인천 송도의 명물인 트라이볼(Tri-Bowl)부터 독특한 외관으로 눈길을 사로잡는 서울로봇인공지능과학관, 그리고 최근 진행 중인 프로젝트인 한울본부 복합커뮤니티센터까지, 이처럼 압도적이고 아름다운 비정형 금속 곡면을 완성하는 그 이면에는 특별한 기술력이 숨어 있습니다.
오늘은 곡률이 각기 다른 수많은 금속 패널을 완벽하게 구현하고 고정하는 핵심 기술, 'AL. 스티픈드 패널(AL. Stiffened Panel)'과 패널 고정을 위한 'PDA 브라켓(PDA Bracket)'에 대해 이야기해 보려 합니다.
1. AL. 스티픈드 패널: 완벽한 비정형 곡률의 제어
AL. 스티픈드 곡면패널의 시작은 트라이볼이었습니다. 전체적인 형상이 콘형태로 패널의 상, 하부 곡률이 다르기 때문에 일반적인 벤딩방식으로는 패널의 상하부 곡률을 정밀하게 제어하면서 제작하는 것은 현실적이지 못했고, 특히 원설계 디테일처럼 AL. 프레임을 3D 벤딩해서 상하부 곡률을 다르게 제작하는 것은 불가능해 보였습니다.
그래서 원설계에 적용된 하부 AL. 프레임 대신 상하부 다른 곡률값으로 CNC 컷팅된 날개를 고정하여 콘 형태의 곡률 패널을 제작하는 제작 디테일 컨셉을 완성하였습니다. 그런데 비주얼 목업에서 패널의 곡률이 유지되지 않고 갈매기지는 현상이 발생하였는데 원인을 검토해 보니 평면 곡률을 적용하여 실제 법선 벡터로 적용해야 하는 곡률 보다 작았기 때문에 발생한 문제였습니다. 패널 제작도를 법선 벡터 곡률을 적용하여 다시 전체 재 작업을 진행하여 비주얼 목업시 발생한 문제를 완전히 해결했습니다.
따라서 비정형 스티픈드 곡면 패널 제작 시는 반드시 법선 벡터 곡률을 적용하여야 전체적인 패널이 자연스러운 비정형 곡률을 유지할 수 있습니다.
이 스티픈드 패널을 제조하는 방식은 디자인과 구조적 요구 성능에 따라 크게 두 가지로 나뉘며, 위드웍스는 이를 자유롭게 병행할 수 있는 기술력을 갖추고 있습니다.
1)용접형 (Welded Type)
패널 뒷면에 보강재(Stiffener)를 직접 용접하여 강력한 일체형 구조를 만드는 방식입니다. 구조적 강성이 뛰어나 강풍이나 높은 하중을 견뎌야 하는 부위에 주로 적용됩니다. 최근에는 레이저용접 기술이 보편화되고 있어서 훨씬 강도 높은 패널을 제작할 수 있습니다.
2)스터드 타입형 (Stud Type)
스터드 타입형은 전면 시트판과 CNC로 제작된 날개판을 고정할 때 직접 용접하는 방식이 아닌 스터드 용접으로 볼트를 전면 시트판에 고정 위치한 후 L-앵글과 날개판을 고정하는 패널 제작방법입니다. 앵글 날개판 비정형 패널을 제작하는 방식. 패널 표면에 용접 열로 인한 변형(우는 현상)이 발생하지 않기 때문에, 거울처럼 매끄러운 평활도와 미려한 외관이 필수적인 구간에 최적화되어 있습니다.
곡률이 작을 경우는 AL. 3T는 용접이나 스터드 타입으로 제작 시 도장하면서 가해는 열 때문에 AL. 시트가 복원하려는 현상이 발생하여 곡률의 평활도가 나오지 않을 수 있습니다. 이때는 패널에 응력이 없도록 벤딩이나 프레스로 패널에 응력이 존재하지 않도록 형상을 1차 가공한 후 PVDF 도장 작업이 이루어져야 합니다. 그리고 스텐레스 스틸 미러패널일 경우 1.5mm 두께는 스터드 자국이 패널 전면에 남기 때문에 최소 두께 2mm 이상으로 제작하여야 하며 패널의 크기와 곡률, 패널 간 접합 디테일 따라 샘플을 제작하면서 품질을 체크하여 최종 두께를 정해야 합니니다.
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2. PDA 브라켓: 극한의 난제를 해결하는 디테일
비정형 금속 파사드(Facade) 프로젝트의 가장 큰 골칫거리는 모든 외장 패널의 형태와 곡률이 제각각이라는 점입니다. 하지만 대부분 진짜 '건축적 악몽'은 현장 시공 단계에서 시작됩니다. 그러나 법선 벡터방향으로 정확하게 설치되는 PDA 브라켓은 이러한 시공의 악몽에서 벗어나게 해주는 치트키와 같은 매우 중요한 역할을 합니다. 패널을 고정하는 역할뿐만 아니라 레인 스크린 월(차수 및 방수층)을 뚫고 나오기 때문에 누수가 전혀 발생하면 안 됩니다. 방수층과 만나는 부분이 실리콘 패드로 이루어진 이중 차수 시스템으로 만들어져 있어서 어떠한 충격과 변형이 와도 틈이 벌어지지 않토록 하여 물이 들어가는 것을 원천적으로 차단하도록 되어있습니다.
