인 선택입니다. 금속 지붕의 상대적으로 가벼운 무게는 구조적인 지원을 덜 요구하고, 새로운 건축 비용을 줄이며, 오래된 지붕을 제거하고 폐기비용 및 인건비를 절약하며, 기존 지붕을 대체 금속 지붕의 단열재로 사용할 수 있습니다.
수명 주기 비용과 환경 문제가 지붕 결정의 주요 요인으로 성장했습니다. 결과적으로, 금속 지붕은 주거 및 상업용 분야 모두에서 인기가 높아지고 있습니다. 상기 그림에서와 같이 사용 가능한 유형과 재료의 다양성은 매력적입니다. 할인과 에너지 비용 절감은 많은 건물주가 금속 지붕으로 변경하도록 유도했습니다.
금속 지붕의 성장과 더불어, 이러한 모든 혜택은 오늘날 설치자에게 축복이자 도전 과제입니다. 미래의 직업 경로로 밝아 보이지만, 금속 지붕의 장점 중 많은 부분이 적절한 설치에 의존하기 때문에 도전이 되는 축복입니다. 오늘의 설치자는 증가하는 제조업체에서 끊임없이 변화하는 도구, 화스너, 실란트, 접착제, 방법 및 절차의 선택으로 인해 많은 어려움을 겪고 있습니다. 기본 지붕 설계를 이해하면 설치 업체는 이러한 선택 사항을 적시에 평가하고 적절한 선택을 할 수 있습니다.
2) 상향력(uplift)
바람은 항상 지붕 시스템에 응력을 줍니다. 이 응력의 대부분은 완성된 지붕에서 위쪽으로 당기거나 흡입하는 형태입니다. 이러한 현상을 “바람에 의한 상향력(wind uplift)”라고 합니다. 그것은 비행기 날개에서 일어나는 것과 같은 효과이며, 비행기가 지상에서 들어 올리도록 합니다. 이 응력은 풍속에 달려 있지만, 지붕의 다른 부위에 따라 다양합니다. 이것을 “바람 영역(wind zones)”이라고 하며, 아래 그림에서 확인할 수 있습니다. 이 영역은 이러한 응력에 영향을 받는 지붕 구조의 가장 취약한 부분에 나타나며, 가장 먼저 손상될 가능성이 있습니다.
[지붕의 바람 영역 위치]
아래 그림과 같이 이 영역에서 붕괴되기 시작하면 심각한 피해가 발생할 수 있습니다. 지붕은 전형적인 기후 조건을 유지하도록 설계되어야 할뿐만 아니라 중요한 바람 조건의 가능성도 고려해야 합니다. 설계자는 지붕에서 발생할 수 있는 응력을 계산할 때 영역, 공학 공식 및 안전 계수에 대한 과거 기후 데이터를 사용합니다. 이 데이터를 사용하면 설계자가 설치에 필요한 적절한 화스너, 틀립, 간격 및 위치를 결정할 수 있습니다.
[지붕 바람 피해의 잠재적인 영역]
화스너와 클립은 지붕이 상승하는 인자를 견딜 수 있는 능력이 중요하며, 가장 약한 연결로 간주됩니다. 화스너는 풀 아웃 강도(pullout, 강판 재료가 화스너 위로 잡아 당겨지는 곳)뿐만 아니라, 풀 오버 강도(pullover, 화스너가 재료를 끌어당기고 빼는 곳)에 대해 시험되고 평가됩니다. 그 힘은 아래 설명되어 있습니다. 클립은 당김 강도와 지붕 강판과 겹치고 고정되는 클립 부분의 강도에 대해 시험됩니다. 이것이 화스너와 클립의 적절한 크기, 수량 및 간격을 항상 사용해야하는 이유입니다.
[화스너 풀오버(pullover) 및 풀 아웃(pullout) 인자]
잘 설계된 금속 지붕 시스템은 다른 지붕 시스템보다 극심한 바람 하중을 견딜 수 있습니다. 경험에 의하면 적절하게 설계되고 설치된 금속 지붕은 심한 바람 조건에서 다른 지붕 제품보다 오래도록 사용되었습니다. 이것은 허리케인(hurricane)이 발생할 수 있는 지역에서 선택한 지붕입니다. 금속 지붕은 UL(Underwriter Laborratories)에서 가장 높은 바람에 의한 상향력을 충족하도록 제작할 수 있습니다.
금속 지붕의 수명은 화스너, 클립, 밀봉제 및 접착제가 적용될 때 “설치자의 손”에 달려있습니다. 설치자는 지붕 위의 다양한 바람 영역을 이해해야 합니다. 이 영역에는 화스너와 클립이 추가로 필요할 수 있습니다. 화스너의 간격은 다른 지붕 영역과 다를 수 있으며(일반적으로 더 가까움), 추가적인 밑깔개 및 실란트가 필요할 수 있습니다.
다른 인자들도 설치 세부 사항을 제어합니다. 연방 정부, 주정부 및 지방 당국의 표준 및 요구 사항은 제조 업체가 제공한 권장 사항과 다를 수 있습니다. 또한 모든 설치에 추가적인 특수 규칙이 적용되는 “특별 바람 지역”이 지정됩니다. 이것은 한 도시에 설치하는 것이 인근 위치에 설치된 거의 동일한 작업과 다르게 설치될 수 있음을 의미합니다.
바람의 영향은 또한 고도에 따라 달라지며, 지상과의 거리입니다. 지상에서 시간당 50마일(mile)의 바람은 한층 더 강해질 것입니다. 산, 해안 및 기타 조건과 같은 지리적 특징은 지붕의 바람 하중을 변화시키고 다른 설치 요구 사항을 필요로 할 수 있습니다.