목조주택 김검사의 지붕검사 48탄
인스펙터 김준걸, 인터나치 CMI
“김검사의 지붕검사”시리즈에 포함된 내용은 국제 공인 인스펙터 협회의 구성원들의 2년 간의 연구와 발표 등에 대한 자료를 인용했으며 이 시리즈의 목적은 주택의 경사진 지붕의 적절한 조건과 부적절한 조건을 인식하는 방법을 도움이 필요한 시공사(자)와 건물주 또는설계자에게 알리기 위함입니다. 시리즈의 주요 내용은 지붕 골조, 재료 및 마감재, 바람이나 우박을 포함한 지붕 구성 요소에 영향을 미치는 조건을 다룹니다. 또한 “김검사의 데크 검사” 시리즈와 마찬가지로 단독주택과 일부 상업용 부동산에 해당하는 사항 등을 주거용 주택 검사 실무 표준(SOP) 및 상업용 부동산 검사 실무 표준(ComSOP)의 요구 사항을 준수하여 작성하였습니다.
※ 제한사항 : 특정 지역의 건축법, 목재 수종, 목재 등급, 합성목재&특수목재, 곰팡이, 터마이터(흰개미)와 곤충류에 대하여는 다루지 않았습니다.
주택 사용 설명서
주택 검사 후 받는 보고서는 건축물 평가가 낯선
비전문가인 건축주나 매매자에게 매우 유용한 정보를 포함하고 있다.
이 보고서는 마치 주택 사용 설명서와 같은 역할을 하게 되며
주요 내용으로는 다음과 같다:
1. 유지 관리 방법
주택을 어떻게 유지 관리해야 하는지에 대한 구체적인 정보가 포함됩니다.
예를 들어, 정기적인 청소, 주기적인 점검 및
필요한 보수 작업에 대한 권장 사항이 포함될 수 있습니다.
2. 각 요소별 수명
각 주택 요소(예: 지붕, 외벽, 창문 등)의 예상 수명에 대한 정보가 제공됩니다.
이 정보는 거주자가 주택의 다양한 구성 요소를
얼마나 오랫동안 사용할 수 있는지를 이해하는데 도움을 줍니다.
3. 크고 작은 결함의 원인
주택에서 발생할 수 있는 다양한 결함의 원인에 대해 설명합니다.
예를 들어, 지붕 누수의 가능성이 있는 부분적인 손상이나
유지 관리의 부족으로 인한 문제 등이 포함될 수 있습니다.
4. 보수 방법
각 결함이 발생했을 때 어떻게 보수해야 하는지에 대한 구체적인 지침이 제공됩니다.
이는 필요한 재료와 도구, 보수작업의 순서,
그리고 전문가의 도움이 필요한 경우에 대한 정보를 포함할 수 있습니다.
이러한 정보들은 거주자가 자신의 주택을 더 잘 이해하고,
효과적으로 관리하며 유지할 수 있도록 돕는다.
따라서 이러한 내용을 잘 숙지하고 있으면
주택의 장기적인 건강과 유지 보수에 중요한 역할을 할 수 있다.
지붕 검사 : 금속 지붕 파트1
▲ 금속 기와
금속 지붕은 다양한 폭과 프로파일로 제작되어 있어, 기와나 목재 셰이크, 슬레이트 등의 전통적인 지붕 재료와 매우 유사하게 보일 수 있다. 이런 다양한 디자인은 실제로 멀리서 보면 실제와 구분하기 어려울 정도로 자연스럽다.
▲ 금속 쉐이크
이렇듯 금속 지붕의 주요 특징 중 하나는 다양한 디자인 제공이 가능하다는 것이다. 다양한 색상과 질감을 가진 금속 패널은 기존의 자연 재료와 비교해 보면 더욱 환경적이며 지속 가능한 선택이 될 수는 있다.
▲ 금속 패널
또한, 금속 지붕은 경량이면서도 강한 구조로 되어 있어서 오랜 수명을 보장하며, 화재 저항성과 부식 저항성도 뛰어나다고 할 수 있다.
이러한 이유로 여러 지붕재의 표현이 가능하면서도 현대적인 장점을 제공하기에 많은 사람들에게 인기있는 선택지이다.
구조 및 건축용 금속 지붕
구조 및 건축용 금속 지붕은 건물의 지붕 구조를 지지하고 하중을 전달하는 중요한 역할을 한다.
이러한 금속 지붕재는 주로 상업용, 산업용, 농업용 건물에서 사용되기에, 구조적 강도와 내구성이 필요하다.
