2. 금속 지붕: 제품 계열 및 금속 지붕의 역사
1) 금속 지붕: 제품 계열 2) 금속 지붕의 역사
(1) 가장 빠른 사용과 방법 (2) 유럽의 영향 (3) 현대의 생산 및 성장 (4) 제작 방법
① 수공구 및 납땜 ② 브레이크 성형 ③ 주름, 롤 성형 및 프레스 브레이크
금속 지붕을 설치할 때, 시스템이 올바르게 작동하려면 각 부품의 적절한 설치에 따라 관련이 있는 개별 구성 요소 시스템이 설치되고 있음을 인식하는 것이 중요합니다. 이 “제품군”과 이 제품들이 어떻게 관련되어 있는지를 이해하면 모든 설치 작업을 보다 쉽고, 안전하며, 덜 혼란스럽게 만들 것입니다.
금속 지붕은 항상 고급의 지붕 재료로 간주됩니다. 금속 지붕이 수세기에 걸쳐 어떻게 발전했는지에 대한 간략한 설명을 통해 설치자가 다양한 지붕 스타일, 패널 유형, 재료 및 이음 방법이 어떻게 개발되었는지 이해할 수 있습니다. 각각은 지붕 문제를 해결하기 위해 개발되었습니다. 일부는 독특한 지붕 상황을 충족시키기 위해 개발되었습니다.
1) 금속 지붕: 제품 계열
일반적인 금속 지붕 시스템은 어떤 적용에서 설치 업체가 고려해야할 다섯 가지 기본 구성요소로 구성됩니다. 이것은
① 하부 구조 ② 지붕 패널 및 트림(trim) ③ 고정 ④ 일반적인 지붕 부속품 ⑤ 지원 구조
하부 구조는 상부 지붕 패널이 부착되는 기초 또는 베이스입니다. 지붕의 맨 위층을 젖힐 때, 가장 먼저 발견되는 것입니다. 두 가지 주요 유형의 기질을 솔리드 데크(solid deck) 및 오픈 프레이밍(open framing)이 라고 합니다. 데크 재료는 목재 또는 금속일 수 있으며, 일부 기질은 경질의 단열을 가질 수 있습니다.
[하부 구조의 유형]
지붕 패널과 트림은 지붕의 최상층을 구성하며 날씨와 환경에 직접 노출됩니다. 이것은 다음을 통해 만들 수 있습니다.
① 천연 금속 ⓐ 알루미늄 ⓑ 구리 ⓒ 아연
② 합금 ⓐ 알루미늄/징크 ⓑ 스테인리스 스틸
③ 금속 코팅 재료 ⓐ 아연도금 ⓑ 갈바륨
이것은 전통적인 아스팔트 싱글, 목재, 슬레이트 또는 타일 복제와 마찬 가지로 시트, 패널 또는 작은 개별 조각의 형태일 수 있습니다. 금속 패널의 크기와 모양 및 트림 조각은 다양할 수 있지만, 무게가 가볍고 설치가 용이합니다. 대부분의 패널 스타일과 종류는 페인팅 또는 페인팅 할 수 없습니다.
금속 지붕을 설치하려면 다양한 스타일과 유형의 화스너(fastners) 및 클립을 사용해야 합니다. 이것은 구조에 지붕을 유지할 책임이 있는 구성 요소입니다. 예로 아래 그림에 화스너(fastners) 및 클립을 보여줍니다. 화스너(fastners)의 정확한 스타일과 규격은 설치되는 지붕 패널과 지붕의 설계 요구 사항에 따라 달라집니다. 바람이 강한 지역에 설치된 지붕은 바람이 잔잔한 환경에 설치되는 것과는 다른 화스너(fastners)와 간격을 필요로 합니다. 눈과 얼음의 하중 및 건축법과 같은 다른 고려 사항은 설치에 필요한 화스너(fastenrs) 및 클립의 유형과 양을 변경할 수도 있습니다.
일반적인 지붕 부속품은 모든 설치의 일부입니다. 모든 설치자는 통풍구, 배관 침투 등과 같은 일반적인 부속품 설치에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 설치자는 채광창, 스노우 가드(snow guards) 및 태양열 패널과 같은 부속품 설치에 대해 잘 알고 있어야 하며, 작업 또는 위치에 따라 다릅니다. 이 부속품의 일부는 표준 지붕 설치의 일부가 아닌 화스너가 필요할 것입니다.
