건축/환경에너지

닛케이 아키텍처_25.12.11호

목재 창틀 유리창을 내진벽으로
국가 중요문화재의 내∙외관을 그대로 유지한 채 내진 보강

목재 창틀 유리창을 내진벽으로 활용해 전망과 내진 성능을 양립시키는 기술이 탄생했다. 다케나카공무점(竹中工務店) 등이 개발했으며, 중요문화재 보존·수리 사업에 채택되었다. 신축 건축물로의 적용도 시야에 넣고 있다.

다케나카공무점과 나라(奈良)현문화재보존사무소는 강화 유리와 편백나무 틀 등을 조합해 전통 건축물의 내진 성능을 향상시키는 ‘유리 내진벽’을 개발했다. 내∙외관을 그대로 유지한 채 내진 보강이 가능하다.

이 유리 내진벽은 나라현 가시하라(橿原)시 가시하라신궁 경내에 있는 국가 중요문화재 ‘구(舊) 오다야카타(織田屋形) 대서원 및 현관(문화전)’의 보존수리 사업에 채택되었다.

수리를 앞두고 내진 기초 진단을 실시한 결과, 수평 내력이 부족해 대서원의 남측에 내진 요소가 필요하다는 사실이 밝혀졌다. 이번에 개발된 유리 내진벽을 설치함으로써, 문화전의 특징인 실내에서 정원으로의 전망을 유지하면서 내진성을 향상시킬 수 있었다.

내진벽의 크기는 폭 약 2m, 높이 약 2m이며, 1간(약 1.8m)이 넘는 개구부에 설치가 가능. 외관은 심플하며, 일반적인 목재 창틀 유리창과 거의 같다.

-- 유리가 저항하면서 내력(耐力)을 발휘 --
이번에 다케나카공무점 등이 개발한 유리 내진벽은 지진으로 인해 변형이 될 때 두께 19mm의 강화유리가 편백나무 틀에 깊이 파고들어가 내력을 발휘한다. 강화유리를 세로로 길게 2장으로 분할하여 유리 1장 당 변형량을 최소화해 큰 지진이 발생해도 유리가 손상되지 않고 성능을 발휘할 수 있도록 설계하였다.

2장으로 분할된 유리 사이에는 양쪽 끝에 볼트를 용접한 타이바를 설치했다. 타이바를 통해 편백나무 틀의 상하를 조임으로써 유리와 편백나무 틀을 밀착시켜 강성과 내력을 높였다. 중앙 타이바에는 큰 끌어당김 힘이 가해진다. 전망을 고려해 가능한 한 얇게 할 수 있는 강재 부재를 채택하였다.

또한, 유리가 타이바와 접촉하면 파손될 가능성이 있기 때문에 그 사이에 수지를 끼워 넣었다. 사용한 재료는 창틀의 완충재로 사용되는 폴리아세탈 코폴리머(POM-C)이다. 편백나무 틀의 상하와 측면은 코너 금속 재료로 덮어, 유리가 파고들 때 발생될 수 있는 편백나무 틀의 돌출을 억제했다.

다케나카공무점은 유리와 목재 등 일반 유통되는 재료를 사용함으로써, 유리 내진벽 1곳당 재료비를 100만~150만 엔 수준으로 낮췄다. 제작도 목재의 홈을 파는 등 일반적인 가공만으로 충분하기 때문에 특별한 기술을 가진 장인이 아니어도 만들 수 있다는 장점이 있다.

-- 시험 장비 기준의 상한에도 부서지지 않아 --
다케나카공무점과 나라현문화재보존사무소는 개발 과정에서 변형 성능 등을 시험을 통해 확인했다. 목표 성능은 층간 변형각이 30분의 1 이상이었지만, 목표를 크게 초과한 10분의 1까지 성능을 확인할 수 있었다. 또한, 시험 장비 기준의 상한인 7분의 1까지 변형시켰지만 유리는 파손되지 않았다.

다케나카공무점 오사카본점설계부의 에바라(江原) 수석 엔지니어는 “시험 모델을 부수려고 했지만 변형 성능이 너무 좋아 실패했다”라고 말한다.

내력은 전통 목조 건축물의 내진벽에 사용되는 토벽이나 판벽과 비교해 큰 수치를 기록했다. 유리를 세로로 길게 2분할한 폭이 약 2m의 사양에서는 층간 변형각이 10분의 1일 때 최대 내력이 89.2kN이었다.