1) 치명적인 누수 위험
금속 패널을 구조체에 고정하려면 지지대 역할을 하는 브라켓이 건물 밖으로 돌출되어야 합니다. 이때 건물의 차수 및 방수층을 어쩔 수 없이 관통하게 되는데, 이 부분을 완벽하게 처리하지 않으면 빗물이 스며들어 심각한 누수로 이어집니다.
2) 3차원(X, Y, Z) 공차 제어의 한계
비정형 건축물은 평면이 아닌 3차원 공간에서 시공됩니다. 콘크리트 골조의 오차와 금속 패널의 미세한 곡률 차이가 만나면 현장 조립 시 단차가 발생합니다. 이 오차를 제어하지 못하면 매끄러운 곡면은 불가능해집니다
즉, 완벽한 외관을 위해서는 '방수층 훼손 방지'와 '3차원 오차 제어'라는 두 마리 토끼를 동시에 잡아야만 하는 극한의 난제가 주어지는 셈입니다.
위드웍스는 이 극한의 난제를 PDA 브라켓으로 명쾌하게 해결합니다. 방수층 관통부의 누수 문제를 해결하기 위해 외부의 물을 원천적으로 차단하는 특수 디테일을 적용했습니다. 또한 이 브라켓은 단순히 패널을 고정하는 역할을 넘어, 시공 과정에서 발생하는 X, Y, Z축의 3차원 공차를 브라켓 자체에서 미세하게 제어할 수 있도록 설계되었습니다. 이 영리한 브라켓 덕분에 비정형 패널들이 구조체에 한 치의 흔들림이나 단차 없이 완벽한 품질로 안착할 수 있는 것입니다.
3)구조성능실험 및 설계적용
PDA 브라켓 구조실험 결과 평균 10.12 kN까지 하중을 버텨냈습니다. 설계하중은 최대하중 1/2~1/3(약 300kg~500kg)의 무게를 지탱할 수 있으며, 만약 풍하중 조건에 따라 PDA 1개가 받는 하중이 설계하중 범위를 벗어 날 경우 4개의 지점에서 6개의 지점으로 지점수량을 추가하면 됩니다.
3. 스티픈드 패널과 PDA 브라켓 적용 프로젝트
스티픈드 패널은 2010년 트라이볼의 외장패널에 처음 적용하였고 그 이후 대구 디아크에서는 스티픈드패널과 PDA 브라켓을 같이 사용하여 최근 한울본부 복합문화센터에 적용하여 시공 중입니다. 부산엘씨티 케노피는 해운대 앞에 바로 면하고 있어서 태풍으로부터 직접적인 영향을 받지만 구조성능 실험 DATA를 기반으로 PDA 브라켓의 지점을 설계하였기 때문에 현재까지 안전하게 유지되고 있습니다.
Result & Insight
다양한 곡률을 지닌 비정형 곡면 파사드를 정밀하게 구현하기 위해서는, 일정한 마감 품질과 핵심적인 건축 성능(방수, 구조 등)을 보장하는 검증된 디테일의 적용이 무엇보다 중요합니다. 특히 최종 마감재인 비정형 패널의 제조 및 고정 방식은 품질과 공사비에 직결됩니다. 따라서 설계 최적화를 통해 2-Way 금속 패널의 사용을 최소화하고, 시공 품질 향상과 공기 단축을 동시에 이끌어낼 수 있는 정교한 시공 디테일이 반드시 뒷받침되어야 합니다.
위드웍스가 2010년 트라이볼 프로젝트부터 현재까지 지속적으로 발전시켜 온 '스티픈드 패널(Stiffened Panel)'과 'PDA 브라켓'은 비정형 건축물을 최고의 품질과 성능으로 완성하게 하는 우리의 핵심 기술입니다. 구조나 방수 성능이 검증되지 않은 공법은 발주처의 피해를 넘어, 태풍이나 피로하중 누적에 따른 외장재 탈락 등 치명적인 인명피해로 이어질 위험이 있습니다. 그러므로 기존에 없던 새로운 디자인을 현실화할 때는 연결부 및 고정 지점에 대한 철저한 구조 실험과 검증이 필수적입니다.
지난 20년간 위드웍스는 수많은 비정형 프로젝트를 성공적으로 이끌어왔습니다. 그 과정에서 축적한 구조실험, VMU, PMU 등의 방대한 실증 데이터를 바탕으로, 위드웍스는 설계부터 완공까지 단 하나의 빈틈도 허락하지 않습니다. 앞으로도 위드웍스는 철저하게 검증된 기술력을 통해, 어떠한 비정형 프로젝트라도 가장 안전하고 완벽하게 완성될 수 있도록 최선의 솔루션을 제공할 것입니다.
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