여기에는 치장 목적의 일반적인 금속 지붕보다 두꺼운 재질이 사용되며, 지붕 쉬딩재 없이 직접적으로 퍼린(Purlins) 위에 설치하게 된다.
Purlin은 구조용 금속 지붕에서 중요한 구성 요소로 래프터(또는 트러스)와 교차 설치하여 지붕 구조력을 높인다. 또한, 퍼린은 래프터 설치 개수를 줄이기도 하기에 지붕 강도를 높이는 역할을 한다.
구조용 금속 지붕재는 다양한 금속 성질을 고려하여 제작한다. 제작 시에는 다른 금속을 혼합하여 합금을 형성하거나, 단독으로 사용되는 경우도 있는데 이러한 선택은 금속 지붕재의 강도, 내구성, 부식 저항성 등을 최적화하는 데 중요한 역할을 한다.
부식은 구조 및 건축용 금속 지붕재의 주요 손상 원인 중 하나로 주로 환경적 요인에 의해 발생하며, 습도와 산소가 결합하여 금속의 표면을 파괴하면서 시작된다. 이러한 부식은 금속 지붕재의 수명을 단축해 결국은 구조적인 안전성에 영향을 미치게 된다.
따라서 구조용 금속 지붕을 설치할 때는 부식 저항성이 뛰어난 금속을 선택하고, 정기적인 유지 보수를 통해 부식을 예방하여 수명을 연장하는 것이 중요하다. 여기서 주목해야 하는 것은 금속 지붕재가 손상되는 주요 원인이 부식 때문이라는 것이다.
금속의 에너지 상태(자유전자, 금속 전위)
금속은 자연계에서 산화알루미늄과 산화철과 같은 산화물 형태로 존재한다. 이는 가장 단순한 형태의 금속으로 낮은 에너지 상태를 띄고 있다.
낮은 상태라 할지라도 전자(E)는 이미 음극(-, anode)성을 띄고 있기 때문에 저에너지 변환을 위한 추가 에너지는 필요하지 않다.
▲ Cathodic Anodic-Chart
원석을 실제로 사용할 수 있는 금속으로 변환하기 위해서는 채굴, 제련, 결합, 주조, 압연 등의 과정을 거쳐야 하는데. 이러한 과정들은 많은 에너지가 필요하기에 실제로 사용 가능한 금속을 고에너지 상태의 금속이라고 한다.
고에너지 상태의 금속은 일반적으로 부식에 대한 저항성이 낮은 경향이 있다. 반면, 저에너지 상태의 금속은 일반적으로 부식에 강한 경향이 있어 Noble(귀금속)이라고도 불린다.
금속은 가장 단순한 형태로 충분히 유용하지만, 건축 분야에서는 다양한 금속 산화물을 결합하고 가공하여 금속 지붕 등을 만드는 것이 필수적이다.
이러한 고에너지 상태의 금속은 자연적인 과정을 통해 저에너지 상태로 되돌아가려는 본능이 있는데 이 과정은 주로 자연적인 부식 과정을 통해 이루어진다.
결국, 금속은 부식을 통해 저에너지 상태로 약화하고, 그 과정에서 녹과 같은 물질로 변화하여 자연 순환 속에서 원래의 형태로 변화되어 간다.
부식
부식은 금속 지붕의 주요 결함으로, 원인을 이해하면 부식의 위치와 종류를 더 정확히 파악할 수 있게 된다.
금속 지붕에서 발생하는 주요 부식 유형으로는 galvanic corrosion, crevice corrosion, filiform corrosion 등이 있다.
▲ 의도적으로 부식시킨 지붕
Galvanic Corrosion (전위차 부식)
● 원리: 서로 다른 금속이나 합금이 접촉하여 전기화학적 반응이 일어나는 현상. 이는 두 금속 사이에서 전기적인 전도성을 통해 발생.
● 예시: 금속 지붕에서는 다양한 재료가 혼합되어 시공. 예를 들어, 아연 도금된 철판과 스테인리스 스틸이 함께 사용될 때 발생.
Crevice Corrosion (틈새 부식)
● 원리: 금속 표면의 작은 간극이나 코너에서 발생하는 부식. 이런 부식은 습기와 산소가 제한된 공간이 존재할 때 발생.
● 예시: 금속 지붕의 구조 부분이나 잡티, 틈새에서 발생 가능.
Filiform Corrosion (사상 부식)
● 원리: 금속 표면 독립적으로 발생하는 부식 현상으로, 특히 유기 도료와 같은 코팅면 표면에서 발생. 금속 코팅 아래로 습기(물과 산소)가 유입되면 생기는 부식.
● 예시: 금속 지붕의 도금이나 코팅된 부분에서 발생.
