1. 우레탄판넬은 어떤 유형의 구조적 하중을 지지하는가?
우레탄판넬은 가로 방향으로 가해지는 하중에 매우 잘 견딥니다. 이 하중의 유형은 우레탄판넬의 표면에 수직으로 적용되며 지붕 우레탄판넬의 경우 풍하중뿐만 아니라 실하중, 사하중 및 적설 하중도 포함됩니다. 단열재에 의해 분리되는 우레탄판넬은 표면과 내부 강판이 서로 다른 온도에 있을 때 발생할 수 있는 열 부하에도 강합니다.
우레탄판넬은 축방향 하중을 받는다는 의미에서 “하중 지지” 우레탄판넬로 분류되지 않습니다. 내력벽에 사용할 수 있지만 축방향 하중이 우레탄판넬이 아닌 다른 구조물에 의해 전달되는 경우에만 가능합니다. 많은 우레탄판넬에는 진보적인 요철형 결합 조인트가 있어 앞쪽 가장자리를 따라서만 구조물에 단단하게 고정되어 있습니다. 이러한 측면 조인트 고정 우레탄판넬은 맞물림 하중에 대해 낮은 저항을 나타낼 수 있습니다.
2. 우레탄판넬의 구조 분석
우레탄판넬은 다음과 같은 5가지 기본 잘못된 형식을 가지는 비균질 구조 빔으로 분석됩니다.
① 강판 표면의 굴곡 휨
② 단열재의 전단 파손
③ 과도한 휨
④ 클립/패스너 잘못
⑤ 연결 잘못
우레탄판넬 시스템의 전체 구조 분석은 이러한 각 문제를 해결해야 합니다. 전단 하중 하에 놓이면 단열재 셀이 어느 정도 탄성적으로 변형된다는 점에 유의해야 합니다. 이 변형이 발생하는 정도는 “전단 계수”라고 하는 단열재의 물리적 특성을 정의합니다. 이것은 지지대 간에 반응을 재분배하고 기존의 빔 분석 방정식을 변경하는 추가 편향을 유발합니다.
정확한 구조 분석은 우레탄판넬 제조업체의 설계팀 또는 복합판넬 설계에 익숙한독립 설계 전문가가 수행하는 가장 좋습니다. 우레탄판넬 제조업체는 일반적으로 판넬 계산 및 테스트 보고서를 현장의 기술자에게 제공해야 합니다.
3. 우레탄판넬이 구조적 하중을 전달하는 방법
우레탄판넬이 구조 하중을 전달하는 방식을 이해하려면 실패 방식에 대한 기본 지식이 필요합니다. 설계 특성은 이러한 특성을 극복할 수 있습니다.
1) 굴곡 휨
우레탄판넬의 강판 면은 I-빔의 테두리처럼 굴곡 장력과 압축력을 전달합니다. 우레탄판넬의 최대 모멘트 용량을 초과하면 한쪽 또는 양쪽 표면의 휨 좌굴이 발생합니다. 우레탄판넬의 얇은 강판 표면은 종종 금속의 항복 강도에서 계산된 값보다 상당히 낮은 값에서 휘어집니다. 우레탄판넬의 최대 모멘트 용량은 ASTM E72, ASTM E330 또는 ASTM E1592와 같은 전체 규모 구조 테스트를 통해 결정해야 합니다.
2) 전단 응력
평판 우레탄판넬을 사용하면 단열재가 거의 모든 전단 응력을 전달합니다. 만약 강판 표면이 깊게 성형된 경우(외벽용 또는 지붕 판넬) 단열재와 강판 표면 모두 전단 응력을 가집니다. 우레탄판넬의 전단 용량은 매우 높은 휨하중 하에서 짧은 스팬을 테스트하여 결정할 수 있습니다. 이렇게 하면 휨 좌굴이 발생하기 전에 단열재에 수평 전단 파괴가 유도됩니다. 전단 파괴는 단열재 또는 접착 라인에서 찢어지는 균열에 의해 입증됩니다. 접착 라인의 찢김 균열은 폼 단열재 내에서 발생하며, 폼 단열재와 강판 사이의 복합 접합 결함과 혼동해서는 안됩니다.
3) 과도한 휨
실제 구조적으로 결함으로 분류되지 않지만 과도한 휨은 씰이 파손되어 누출을 유발할 수 있습니다. 대부분의 사양은 우레탄판넬 편향을 스팬 길이의 백분율로 제한합니다. 2015 국제 건축법(IBC) 표 1604.3에서는 연질 마감재를 사용한 벽판넬의 최대 처짐은 L/180으로 허용하지만 벽 판넬의 경우 최대 우레탄판넬 처짐이 L/120으로 일반적입니다.
지붕은 일반적으로 천장을 지지할 때 L/240 또는 L/360과 같은 더 작은 값으로 우레탄판넬 처짐을 제한하고 천장을 지지하지 않을 때 L/180만큼 유연하게 제한합니다. 우레탄판넬 처짐은 간판 표면의 탄성 빔 처짐과 단열재의 전단 처짐의 합으로 계산됩니다. 전단 처짐 구성 요소는 ASTM E72, ASTM E330 또는 ASTM E1592 테스트 중에 얻은 처짐 판독값에서 결정할 수 있는 값인 단열재의 전단 계수의 함수입니다.