지붕에 대한 지지 구조는 하부 구조와 단열재 및 부속품을 포함하여 설치된 지붕의 무게를 지탱해야 합니다. 이 지원 시스템은 또한 바람, 눈, 얼음, 지붕 설치 장비 및 지붕이 겪게 될 보행으로 인한 추가 지붕 하중을 고려해야 하며, 이러한 하중을 구조물로 전달해야합니다. 지지 구조는 일반적으로 목재, 철골, 석재 또는 콘크리트의 프레임 시스템입니다.
이 “제품군”의 구성은 지붕이 설계된 보호, 성능 및 기대 수명을 제공하기 위해 적절하게 선택되고 설치되어야 합니다. 이러한 각 구성 요소는 이 매뉴얼 전반에 걸쳐 설치자의 관점에서 더 자세하게 다루고 논의됩니다.
2) 금속 지붕의 역사
(1) 가장 빠른 사용과 방법
약 2000년 전에 스미스는 금속으로 된 작은 지붕판을 두들겼습니다. 이 역사를 시작으로 현재까지 금속 지붕은 가장 중요한 건물과 예배 센터를 위해 자주 예약된 고급의 지붕 시스템으로 항상 간주되었습니다. 몇 가지 극단적인 경우, 금속 지붕이 금으로 만들어졌다! 금속 지붕의 긴 수명은 문서화 되어있고, 잘 알려져 있습니다. 성능이 좋은 수백 년 된 금속 지붕이 있습니다. 가장 빠른 금속 지붕은 중동에서 약 675 A.D. 또는 그 이전에 지어졌습니다. 이것은 특히 이 지역에 맞게 둥근 지붕 스타일 및 돔 형태로 적합했습니다.
[691년에 완공된 암석의 돔으로 금이 새겨진 알루미늄 지붕]
(2) 유럽의 영향
십자군 전쟁 기간 동안, 지붕 공예가 중동에서 유럽으로 이전되었을 때, 금속 지붕으로 변화되었습니다. 유럽에서 널리 보급된 건축 양식과 기후 스타일에 적합한 금속 지붕 형상으로 변화되었습니다. 가파른 지붕과 지붕에 쌓이는 눈과 얼음이 흘러, 그 당시 사용된 이음새가 손상되었습니다. 목재 조각을 직립 조인트와 판넬 사이에 삽입했습니다. 새로운 이음새 스타일(batten seam)이 만들어졌습니다. 배튼 커버(barren cover)란 별도 조인트 구성품의 추가는 두 개의 직립 안에서 맞물리고 조인트를 덮었습니다.
[유럽의 영향을 보여주는 금속 지붕]
(3) 현대의 생산 및 성장
수세기 동안, 이러한 스타일은 설치 지점(현장)에서 손 도구 중 가장 간단한 도구로 제작되었습니다. 금속은 부드럽고 쉽게 성형됩니다. 금속 지붕은 산업 혁명이 이루어질 때까지 상태를 유지했습니다. 이로 인해 금속 지붕의 재료, 도구 및 방법이 크게 변경되었습니다. 정제 기술과 광업의 개선, 제조 도구 및 장비의 혁신 그리고 새로운 재료의 개발은 새로운 스타일의 금속 지붕이 등장하도록 했습니다.
(4) 제작 방법
① 수공구 및 납땜
수공구는 항상 적절한 금속 지붕의 설치에 중요한 부분이며, 여전히 그렇습니다. 하지만, 첫 번째 도구는 단순하고 원시적인 도구였습니다. 망치, 모루와 나무망치, 집게, 손과 발을 이용한 브레이크가 표준 도구였습니다. 간단한 냄비 제작자가 나중에 나타났습니다.
[초기 지붕용 수공구]
가장 초기에 이음새 조인트는 접히고 지붕에 평평하게 두들겨서 겹쳐진 입술 모양이었기 때문에 플랫 이음새(flat seam)라는 용어가 사용되었습니다. 나중에 납땜 기술이 개발됨에 따라, 이러한 이음새는 납땜되어 날씨에 영향을 받지 않는 밀봉된 표면을 제공합니다.
② 브레이크 성형
강철 시트 제품의 성장은 1800년대 중반에 증가했지만, “판 브레이크(leaf-brake)”의 발명은 더 길고 곧은 굴곡을 가능하게 했습니다. 이러한 굴곡은 보다 정확하고 수공구보다 훨씬 빨리 성형될 수 있습니다. 따라서 숙련된 인력을 고용하지 않고, 생산 환경에서 패널을 미리 구부려서 금속 지붕 스타일을 더 저렴하게 만들 수 있었습니다. 이제 길이 2.4~3m의 패널을 사용할 수 있게 되었습니다. 설치가 더 쉬워 설치 비용과 인건비를 절약할 수 있었습니다.
