[5월호 특집] 06. 재래 공법의 단점 철물 공법으로 보완

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[5월호 특집] 06. 재래 공법의 단점 철물 공법으로 보완

2017년 5월 1일 (월) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2017년 5월호 - 전체 보기 )

재래 공법의 단점 철물 공법으로 보완

중목구조 시공 따라잡기

중목구조는 기둥과 보가 모두 장부맞춤으로 꽉 물려 있으며 연결 부위는 철물 공법을 도입해 구조적으로 튼튼하면서 자체 유연성을 지닌다. 구조재 부분을 실내에 노출할 수 있어 자연스럽게 목재 인테리어 효과를 낼 수 있다. 오차 없는 가공 부재로 단 2일 만에 골조 공사를 완료할 수 있으며 콘크리트 구조물과 달리 계절을 비롯한 외부 환경에 상관없이 시공할 수 있다. 이 밖에도 중목구조는 내구성과 단열성, 내화성, 경제성, 친환경성 등 장점을 두루 갖추고 있다. 중목구조는 어떤 부재를 사용해 어떻게 시공하는지 살펴본다.

글 블루하우스코리아 정기홍 본부장 031-8017-5002 www.koreabluehouse.com

중목구조용 공학 목재의 종류

구조용 집성재(글루램Glulam)용 목재는 섬유가 곧고 가벼우며 가공하기 쉬운 침엽수를 많이 사용한다. 주요 수종으론 북미산 더글라스퍼(미송)·햄럭·스프러스, 일본산 삼나무·편백나무 등이 있다.

집성재의 종류엔 구조용 집성재, 구조용 합판 등이 있다. 구조용 집성재는 판재를 겹쳐 접착해 만든 제품으로 강도가 뛰어나며 다양한 부재를 만들 수 있다. 기둥 부재뿐만 아니라 스팬이 큰 보 부재로 많이 사용하고 있다. 구조용 집성재의 사이즈는 기둥의 경우 105㎜×105㎜×3,000㎜, 120㎜×120㎜×3,000㎜, 보의 경우 105㎜×105~450㎜×6,000㎜, 120㎜×120~450㎜×6,000㎜가 일반적인 사이즈이다. 구조용 합판은 원목을 얇게 켜서 겹친 후 열과 압력을 가해 만든 넓은 판재로 사이즈는 바닥용은 특급 강도인 910㎜×1,820㎜×28㎜를 주로 사용하며, 지붕 및 벽용으론 910㎜×1,820㎜×12㎜를 주로 사용한다.

그 이외에 LVL, OSB, MDF 등이 있다. LVL(Laminated Veneer Lumber)은 3~4㎜의 단층 베니어를 섬유 방향으로 평행하게 적층해 접착한 공학목재이고, OSB(Oriented Stand Board)는 얇은 나무 조각(STRAND)들을 서로 직교하게 겹쳐 만든 판재이고, MDF(Medium Density Fiberboard)는 톱밥과 접착제를 섞어 열과 압력으로 가공한 판재로, 나무를 분쇄해 섬유질을 추출한 후 합성수지 접착제를 섞고 열과 압력을 가해 만든 제품으로 나무의 질감은 없다.

토대 재료와 기둥 부분

기초엔 일반적으로 줄기초와 통기초를 사용한다. 기초 위에 위치하는 토대는 상부 구조체의 하중을 기초로 전달하는 역할을 한다. 토대는 보존처리한 내구성 높은 목재를 사용하며 기초와 앵커볼트로 연결한다. 토대로 사용하는 목재는 지면과 가까워 방습과 방충이 뛰어난 목재를 사용한다. 일반적으로 편백나무와 LVL을 많이 사용하며 방충을 위해 특수 약품을 사용해 방부처리하기도 한다. 그리고 기초와 토대의 환기를 원활하게 하기 위해 기초 패킹을 사용하기도 한다.