장기간의 적설 하중과 같은 지속적인 하중은 우레탄 단열재의 “크리프(구부러짐)”으로 인해 추가적인 전단 변형을 야기할 수 있습니다. 우레탄판넬은 상당히 탄력적이며 횡하중이 제거되면 곧 평평한 위치로 돌아갑니다.
4) 클립/패스너 하중
바람에 의한 상승 또는 “흡입” 하중이 가해지면 우레탄판넬 고정 장치에 집중 하중이 가해집니다. 우레탄판넬 시스템에는 일반적으로 현장에서 조립된 판넬 시스템보다 훨씬 적은 수의 부착 지점이 포함되어 있기 때문에 이 지점 부하가 상당히 높을 수 있습니다. 클립과 우레탄판넬 측면 조인트는 이러한 집중 하중을 견딜 수 있는 충분한 용량으로 설계되어야 합니다. 클립은 일반적으로 잘못된 상황이 아니며 고정 클립이 있는 영역에서 우레탄판넬이 잘못됩니다.
구조적 지지대에 나사를 고정하는 힘을 검사하여 “풀아웃”을 방지할 수 있는 충분한 안전 계수가 있는지 확인해야 합니다. 이것은 멀리 떨어져 있을 때 더 가벼운 지지대에서 문제가 될 수 있습니다. 많은 우레탄판넬 클립에는 2개 또는 3개의 구멍이 있을 수 있으므로 필요한 경우 하나 이상의 나사를 사용할 수 있습니다. 중간 스팬 고정 지점은 일반적으로 끝 고정물보다 높은 하중을 받습니다.
5) 연결 잘못
음의 풍하중에서 유도된 응력은 종종 우레탄판넬의 신장 능력을 좌우하는 가장 중요한 조간을 만듭니다. 이것은 클립/패스너 하중에 대해 설명된 것과 동일한 힘입니다. 풍하중은 우레탄판넬을 지지대로 밀어 넣는 양의 하중과 반대로 우레탄판넬을 건물 밖으로 끌어내는 역할을 합니다. 측면 조인트 은폐식 체결을 사용할 경우 우레탄판넬은 스팬 길이뿐만 아니라 폭 방향으로도 휘어집니다. 부착 지점에 집중도니 인장 및 전단 응력의 조합 결과는 복합 결합을 파괴하고 고정 장치를 조인트 분리 지점까지 왜곡시킬 수 있습니다.
뒷면 고정은 많은 경우에 지지대에 대해 더 넓은 우레탄판넬을 고정하고 지정된 “높은 부하” 조건을 달성하는 데 사용할 수도 있습니다. 뒷면 패스너의 파손은 일반적으로 패스커 풀오버가 아닌 단열재/내장재 간격의 접착 파손입니다. 실제 체결 방법 또는 현장에 사용된 방법을 포함한 우레탄판넬의 음의 하중 전달 용량은 ASTM E72, ASTM E330 또는 ASTM E1592에 따라 테스트해야 합니다.
우레탄판넬의 5가지 기본 잘못된 원인과 관련된 또 다른 요인은 열 응력입니다. 우레탄판넬 재료는 단열 값이 매우 높기 때문에 표면과 내부 강판은 일반적으로 서로 다른 온도를 가집니다. 온도 차이로 인해 표면과 내부 강판이 서로 다르게 팽창하거나 수축합니다. 강판 표면 우레탄판넬은 더 따뜻한 쪽으로 휘는(예: 열 휨) 경향이 있습니다. 열 휨은 특히 냉장 보관의 높은 내부 칸막이 벽에서 과도한 처짐으로 인해 우레탄판넬에서 발생할 수 있습니다.
다중 스팬 조건은 열 휨으로부터 우레탄판넬을 억제하고 구조적 하중과 유사한 외장 및 단열재에 응력을 유발합니다. 어두운 색상의 외부 면이 있는 긴 길이의 우레탄판넬은 설계 구조 하중으로 인해 발생하는 응력을 초과하는 열 유도 면 응력을 가질 수 있습니다. 열 응력을 증가시키는 요소에는 긴 우레탄판넬, 어두운 색상, 알루미늄 표면 및 얇은 단열재가 포함됩니다.
4. 결론
우레탄판넬은 매우 강력한 건물 외장을 제공합니다. 이러한 우레탄판넬이 지지대 사이에서 3m 이상의 범위 성공적으로 달성하는 것은 드문 일이 아닙니다. 구조적 지지를 위해 우레탄판넬의 폭과 두께 또는 지지 간격을 조정할 수 있습니다. 강판 표면의 두께는 스팬 기능, 열 응력 및 굽힘 좌굴에 영향을 미칠 수 있습니다. 우레탄판넬의 복합 결합은 매우 얇은 두께 표면에서도 개별 구성 요소보다 훨씬 더 강한 건물 단위를 생성합니다.