(사)한국판유리창호협회 “구조용 유리 단체표준” 제정!

-잔여구조력 성능시험으로 유리건축물의 선진화를 위한 새로운 기준점 제시

(사)한국판유리창호협회는 2021년부터 산업통상자원부와 한국세라믹기술원의 요청으로 유리건축물의 안전설계를 위한 유리의 성능기준을 마련하고자 연구용역을 수행해왔다. 이어 2023년 1월부터 2025년 4월까지 구조용 유리 단체표준을 연구하고 이해관계인 의견수렴은 물론 단체표준안 심의회를 거쳐 제정활동을 해왔으며 2025년 4월 15일에 단체표준을 등록하였다.
구조용 유리 단체표준(SPS-KFGIA 005-7641)은 2022년에 국토교통부에서 제정한 유리구조설계기준(KDS 41 80 20)과도 연계되는 제품성능 기준이다.
현대 건축물에서 유리 자재 본연의 조망감과 개방감을 대체할 수 있는 방법은 없다. 점점 초고층 건축물이 많아지고 독특하고 혁신적인 디자인을 설계하는 건축물과 유리 단위크기가 대형으로 시공되는 유리구조물 등이 늘어나고 있다. 전통적으로 창호나 철재 프레임 등에 끼워져 사용되던 유리제품이 고정부재를 최소로 줄이거나 단독적으로 설치되는 등 자립 부재로서의 역할을 하는 경우가 지속적으로 증가함에 따라 기존의 강화유리와 접합유리 또는 강화접합유리로도 확보되지 않는 안전성능이 필요한 시기가 되었다. 소비자들은 더 개방되고 더 밝고 더 혁신적인 디자인을 요구하고 있고 그러기 위해서는 유리의 역할은 점점 커질 것이 분명하다. 그 동안 이런 추세에 따라 개방감 극대화된 유리 구조물과 유리 건축물이 생겨나도 선진국과 달리 명확한 성능기준이 없어서 비구조용 안전유리제품이 그대로 적용되고 있는 것이 현실이다. 전국에 관광지마다 볼 수 있는 투명 스카이워크들과 랜드마크 건축물에 흔히 볼 수 있는투명 엘리베이터, 루프탑이나 신축아파트 발코니에 적용되고 있는 1변 지지 또는 2변 지지형태의 유리난간 등이 그 예시다.
협회에서 제정한 구조용 유리 단체표준의 정의와 적용범위는 “주로 외창, 바닥, 계단, 난간, 천창 등 건축물의 내부와 외부에서 사용하는 자파방지시험을 거친 표면 압축 응력 90 MN/m² 이상 110 MN/m² 이하의 강화유리 2장 이상을 전단탄성계수 130 MN/m² 이상의 구조용 중간막으로 전면 결합한 것으로서 구조력이 요구되는 구조용 유리에 대해 규정한다.”라고 명시되어 있다.
구조용 유리는 내충격강도로 안전성을 높이고 파손되더라도 파편비산을 방지하는 등 기존의 비구조용 안전유리들이 보유하고 있는 안전성능 이외에도 강화유리의 자연파손을 최소화하여 파손 확률을 낮추고 한계 이상의 충격으로 파손되더라도 파손된 유리가 잔여 구조력을 갖고 있어 유리가 틀 또는 하드웨어로부터 탈락하지 않고 파손된 채로 버틸 수 있는 제품이다. 또한 파손으로 인한 하중까지 버틸 수 있는 최대한의 성능치를 규정하고 국내 최초로 잔여구조력 시험방법을 개발하여 성능을 점검하게 된다.
(사)한국판유리창호협회에서 제정한 구조용 유리 단체표준(SPS-KFGIA 005-7641)의 특징은 크게 4가지다.
첫째, 구조용 유리 단체표준은 유리시료(접합유리의 구성된 모든 유리)를 KS L 2002의 파쇄시험하는 것에 준거하여 모두 파손하고 시험한다는 것이 가장 특이한 점이다. 구조용으로 사용된다면 파손된 이후에도 구조력을 유지해야 하기 때문이다. 유리가 충격을 받고 나서 파손부위가 계속 확대되어 유리전면이 파손되는 시간 동안 구조력은 급속도로 줄어드는데 심지어 유리가 완전히 파손된 후에 원형유지력 측정 시험과 탈락저항력 측정 시험으로 파손된 유리의 구조력을 시험한다. 원형유지력 시험은 하부 1변 지지 형태로 완전히 파손된 유리시료가 파손을 야기한 원인이 제거되는 최소시간 약 10분 동안 파손된 유리가 무너져 내리지 않고 원형을 유지하는지 시험하고 건축기준에서 명시하는 손스침 하중 정도를 견디는지 확인한다.
탈락저항력 측정시험은 점지지(Point glazing) 형태로 완전히 파손된 유리시료가 수직하중을 부여해도 30분 이상 유리가 쳐지고 찢어져 볼트 하드웨어로부터 탈락되는지를 확인한다.