기둥은 수직하중에 견디는 역할과 기둥과 내력벽에 횡력이 작용할 때 그 힘을 하부로 전달하는 역할을 한다. 일반적으로 중목구조에서 기둥 사이즈는 105㎜×105㎜와 120㎜×120㎜를 주로 사용한다. 간혹 기둥을 노출시키기 위해 180㎜×180㎜를 사용하기도 한다. 중목구조주택의 경우 층의 높이는 2,700㎜~3,100㎜이며 일반적으로 105㎜×105㎜ 기둥을 사용하면 충분하다. 그리고 기둥 부재는 횡력에 잘 견디도록 집성재를 사용하며, 긴 통기둥보다 기둥을 층간으로 나눠 사용하는 것이 횡력에 강하다.

기둥은 길이가 3,000㎜ 이하일 때는 주로 910㎜ 간격으로 배치하며, 3,640㎜를 최대 간격으로 한다. 3,640㎜ 이상일 경우 보의 두께나 귓자보(Angle Rafter) 등을 사용해 강도를 높이거나 보강해야 한다. 기둥 부재의 수종으론 일반적으로 더글러스퍼, 스프러스, 편백나무 등을 집성해 사용하며, 삼나무도 기둥재로 사용하지만 다른 수종에 비해 기준 강도가 다소 떨어진다.

중목구조 철물의 접합 방법

중목구조에선 구조재(글루램)로 토대와 기둥과 보를 짜 맞춰 골조를 만든다. 각 자재에 홈을 파서 이음(구조재를 같은 방향으로 접합해 길이를 길게 하는 접합 방법)과 맞춤(구조재를 직교하는 방향으로 접합하기 위한 방법)으로 구조재를 접합하는 방식이 일반적인데, 이를 일본에선 ‘재래식 공법’이라고 한다. 이러한 재래식 방법으론 수직하중과 수평(횡)하중에 안전하다고 할 수 없다. 이는 목재에 홈을 파서 결속하기 때문에 목재의 단면적이 작아져 단면 결손이 발생하기 때문이다. 따라서 재래식 공법의 경우 접합부를 보강하기 위해 볼트나 앵커, 철물 등을 사용해야 된다.

재래 공법의 단면 결손을 줄이기 위해 효과적으로 구조재를 접합하는 방법이 ‘철물 공법’이다. 즉, 목재를 철물과 볼트, 핀 등 연결 철물을 사용해 접합하는 방법이다. 이렇게 하면 철물을 미리 부착해 오차가 작고 현장의 작업성이 향상된다. 철물 공법의 경우 보강 철물이 필요 없고, 연결 철물들이 감춰지기에 접합 부분도 깔끔하다. 그리고 결속 부분이 철물이라 지진에도 강하다.

철물은 제조회사에 따라 다양한데 블루하우스코리아에선 일본 타츠미(社)의 테크원TEC-ONE P1, P2. P3 등을 사용하고 있다. 현재는 주로 테크원 P3 철물을 사용하는데 P3는 보와 보를 결속하는 TH-10, TH-18, TH-24, TH-33 철물이 있고, 기둥과 보를 결속하는 GP, HDP, HDC 파이프가 있으며, 토대를 이어주는 GJ-10 철물이 있다. 그리고 못을 대신해 사용하는 드리프트핀과 볼트, 너트가 있다.

중목구조 재래 공법은 접합부를 보강하기 위해 볼트나 앵커, 철물 등을 사용한다.

벽체의 내력벽 기능 유무

중목구조는 기둥과 보를 접합해 구조를 만들며 기둥과 보가 수직하중을 받는 구조이다. 이러한 접합 방식은 핀 접합(기둥과 보를 볼트 및 드리프트 핀으로 고정시키는 방식)으로 기둥과 보가 일체화된 것은 아니다. 하지만 콘크리트조와 같은 경우 기둥과 보가 철근과 콘크리트로 완전히 일체화돼 있다. 이런 접합 방법을 강접합이라고 한다.

핀 접합과 강 접합은 지진 등의 횡력을 받았을 때 견뎌내는 저항력이 다르다. 핀 접합의 경우 횡력을 받으면 접합부가 회전하게 되어 기둥과 보와 철물만으론 구조를 지탱할 수 없기에 회전하게 된다. 따라서 횡력을 받을 경우 견딜 수 있는 별도의 요소가 필요한데, 그것이 내력벽(횡력에 저항할 수 있는 벽)이다. 내력벽엔 석고보드(두께 12.5㎜ 이상), 가새(기둥과 보로 둘러싸인 구조에 대각선으로 들어가는 부재), 구조용 합판 등 다양한 종류가 있다.