이 패널의 일반적인 이음새는 이음매가 올라오고 배수된 물과 멀리 떨어진 돌출된(standing seam) 이음새 유형이었습니다. 세계 2차 대전 이후, 현대적인 기술은 금속 지붕을 획기적으로 바꿀 제조 방법의 변경을 가져왔습니다.
③ 주름, 롤 성형 및 프레스 브레이크(press brake)
철강 제조사는 아주 얇은 강판을 사용하여 “주름진 드럼(corrugating drum)” 아래로 통과시켜 길이 방향의 융기 부분을 눌러 넣을 수 있음을 발견했습니다. 아래의 그림에서 볼 수 있듯이, 현대의 롤 성형 장비는 평평한 소재에 리브(ribs)와 융기(ridges)를 추가할 수 있습니다. 이 융기가 패널의 강도를 더 합니다. 금속 강판 패널은 이제 길이를 확장할 수 있으며, 각 금속 강판 패널 아래에 경질의 데크 표면이 필요하지 않습니다.
금속 강판 패널은 이제 지붕 표면뿐만 아니라 구조 부재로 사용되었습니다. 이 주름진 패널은 금속 지붕을 이제 지붕에서 매우 경제적인 선택으로 만들었습니다. 금속 주름진 지붕은 많은 응용 분야에서 “선택의 지붕”이 되었습니다.
주름진 금속 지붕은 주름진 “피크” 또는 “높은 지점”에서 고정된 못을 사용하여 설치되었습니다. 나중에 가스켓이 달린 화스너가 개발되었습니다. 이것은 금속 강판 패널의 “골” 또는 낮은 주름에 설치할 수 있습니다.
이와 같은 개념은 롤 포밍(roll-foaming) 기술이 개발된 2차 세계대전 이후 거대한 도약을 가져왔습니다. 압연 시트 대신에, 긴 코일이 한 번에 하나의 시트가 아닌 연속적인 공정으로 말려지고 성형되었습니다.
[롤 성형 설비]
금속 강판 패널은 이제 매우 정확한 치수로 생산됩니다. 다양한 스타일로 마감되는 형상을 쉽게 생산할 수 있었고, 금속 강판 패널의 길이는 취급 및 운송 제한에 의해서만 제한되었습니다. 이 공정으로 제조 비용이 크게 절감되었습니다. 오늘날 롤 포밍 장비는 분당 최대 180m 속도로 작동하고, 자동으로 측정되고, 극도의 정확도로 거의 모든 길이로 금속 강판 패널을 절단합니다.
금속 강판 패널 길이가 증가함에 따라, 비싸고 문제가 있는 끝과 끝(end-to-end) 조인트가 감소되었습니다. 이것은 설치를 크게 단순화하고 비용을 줄였지만, 또 다른 문제가 나타나기 시작했습니다. 이러한 긴 패널의 영향으로 인해 지붕 파손이 보편화되었습니다. 이러한 긴 패널의 부착은 이러한 효과를 수용하기 위해 변경되어야 했습니다. 부착 방법은 이 매뉴얼의 뒷부분에 자세히 설명합니다. 대부분의 롤 설형 패널의 이음새는 직립 이음매 유형입니다.
롤 성형 장비는 공장에서 현장 생산으로 변화했습니다. 오늘날 금속 지붕 설치자는 롤 포밍기를 “현장”으로 이동할 수 있기 때문에 개별 작업에 맞게 재료를 빠르게 만들 수 있습니다.
[이동식 롤 포밍기]
시트 금속의 프레스 성형은 일반적으로 프레스 브레이크(press brake)라는 장비를 사용합니다. 이 공정은 개별 금속 싱글, 타일 또는 평행한 긴 패널의 특성이 없고 질감이 있는 형상을 만듭니다. 프레스 성형은 독립형 공정 또는 롤 성형에 사용될 수 있습니다.
프레스 성형 금속 패널은 종종 아스팔트 싱글, 목재, 슬레이트 또는 세라믹 타일과 같은 기존의 전통적인 금속 패널과 유사하게 만들어집니다. 이것은 더 경량의 무게와 간단한 설치의 이점을 제공합니다. 이것의 긴 수명은 실제 슬레이트 또는 타일의 수명과 비교되며 유지 보수 문제는 줄어듭니다.