스틸하우스가 국내에 도입된 것은 2000년대 초이지만, 여타 공법에 비해 시공 실적이 높은 편은 아니다. 2002년에 시공실적이 1만 2,000호였던 것이 2015년에 4,000(전체 6만 8,000호 가운데 0.58%)여 채로 줄어들었다. 오히려 지난 10여 년간 단독주택의 비중은 13%대로 성장했다는 점을 고려하면 스틸하우스의 시장 점유율은 더욱 위축됐다고밖에 볼 수 없다. 하지만 2017년 11월 15일 오후 2시 29분경에 발생한 진도 5.4를 기록한 포항지진으로 스틸하우스에 관심이 쏠리고 있다. 일반적으로 건축 구조 중에서 스틸하우스의 내진성능이 뛰어나다고 알려져 있기 때문이다.
1992년에 플로리다를 강타한 허리케인 엔드류(Building Performance Hurricane Andrew In Florida. 1992. FEMA’s)
다시 주목받는 내진성능
미국철골구조협회(AISC: American Institute of Steel Construction)에서 발간한《철골건물에 대한 사실: 지진과 내진설계》(Facts for Steel Buildings: Earthquakes and Seismic Design. 2009)에는 철골구조가 알려진 이래 이 공법이 발전해온 과정을 보여준다. 철골구조의 내진성능이 큰 이목을 끌게 된 계기는 1906년 4월 18일에 발생한 샌프란시스코 대지진과 화재다. 당시 도심은 경량 목구조와 석재 내력벽으로 된 건물이 뒤섞여 있었고, 수직적인 하중 전달식 철골에 석재 벽으로 매워 마감한 30여 개의 고층 빌딩이 있었다고 한다. 이 가운데 지진과 화재에 통나무와 석재로 된 대부분의 건물은 무너졌지만 철골구조는 남았다. 어떠한 내진설계도 되어 있지 않았음에도 이들 철골구조는 대부분 수리하거나 복원해 사용했고, 그중 20여 채가 오늘날까지 사용되고 있다고 한다. 이후 공학자들은 철골구조의 내진성이 철이 지닌 연성軟性[Ductile]에서 비롯된다는 점을 알게 됐다. 업계에서는 이러한 점이 철골구조의 수요를 높이는 계기가 됐다고 보고 있다.
미국의 본격적인 스틸하우스 도입은 1960년대에 이루어졌다. 당시, 스틸하우스는 급등하는 목재가격으로 인해 이를 대체할 목적으로 채택됐다. 그뿐만 아니라, 나무를 갉아먹는 흰개미 등과 같은 병충해로 인해 목조주택의 수명이 단축되는 문제를 스틸하우스로 해결하고자 했다. 그러나 스틸하우스의 수요가 늘어나게 된 배경에는 환경문제와 더불어 지진이나 허리케인 등과 같은 재난이 한몫했을 것이라는 주장도 있다. 스틸하우스는 목재 사용을 줄여 산림을 보호할 수 있고, 100% 재활용될 수 있다는 점에서 친환경 건축구조로 평가받고 있다. 또한, 1992년 플로리다를 강타한 허리케인이나 1995년 일본 고베 지진 등에서 스틸하우스가 재난에 효과적으로 저항한 것으로 알려져 있다.
스틸하우스가 가진 내진성능과 풍압 등 횡하중에 대한 저항성이 우수하다는 점은 스틸하우스의 시장 점유율의 변화에서도 나타난다. 1993년, 미국의 단독주택과 연립주택을 포함한 잠재시장에서 5%(약 7만 호)를 차지하던 스틸하우스의 점유율은 2000년에 8%(약 11.2만 호), 2005년에는 12%(약 16.8만 호)로 증가했다. 한편, 2013년 일본의 주택시장을 조사한 바에 따르면, 단독주택과 연립주택을 포함한 잠재적 주택시장은 82만 호이고, 이 가운데 스틸하우스는 7만 4,000호로 9%의 점유율을 차지한 것으로 집계됐다. 여기에 모듈러까지 포함할 경우 약 20%를 차지할 것으로 추정된다(posMAC? 스틸하우스 솔루션 마케팅 전략 포럼. 2017년 9월 15일). 다양한 재난을 경험한 미국과 일본에서 스틸하우스의 비중이 늘어나는 추세는 그 잠재력을 시사한다.
1995년에 발생한 고베 대지진(wikipedia)
경제성과 안전성이라는 두 마리 토끼
국내에 스틸하우스가 도입된 것은 1996년부터이다. 포스코POSCO와 포항산업과학연구원, 한국철강협회의 주도로 자재를 국산화하고 설계기준을 법제화해 왔다. 우리나라에서 스틸하우스를 도입한 배경에는 무엇보다도 경제성이 있다. 스틸하우스 등 건식공법은 콘크리트조나 조적조와 같은 습식공법과 달리 공장에서 부재를 생산해 현장에서 조립하는 프리패브 공법이 가능해 공기工期 단축과 인건비 절감이 가능하기 때문이다. 더구나 철강 생산량이 세계 선두권인 우리나라에서 스틸하우스의 재료를 안정적으로 공급받을 수 있다는 이점이 있다.
