창호보호장치의 실험검증

본 가이드에서 제시하는 창호보호장치의 효과를 검증하기 위해 다음과 같이 구조성능 평가를 실시하였다.

     창호보호장치 성능실험 개요

창호보호장치를 6mm 일반 판유리에 부착하여 휨 성능을 평가하였다. 실험 대상으로 선정한 조건은 부산지역으로 기본풍속 40m/s, 시공연후 20년 이상 되어 6mm판유리로 아파트 발코니창호가 설치되었다고 가정하였다. 이때, 지표면조도에 따른 설계 속도압은 [그림 1]과 같고, 목표 성능 수준은 1.5 kN/m²로 산정하였다. 지표면조도는 풍속의 높이 분포에 큰 영향을 주는 지표면의 거칠기, 즉 구조물의 분포에 대한 구분이다.

지표면조도 구분은 KBC2016을 참조하였으며, 이에 따른 표는 [표 1]에 정리되어 있다.

[ 그림 1. 기본풍속 40m/s 일 때 높이와 지표면조도에 따른 설계 속도압 ]

[ 표 1. 지표면조도 구분 <KBC2016 참조> ]

실험은 기본적인 6mm판유리 시험체, 알루미늄으로 제작된 지지대를 갖춘 창호보호장치를 부착한 시험체, 스틸로 제작된 지지대를 갖춘 창호보호장치를 부착한 시험체로 평가하였다. 실험에 사용된 6mm 판유리는 너비 1700mm(서포트 간 길이 1500mm), 폭 500mm의 one-way slab 형식으로 실험을 진행하였다.

또한 알루미늄 프레임을 사용한 시험체와 스틸 프레임을 사용한 시험체는 다른 종류의 흡착기를 사용하였는데, 이는 이전 실험에 사용한 흡착기의 성능이 제대로 발현되지 않아 큰 전단 내력을 갖춘 흡착기 필요했기 때문이다. [표 2]는 시험체 별 상세를 나타낸다.

[ 표 2. 창호보호장치 휨 성능 실험 시험체 별 상세 ]

실험에 사용된 흡착기는 2개의 유형으로 구분된다. G_ALU 시험체는 알루미늄 프레임에 회전 고정형 흡착기를 설치한 보호장치로 흡착기에 비해 프레임이 큰 유형이며, G_STE 시험체는 0.5mm박판 스틸 프레임에 레버형 2중 흡착기를 설치한 유형으로 프레임에 비해 흡착기가 상대적으로 큰 유형이다. [표 3]은 사용된 흡착기의 단면 및 프레임의 단면을 나타낸다.

[ 표 3. 창호보호장치에 사용된 흡착기 및 프레임 단면 ]

     흡착기 전단 내력 실험

휨 성능 실험 이전에 창호보호장치에 사용된 흡착기의 전단 성능을 알아보기 위하여 전단 내력 테스트를 진행하였다. 이는 창호보호장치에 사용된 흡착기의 전단 내력 및 그 신뢰도를 평가한 방법이다. [그림 2]는 흡착기의 성능 실험 세팅을 나타낸다.

[ 그림 2. 창호보호장치에 사용된 흡착기의 전단 내력 실험 세팅 ]

흡착기의 전단 내력 실험은 각각의 흡착기를 총 3번의 실험을 거쳐 그 평균값을 산정하였다. 흡착기는 흡착부의 진공 상태 및 부착 정도에 따라 영향을 받기 때문에 각 실험마다 새로운 흡착기로 실험 하였고, 그 결과는 [그림 3]과 같다.

[ 그림 3. 창호보호장치에 사용된 흡착기의 전단 내력 실험 결과 ]

회전 고정형 흡착기가 보유한 전단 성능은 80N으로 측정되었고 레버형 2중 흡착기는 1070N으로 측정되었다. 창호보호장치의 휨 성능 실험은 흡착기가 휘어진 유리에서 탈락할 때, 이로인한 충격 및 응력, 변위 등이 집중되면서 유리가 한 수간에 깨지며 종료되었다. 흡착기는 유리부와 창호보호장치 지지대를 접착해주는 용도뿐만 아니라 휨 발생 시 유리부에 가해지는 응력 및 변위를 창호보호장치 지지대에 전달해주는 중요한 역할을 하므로 흡착기가 보유한 전단 내력은 창호보호장치의 중요한 요소이다.

     휨 성능 실험

휨 성능 실험은 2점 가력으로 진행하여, 2점 가력으로 생기는 최대 모멘트를 풍압에 의해 발생하는 등분포 압력하중으로 환산하여 결과값을 얻는 방법으로 평가하였다. [그림 4]는 창호보호장치에 회전 고정형 흡착기 사용 시 사용했던 실험체 셋팅이며, 레버형 2중 흡착기 사용시에도 이와 동일하게 셋팅되어 실험되었다.

[ 그림 4. 창호보호장치 휨 성능실험 셋팅 및 모멘트에 따른 하중측정 ]

G_ALU 실험체군과 G_STE 실험체군에 대해 진행된 실험 결과 중 주요실험체의 결과는 [표 4]에 요약되었고, [그림 10]의 그래프로 표시하였다. G_ALU 실험체에 사용된 창호보호장치군의 초기 강성은 모두 비슷하게 측정 되었으나, 흡착기 성능으로 인해 최대강도와 최대변위의 차이를 보였다.

[ 표 4. 창호보호장치 휨 성능 실험 주요 실험체 요약 ]

[ 그림 4. 창호보호장치 휨 성능 실험 주요 실험체 요약 ]

휨 성능 실험 그래프의 풍압 1.533 kN/m²수준은 앞서 제시한 목표 성능(1.5kN/m²)을 넘어서는 결과를 나타내어 목표 성능에 부합하다는 결과를 얻을 수 있었고, 본 가이드에서 제시한 창호보호장치가 설치되지 않은 경우와 비교해 볼 때, 최대 강도에 관해서는 약 3배의 효과, 동일 처짐(span/175)의 수준에 대해서는 약 2~3배정도의 강성이 높아지는 것으로 확인되었다. 이로써 창호보호장치는 유리의 변형 및 휨을 억제하고, 강성을 높여 창호유리를 보호하는 성능을 갖춘다는 것이 검증되었다.

[ 그림 5. 창호보호장치 휨 성능 실험 전경 ]

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

This site was designed with the
.com
website builder. Create your website today.
Start Now