유리커튼월의 피해원인 및 사례

     유리-프레임 간 충분한 공차(Clearance)가 없는 경우

 

건축물의 최 외곽에 위치하고 외부 마감재로써 설치되는 유리커튼월은 구조체의 변형과 밀접한 관계를 가지고 있으므로 구조체의 변형을 고려해야한다. 지진이 발생하면 커튼월과 연결된 상부 슬래브와 하부슬래브의 위치가 서로 상이하게 이동하며, 이는 구조의 층간변위를 발생시킨다. 층간변위 발생 시 유리와 프레임 사이의 간격이 변위를 흡수할 수 없이 좁게 형성되어 있으면 지진 하중과 이로 인한 진동 등의 힘이 취성재료인 유리에 직접 가해지게 되어 유리가 파손된다. [그림 1]의 좌측사진은 2016년 9월 경주에서 발생한 규모 5.8의 지진으로 상점의 전면부 유리커튼월이 파손된 사진이다. 유리가 파손되어 파편이 튀기거나 떨어지면서 보행자 및 내부 재실자에게 큰 상해를 입힐 수 있고, 인접한 물품의 손상과 유리커튼월을 복구하기 위해 경제적 손실이 발생할 수 있다.

[ 그림 1. 유리의 파손 (좌 2016 경주지진, 우 2010 칠레지진, FEMA E-74) ]

지진이 발생하면 지진하중이 골조를 통해 화스너로 전달되고 화스너로 전달된 지진하중은 수직부재 또는 수평부재(프레임)을 통해 패널이나 유리로 전달된다. 유리의 경우 4점지지 또는 4면 전체가 프레임과 연결되어 지지되기 때문에 약간의 변형에도 유리가 견디지 못하고 쉽게 파손될 수 있다. 따라서 지진에 의해 구조체에 변위가 발생했을 때 유리와 프레임 사이에서 1차적으로 구조체의 변형에 따른 변위를 흡수할 수 있는 디테일이 적용되어야 한다.

[ 그림 2. 4점지지(좌), 4면지지(우) ]

     프레임-구조체 간 변위를 흡수할 수 없는 경우

 

유리커튼월은 가속 및 변형에 모두 민감하며, 면내 및 면외의 피해가 발생할 수 있다. 이는 층간 변위가 크게 발생하는 유연한 구조물에서 특히 취약하다. 반면 층간변위가 크게 발생하지 않는 낮은 높이의 강체 구조를 갖는 구조물에서 충분한 공차가 형성되어 있는 경우 아주 안전하다. 하지만 유리와 프레임 간 공차가 커질수록 커튼월의 가장 중요한 성능인 기밀성능과 수밀성능이 떨어지게 되고, 설계 단계에서 계산된 변위보다 큰 변위가 발생했을 경우 유리가 파손된다. 또한, 구조체의 강성보다 낮은 커튼월 프레임은 구조재의 변형으로 인해 쉽게 변형되거나 파손될 수 있고, 이는 유리와 프레임간 간격이 충분하도록 설계된 경우에도 유리의 파손을 초래한다. 구조체의 층간위는 면내 방향 및 면외 방향에서 모두 발생할 수 있으며, [그림 3]의 좌측 사진은 구조체의 큰 변위 발생으로 인해 커튼월 프레임에 변형이 발생한 것을 보여준다. 또한 [그림 3]의 우측 사진은 면내 및 면외 방향으로 변형한 커튼월 부재를 나타낸다. 변형한 커튼월은 유리에 균열 및 파손을 초래할 수 있고, 화스너의 파손을 초래하여 커튼월 프레임이 탈락할 가능성도 존재한다. 따라서, 지진으로 인한 구조체의 변형에도 프레임이 강성을 유지할 수 있도록 프레임-구조체 간 변위를 흡수할 수 있는 디테일이 필요하다.

[ 그림 3. 프레임의 변형으로 인한 파손 (좌, 1994 미국노스리지 지진, FEMA 310, 우, 1985 멕시코 멕시코시티 지진, https://www.wbdg.org/resources/seismic-safety-building-envelope) ]

     유리 균열 및 파손

 

유리 커튼월에서 발생하는 지진 피해 중 대부분을 차지하는 것이 유리 파손 및 파편에 의한 피해이다. 앞에서 언급한 유리와 프레임 사이의 공차, 구조체와 프레임간 변위 흡수에 대한 피해 유형도 결국 유리가 파손되는 결과를 초래한다. 유리의 물성에 따라 유리가 파손되기 위한 힘도 달라지고 파손되면서 발생하는 파편이 튀는 정도도 달라진다. 유리판은 제조 과정에서 높은 온도에서 달구어 졌다가 천천히 식으며 얇은 판형으로 제작된다. 이로 인하여 충격에 취약하며 진동에도 파손될 수 있다. 유리는 유리커튼월 뿐만 아니라 일반 창호에서도 사용되며 지진 발생 시 유리커튼월의 피해와 동일한 피해유형이 나타난다. 아래 [그림 4]는 지진에 의해 유리가 파손되어 일부 파편이 탈락한 사례이다.

[ 그림 4. 창호 파손 (좌, 1994 미국 노스리지 지진, FEMA E-74,
우, 2010 칠레지진, FEMA E-74) ]

유리는 파편이 떨어지거나 작은 조각으로 부서질 수 있으며, 부서진 파편은 사방으로 튀거나 아래로 떨어져 보행자 및 내실자에게 상해를 입힐 수 있다. 또한 인접한 사물, 상품을 손상시켜 경제적인 손실을 초래하고, 유리를 복구하는데 비용이 발생하기 때문에 유리 사용에 대한 안전대책이 필요하다. 하지만 지진 발생이 미미한 국내에서 유리의 지진피해 사례를 발견하기 쉽지 않고, 사용자들의 위험성 인식 부재로 안전대책이 마련되지 않아왔다. 최근 발생한 경주 지진의 피해유형 중 가장 두드러지고 다수를 차지했던 유리의 지진 피해와 관련하여, 현재 적용 가능한 법규는 건축법의 ‘건축물의 피난, 방화 구조 등의 기준에 관한 규칙’에서 살펴볼 수 있다. 하지만 ‘출입문은 안전유리를 사용해야한다‘라고 명시되어 있을 뿐 현재 사용 중인 건축물에서 유리의 피해를 최소화할 수 있는 방안은 명시되어 있지 않다. 따라서 비전문가들도 적용 가능한 피해 저감 유리 또는 제품을 사용하는 등 다양한 방안을 고려해야한다.

Department of Architecture _ Prefabricated Building Structural Lab. 

 T 031) 219 - 2499 / F 031) 219 - 2945  / 우) 16499    경기도 수원시 영통구 월드컵로 206 아주대학교 산학협력원 804호

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