둘째, 국내에서 현재 강화유리 및 접합유리를 시험하는 KS규격에도 유리시료를 4면 틀에 지지한 채로 낙구 충격시험이나 쇼트백 충격시험을 진행하고 있다. 그리고 유리가 완전히 파손된 이후에 구조력을 확인하지는 않는다. 유리가 창호나 프레임 등에 고정되어 풍압을 견디거나 단기하중을 견디는 정도의 안전성능과 고정부재가 최소화된 상태에서 하절기 고온 야외환경에서 중장기 하중을 견디는 경우의 안전성능은 분명 다를 수밖에 없다. 구조유리 단체표준의 원형유지력과 탈락저항력은 KS규격의 시험들과 달리 고정부재를 최소화하여 시험한다. 또한 유리구조설계기준(KDS 41 80 20)에 따라 고온상태의 시험을 진행한다. 유리 시료들은 50℃ 에서 4시간 이상 승온한 이후 고온 상태가 유지되는 챔버 속에서 잔여구조력을 시험한다는 특징이 있다. 여러 가지 측면에서 시험방법이 매우 까다롭고 악조건으로 성능을 측정하기 때문에 시험을 통과한다면 최고 수준의 안전성을 확보할 수 있도록 구성되어 있다.
셋째, 유리구조설계기준(KDS 41 80 20)에서도 접합유리의 경우 중간막의 전단탄성계수를 설계하중계산에 반영하도록 되어 있다. 중간막의 전단탄성계수는 구조계산에 필요한 핵심 물성기준으로써 협회의 구조용 유리 단체표준에도 중간막을 전단탄성계수로 130 MN/m² 이상의 구조용 중간막을 사용하도록 규정하고 있다. 이 성능을 만족하려면 일반적으로 많이 건축용 접합유리에 사용되는 PVB소재의 중간막(필름)은 사용하기 힘들고, 일부 구조용으로 생산되는 특수한 PVB제품이나 아이아노플라스트 소재의 중간막 제품이 적합하다. 보통 일반 비구조용 PVB 제품에 비해 아이아노플라스트 소재의 중간막은 동일한 3초 하중을 부여했을 경우 전단탄성계수가 30℃에서는 약 50배 차이가 나고 50℃에서는 약 80배의 차이가 나타난다.
넷째, 이번에 제정된 구조용 유리 단체표준에서 숨겨져 있는 가장 중요한 특징은 구조적 성능을 높이는 중간막의 성능 이외에도, 제정된 지 오래된 KS L 2002 강화유리 규격에서 찾아볼 수 없었던 강화유리의 표면압축응력 수준을 규정하고 있다. 단체표준 제정과정에서 많은 시행착오를 거쳐 잔여구조력을 높일 수 있는 적합한 강화유리의 표면압축응력 범위를 찾았으며 강화유리의 자파 위험성을 줄이기 위해 열간유지시험을 거치도록 하고 있다. 또한 본 단체표준은 중간막과 유리의 결합내구성이 잔여구조력을 증가시키는데 매우 중요하다는 것을 강조한다. 인증을 획득하기 위해서는 정교한 강화가공 기술과 구조용 중간막을 적용한 접합가공 노하우가 뒤따라야 한다. 이와 같이 구조용 유리 단체표준은 안전을 접근하는 개념도 새롭고 시험방법도 국내 최초이다. 이미 미국, 유럽, 호주 등지에서는 활용되고 있는 성능기준임에도 불구하고 그 동안 국내에는 적용되지 않고 있었다.
한국판유리창호협회 관계자는 “아파트의 야외로 돌출된 유리난간, 스카이워크, 유리천창, 대형창 등에 구조용 유리 단체표준 인증제품이 시공되어야 높은 수준의 안전을 확보할 수 있다”며 “현재 약 210억 달러 규모의 전 세계 접합유리 시장 중에 세계 구조용 유리가 16%를 넘어가고 있는데 반해 국내 구조용 유리는 전체 접합유리 시장 중에 5%도 미치지 못하고 있으며 이마저도 대부분 수입가공완제품으로 시공되고 있다”고 전했다. 또 “앞으로도 해외 설계를 국내에 도입하는 사례가 많아지고 기존에 구조용 유리가 적용되어야 하는 건축 부위에 비구조용 일반접합유리들이 사용되고 있는 것을 감안하면 빠르게 성장할 것으로 판단된다”고 덧붙였다.
앞으로 방해 받지 않은 시야와 채광효과 등 파노라믹뷰를 건축물에 담기 위해 유리의 역할은 더욱 부각될 것이며, 이렇게 유리의 안전성능이 발전할수록 유리가 건축에서 적용되는 분야는 더 다양해질 것으로 보인다. 건축에 유리는 지속적으로 사용량이 늘어날 것이고 유리의 안전성은 점점 강화될 것이므로 일부 가공유리 업체들은 관심과 기대감을 갖고 협회로 문의하는 경우가 늘고 있다.
이번 구조용 유리 단체표준(SPS-KFGIA 005-7641)은 신속하게 고성능 가공 노하우를 갖춰야 하는 가공유리 업체에게는 과제일 수 있다. 그러나 장기적인 관점에서 가공유리 업체 및 소비자에게도 고무적인 일이 될 것으로 기대된다. [최영순 기자]

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