이러한 부식은 각기 다른 환경 조건에서 발생하며, 정확한 부식 종류를 파악하고 그에 맞는 예방 조치를 취하는 것이 중요하다. 예를 들어, 적절한 부식 저항성이 있는 금속 선택, 적정한 도장 및 코팅(작업 전 준수사항), 정기적인 검사와 유지 보수 등이 부식 예방에 효과적인 방법이다.
갈바닉 부식 (Galvanic Corrosion)
갈바니 부식은 전기화학적인 현상으로, 서로 다른 금속이 전해질(예: 물)에 의해 연결되면 고에너지 상태의 금속이 부식된다. 전자(electron)는 이 과정에서 실제로 귀한 금속(Noble)이라 할 수 있는 보석류 금속(most noble metal)에서 철이나 비철로 분류되는 금속(least noble metal)으로 이동한다.
부식 정도는 수분의 종류와 양에 따라 달라진다.
예를 들어 해안 지역에서는 공기에 포함된 염분으로 인해 전기 전도성이 높아져 부식 가능성이 더 높다. 그래서 염분이 많이 포함된 습한 공기는 염분이 적은 습한 공기보다 부식 가능성이 크다.
아연 코팅은 자기희생 부식의 한 예로, 아연 코팅된 철판에서는 아연이 철보다 더 least noble 한 금속이기 때문에 외부 환경에 노출될 때 먼저 부식을 진행한다. 이는 아연이 철을 보호하기 위해 먼저 부식하는 형태로 볼 수 있다.
따라서 인스펙터는 구멍이나 마모된 부분을 항상 주의 깊게 살펴보아야 한다.
특히 합금이나 코팅된 금속으로 만들어진 지붕 패널에서는 이러한 부식 문제 발생 가능성이 높다는 부분을 인지해야 한다.
▲ 알루미늄판에 스테인리스 스크류 체결, NASA 제공
틈새 부식(Crevice Corrosion, 균열 부식)
균열 부식으로도 알려진 틈새 부식은 보호 코팅에 습기가 침투할 수 있을 만큼 충분히 큰 표면 옆에 소량의 고인 물이 있을 때 발생하는 현상이다.
균열이나 틈새는 액체가 아닌 습기만으로 충분히 부식이 발생할 수 있는데, 이는 그 크기가 2~3mm가 아니라 몇백 분의 1mm의 틈새로도 발생할 수 있다.
틈새 부식이 발생할 수 있는 일반적인 영역은 다음과 같다.
▶ 보호 코팅의 미세한 균열에서 발생. 이러한 미세 균열은 금속면이 움푹 패여 구부러지거나 접히는 곳에서 발생
▶ 패스너 헤드 아래의 틈새. 특히 과도하게 조여진 패스너 주변에는 물이 고일 수 있는 홈이 생성.
▲ 초기 단계의 틈새 부식, 섬유질 개스킷 사용
▲ 진행이 많이 된 틈새 부식
▶ 섬유질 개스킷(와셔)을 사용한 패스너. 개스킷 주변으로 물이 흡수되어 부식 발생.
▲ 이물질이나 습기가 겹쳐진 지붕재 하부에 갇힌 상태
▶ 모래, 흙, 부식성 재료가 겹친 부분 아래에 갇힌 경우.
사상 부식 (Filiform)
사상 부식, 필라멘트 부식이라고도 불리는 필리폼 부식은 일반적으로 페인트 아래에 얇은 필라멘트 형태로 나타나지만 때로는 금속 코팅 아래에 나타나기도 한다.
부식의 구성은 활성 헤드(active head)와 부식 생성물의 끝단(corrosion-product tail)으로 나뉘는데 부식 생성물은 부식되는 금속의 유형에 따라 달라진다.
부식 방향의 선두인 헤드는 보통 몸통이나 꼬리를 가로지르지 않고 직진으로 진행한다.
이때 활발하게 활동하는 헤드는 몸통이나 꼬리를 가로지르지 않으므로 전구의 필라멘트처럼 중간을 자르지 않는 특성이 필라멘트 부식을 구분하는 좋은 방법이다.
▲ 출처 : NASA 제공
금속의 구조적 약화를 초래하지는 않는 미관상의 문제로 여겨진다.
필라멘트 부식은 상대적으로 습도가 높은 환경에서 발생한다.
특히 상대 습도가 65~90% 사이인 환경에서 가장 일반적으로 나타나는데, 65% 이하의 낮은 습도에서는 거의 발생하지 않으며, 90% 이상의 고습 환경에서는 더욱 강한 부식이 발생한다.
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