업계는 최근 주택의 내진성능에 대한 관심이 증폭되고 있는 분위기에 힘입어 스틸하우스의 경쟁력 제고 방안을 계획하고 추진해 나가고 있다. 이러한 움직임은 크게 세 축으로 이루어져 진행된다. 하나는 내진 및 내화, 단열, 층간소음과 차음 등에 대한 성능 평가와 기술인증을 추진해 스틸하우스의 신뢰도를 높이는 것이다. 또 하나는 마케팅 지원 인프라를 강화해 시장 점유율을 높이는 것이고, 마지막 하나는 정보통신기술(ICT)을 활용한 미래형 주택을 개발해 스틸하우스의 미래 시장을 개척해 나간다는 로드맵이다. 특히, 건축사와 구조기술사 등이 구조설계를 용이하게 하는 스틸하우스 전용 구조설계 프로그램 개발에도 박차를 가할 것으로 보인다. 이를 통해 내진성능이 우수한 스틸하우스 보급이 확대될 것이란 기대를 모으고 있다.
스틸하우스는 강인한 접합철물과 수만 개의 스크루 접합으로 끈끈한 저항형 구조
끈끈한 저항형 구조, 스틸하우스
주택시장의 변화에 발 빠른 행보를 보이는 기업이 있다. ‘기성화 주택’으로 주택시장에 이름이 알려진 ‘골드홈’은 스틸하우스 도입 초기인 2000년도부터 스틸하우스 구조설계 프로그램(SFDT)를 개발해 이를 현장에 적용해 왔다. 골드홈은 “소형주택에까지 구조 엔지니어의 설계를 통해 수천 채의 스틸하우스를 시공해 온 결과, 20여 년간 한 건의 골조 하자도 없었다.”라며 자부심을 내비쳤다. 이러한 노하우를 바탕으로 골드홈은 2018년부터 “지진, 화재, 자연재해로부터 안전한 포스코 스틸하우스 공법을 주력으로 단독주택 시공을 더욱더 확대 시공해 나갈 계획”이라고 한다. 골드홈의 김진용 건축가를 통해 주택 내진설계의 중요성을 들어보았다.
“최근, 여러 차례의 지진으로 건축물이 붕괴되고 인명피해가 발생해 우리나라도 지진 안전지대가 아니라는 인식이 확대되고 있습니다. 따라서 주택의 구조 안전은 필수사항이 아닐 수 없습니다. 스틸하우스는 강인한 접합철물과 수만 개의 스크루 접합으로 끈끈한 저항형 구조입니다. 이 구조는 여타 건축 구조와는 달리 구조체의 저항과 충격의 흡수로 한 번에 무너질 염려가 없기에 대규모 인명피해를 예방할 수 있습니다.”
구조 엔지니어와 구조설계 프로그램
특히, 골드홈은 스틸하우스 골조에 포스코의 고내식 합금 도금 강판인 포스맥PosMac?이 사용된다는 점을 강조했다. 스틸하우스 골조에 사용하는 스틸 스터드는 부식을 방지하기 위해 아연으로 도금된다. 아연 도금 강판은 표면에 흠집이 생기더라도 그 주변에 있는 아연이 철보다 먼저 부식돼 도막을 형성함으로써 철의 부식을 막는다. 그러나 해안지대나 산업지구, 농축산지역 등과 같이 화학적 부식이 발생하기 쉬운 환경조건이라면 아연 도금만으로는 그 기능이 제한적일 수밖에 없다. 국내의 기술로 개발된 포스맥은 아연(Zn)과 더불어 마그네슘(Mg, 3%), 알루미늄(Al, 2.5%)으로 합금·도금한 강판으로 가공부와 단면부의 내식성이 5~10배 이상 뛰어나다. 이는 도금층 중 마그네슘에 의해 안정한 상태의 치밀한 부식 생성물인 백청[Simonkolleite: Zn5(OH)8Cl2·H2O]의 생성이 촉진되기 때문이다. 뿐만 아니라, 포스맥은 산성 및 염기성 환경에 대한 시험에서도 여타의 자재에 비해 우수한 내화학성을 보여주기도 했다.
스틸하우스가 ‘끈끈한 저항형’ 구조로 규정되는 이유는 구조의 접합에 용접을 하지 않고 강성이 높은 접합철물을 사용한다는 점이다. 스틸하우스 구조체의 접합에는 강대, 가셋 플레이트, 조이스트 브릿징, 허리케인타이 등 다양한 접합철물이 사용되고, 아연으로 도금한 수만 개의 스크루로 고정된다. 무엇보다 상부의 하중을 지붕의 뼈대인 트러스트를 거쳐 벽체에서 바닥으로 분산해 전달하는 벽식 또는 인라인In-Line 구조는 스틸하우스의 핵심이라고 한다. 하중을 견디는 주요 구조인 벽체에는 가새[Brace]를 덧대 더욱 견고하다.
스틸하우스의 골조는 스틸 스터드(수직 부재)와 트랙(수평 부재) 등을 아연 도금 스크루로 접합해 만든다.
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주택의 안전성에 대한 요구가 점점 커지고, 스틸하우스 구조의 안정성이 다시 주목 받고 있는 시점에서 업계는 협력강화를 통해 시장에서의 입지를 더욱 굳혀가겠다는 포부를 갖고 있다. 골드홈의 가장 큰 경쟁력은 ‘가격’이다. 뛰어난 고급자재와 견실한 구조의 집을 지으면서도 가격 경쟁력을 갖출 수 있는 것은 기성화 주택과 프리패브 공법 가운데 하나인 ‘패널라이징’이다. 기성화 주택은 건축주가 라이프스타일과 니즈에 맞추어 이미 설계돼 있는 다양한 모델 가운데 자신의 조건에 부합하는 주택 디자인을 골라 설계하는 방식이다. 이 경우 설계와 시공 과정에서의 시행착오를 줄일 수 있어 비용을 아낄 수 있다. 또한, 패널라이징은 주택 시공에 필요한 골조를 미리 공장에서 제작해 현장에서 조립하는 방식이기 때문에 공기와 인건비 등을 줄일 수 있다.
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