이 유리 내진벽은 유리를 세로로 2분할한 사양 외에도 세로로 3분할한 사양, 가로로 3분할한 사양 등, 총 3가지 형태로 시험을 진행했다. 현재는 시험 결과와 분석 결과의 정합성을 확인하고 있으며, 향후, 수요가 있을 경우, 더 큰 사이즈도 설계에 사용될 수 있도록 할 예정이다.

-- 신축으로의 적용도 시야에 --
문화재뿐만 아니라 개인 주택이나 공공 시설 등에서도 내진 성능과 전망을 양립시키려는 수요가 있다.

다케나카공무점의 에바라 수석 엔지니어는 “문화재의 내진 보강에 사용하는 것은 물론, (대신 인증 등을 취득한 후) 신축 주택 등에 적용하는 것도 가능하다”라고 말한다.

다케나카공무점과 나라현문화재보존사무소는 누구나 이 기술을 활용할 수 있도록 구성 재료와 시험 결과를 문화청의 문화재 건축물구조실험 데이터집에 수록했으며, 특허도 출원하지 않았다.

-- 유리와 알루미늄 틀의 투명 내진벽도 개발 --
다케나카공무점은 신축 목조 건축물용으로 유리와 알루미늄 창틀을 조합한 ‘투명 내진벽’도 개발했다. 기존의 내진벽에 비해 개방감을 얻을 수 있다. 히로시마(広島)현 기타히로시마(北広島) 정 도요히라(豊平) 지역 만들기 센터 건물에 적용되었다.

이 투명 내진벽은 하중을 받으면 창틀로 사용된 알루미늄 틀이 변형되어 내력을 발휘한다. 창틀 부분의 마감 등은 일반적인 창문 개구부와 동일한 구조이다. 또한 방수 성능과 단열 성능 등, 창문에 요구되는 기능을 확보하고 있다.

다케나카공무점은 투명 내진벽의 적용을 위해 건축 확인상 추가적 내진 요소로 신청하였다. 현재는 합판의 벽 배율 3.3과 같은 수준의 성능을 목표로 개발 중이다. 이것이 실현된다면, 구조용 합판이나 버팀대를 이용한 내진벽을 줄일 수 있으며, 단열 성능이 높은 복층 유리의 적용도 기대할 수 있다.

다케나카공무점은 “최근 개방적인 공간에 대한 수요가 높아지고 있어, 투명 내진벽으로 설계의 자유도를 안전하게 높일 수 있다”라고 말한다.

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목차_닛케이 아키텍처_25.12호

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세계적 수준의 차세대 아레나
열기과 감동을 극대화하는 기술의 집결
CASE 1. 도요타 아레나 도쿄(도쿄도)
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CASE 2. IG 아레나(나고야시)
‘엔터테인먼트×통신’으로 어필, ‘수익을 낼 수 있는’ 아레나에 도전
인터뷰 인프로니아홀딩스 사장
‘탈(脫) 청부’의 선구자가 목표로 하는 세계를 의식한 ‘아레나 개혁’
CASE 3. GLION ARENA KOBE(고베시）
1만 명 수용이 가능한 다목적 아레나를 항구 도시 조성의 중심으로
CASE 4. 아나부키 아레나 카가와(다카마쓰시)
해변에 펼쳐진 하얀색 대형 지붕, ‘수려한 조형미’가 도시의 상징으로
총론 해설
전국 각지에서 아레나 구상이 속속 등장, 50년을 내다본 전략이 필수로

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국내 최대 규모의 CLT 구조 풀
설계: 나카니시 마사카 건축설계사무소

토픽
목재 창틀의 유리창을 내진벽으로
국가 중요문화재의 내·외관을 그대로 유지하면서 내진 보강

건축 순례 21세기 편
에치고 마츠노야마의 ‘숲의 학교’ 쿄로로(2003년)
빨간 녹이 지켜주는 뱀

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벽에 옆으로 붙일 수 있는 얇은 레인지 후드
부품을 조합해 구성하는 가구
자연 냉매를 사용한 하이브리드 온수기
배터리로 작동하는 안면 인식 방식의 스마트 락

알고, 보고, 즐기는 추천 이벤트
전시회
거장 베그너의 디자인 체어 집결
다케나카공무점이 그리는 ‘우주 건축’

독자로부터/편집부로부터
독자로부터
DX 추진의 열쇠는 중소기업
중·저소득층은 주택을 살 수 없다
편집부로부터
관전 장소는 아레나 밖에도 있어

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