내력벽의 강도도 각각 다른데, 그 강도를 수치로 나타낸 것이 벽의 배율이다. 구조체가 지진에 견디기 위해 일정 부분 이상의 내력벽이 필요하며 주로 가새와 판재 내력벽으로 이뤄진다. 가새는 한 개 또는 두 개가 교차해 들어간다. 한 개보다 두 개가 들어갈 경우 벽의 배율을 2배라고 보면 된다. 판재 내력벽은 구조용 합판에 못을 박아 고정한다. 구조용 합판이 횡력을 받으면 못의 힘으로 저항하게 된다. 내력벽의 크기와 양은 중목구조의 경우 구조계산을 통해 하며, 구조계산 없이 하는 경우 벽의 양을 계산하기도 한다. 내력벽 일부만 하는 경우 지진 발생 시 구조물이 뒤틀려 붕괴될 우려가 있으므로, 구조를 검토해 균형 있게 배치해야 한다.

블루하우스코리아가 경남 양산에 지은 주택으로, 골조를 이루는 기둥과 보를 철물로 연결한 덕분에 진도 7.0 규모 강진에도 견디는 내진 성능을 갖추게 됐다.

경남 양산시 중목구조주택 시공 과정

토대 공사

1층 기둥 공사

1층 보 공사

2층 기둥 공사

2층 보 공사

지붕 보 공사

서까래 공사

지붕 및 외벽 합판 공사

지붕의 구성 형태와 단열

중목구조 지붕은 크게 경사지붕과 평지붕으로 나눈다. 경사지붕은 보와 도리, 동자기둥, 서까래로 구성한다. 지붕의 골조는 동자기둥을 세우는 방법과 트러스를 짜는 방법이 있다. 중목구조에선 보에 동자기둥을 세우고 도리를 놓고 서까래를 거는 방법이 일반적이며, 오픈 천장을 위해 동자기둥과 도리를 없애고 서까래보를 만들기도 한다.

지붕 단열은 성능을 높이기 위해 서까래 사이에 단열을 하고 지붕 위에 외단열을 더하는 이중 단열을 한다. 목조주택의 경우 단열 못지않게 중요한 것이 기밀성이다. 따라서 기둥과 보, 합판과 구조재, 합판과 합판, 문이나 창호 등 2개 이상의 부재들이 만나는 부분은 기밀성 향상을 위해 노력해야 한다.

중목구조는 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있다. 또한, 구조재의 내부 노출로 인테리어 효과를 발휘한다.

2일 만에 중목구조 골조 뚝딱!

효율적인 목재 가공 기술을 추구하는 블루하우스코리아의 스마트 시스템SMART SYSTEM. 본사 및 생산 가공공장과의 즉각적 연결이 가능해 클라이언트가 어떠한 사항을 요구하더라도 곧바로 대응할 수 있는 시스템이다. 요청 사항의 전달과 실행에 번거로운 과정이나 불필요한 시간 낭비 없이 고객의 니즈에 맞는 개별 시스템 구축, 이것이 블루하우스코리아의 강점이다.

블루하우스코리아는 비용 절감을 통해 친환경 건축을 추구한다. 2주에 걸쳐 설계도면 분석과 CAD 작업을 통한 도면 변화를 거쳐 프리 컷 공정으로 생산한 친환경 구조재를 출고해 현장에 도착하면 토대 작업, 기둥 및 보 조립과 철물작업을 거쳐 단 2일 만에 구조 시공을 완료함으로써 인건비를 절감하고 있다.

블루하우스코리아의 가공 기술로 오차가 거의 없어 자재 손실율을 최소화하고 현장의 건축 폐기물 처리비용 역시 절감한다. 수입 프로세스의 간소화와 이틀 만의 시공, 소모비용 최소화와 안전한 작업 등 시공 현장의 모든 과정은 비용 절감으로 이어진다. 품질은 최대화하고 비용은 최소화하는 시스템은 자연을 존중하면서 자연과 함께 살아가는 친환경주의의 실천과 맞닿아 있다.