 경량 목구조 & 중목 구조 제대로 알기 (2-2) 전원주택 중에서 가장 인기가 좋은 것은 목조주택이다. 목조주택이라고 해서 나무가 겉으로 드러나는 것은 아니다. 주택의 종류는 벽체와 지붕의 구조체에 따라 달라진다. 구조체 위에 마감을 하는 것은 목조주택 이든 여느 주택 이든 차이가 별로 없다. 목조주택이 숨 쉬는 집이라고 하는데 기밀 시공을 하면서 숨을 쉰다고 하는 것이 모순이 아니냐고 할 수도 있겠다. 집이 숨을 쉰다고 하는 것은 통기성을 말하는 것이다. 나무는 살아서 천년, 죽어서 천년을 가는 생물이다. 잘 지은 목조주택은 관리만 제대로 해주면 기본 수명이 100년이 넘는다. 물론 주택을 오래도록 잘 유지하려면 목재의 물성을 잘 알고 그에 맞는 부자재와 마감재를 사용해야 하며 유지 및 관리를 잘 해줘야 한다. 목조주택을 건축하는 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 가장 보편적으로 적용되는 경량 목구조(벽식 구조) 공법과 중목 구조(기둥·보 구조) 공법이다. 이번 호에는 이 두 공법에 대해 자세하게 소개한다. 글 이수민 기자 도움말 김은희(주식회사 단감 대표) 자료출처 <목조주택 설계 가이드>(2016, 김광철·심재광, 전북대학교출판문화원), <소규모 건축구조기준 해설서>
숨 쉬는 집 목조주택 많은 예비 건축주들이 합리적인 건축비, 공기의 단축, 쾌적한 실내 환경 등의 이유로 목구조에 관심을 갖고, 목조주택을 지으려고 한다. 재생이 가능하고 에너지 소비가 적으며 무독성인 생태 건축재인 나무로 지은 목조주택 짓기 전에 알아두어야 할 것들을 살펴봤다.
02 중목 구조 Heavy Timber Framing System 중목 구조의 중목은 무거운 하중의 목재를 뜻하며, 주요 구조부가 125㎜×125㎜(실제 114㎜) 이상의 부재로 건축된 목구조를 말한다. 경량 목구조와 달리 중목 구조는 실내에 드러나는 기둥과 보 목재와 내지진성 등을 내세우며 목조주택시장에서 자리를 잡았다.
무거운 목재를 기둥과 보로 접합해 건물의 하중이 전달되는 구조 원리는 경량 목구조의 기둥-보 방식과 동일하지만, 구조용 목재가 대단면재로 분류되는 최소한의 규격을 지닌 목재들로 구성된다는 점이 다르다. 중목 구조의 규정에 요구되는 부재의 최소 규격은 화재 시 구조체의 안전을 보장하기 위해서다. 목재가 화염에 휩싸였을 때 검게 그을린 탄소 피막은 하나의 방화막을 형성하여 목부재가 일정한 시간 동안 구조적 성능을 유지할 수 있게 한다. 이러한 중목 구조는 목재를 구조재와 동시에 수장재로써 사용하고자 할 때 많이 사용된다. 중목 구조의 종류는 크게 재래식 공법과 철물 공법으로 나눌 수 있다.
중목 구조의 특징 중목 구조는 내부 구조 설계가 자유로운 편으로 큰 창문과 현관을 비교적 제한 없이 만들 수 있고, 지붕 모양도 원하는 대로 선택할 수 있으며 습도가 높은 여름이나 장마철엔 대기 중의 수분을 흡수하고, 습도가 낮은 겨울에는 수분을 발산하기에 실내를 보송보송하게 유지시키는 등 다양한 장점을 가지고 있다.
높은 설계 자유도 기둥-보 구조부재를 어떻게 배치하느냐에 따라 다양한 공간을 연출할 수 있다.
목재의 아름다움이 살린 구조 주택 내부에서 나무를 보고 만지고 느낄 수 있어 목재의 장점과 아름다움을 최대한 살린 공법이다.
리모델링이 용이 기둥과 보의 길이 조절로 비교적 쉽게 리모델링이나 증축, 개축 등을 할 수 있다. 이 부분이 북미식 경량 목구조와 차별되는 부분이다.
쾌적성 목재의 열전도율은 철의 200배, 콘크리트의 4배이므로 여름에는 시원하고 겨울에는 따듯하다. 또한, 습도가 높은 여름이나 장마철에는 대기 중의 수분을 흡수하며, 반대로 습도가 낮은 겨울에는 수분을 발산하기에 실내를 쾌적하게 유지하기 좋다.
내구성 중목 구조에 사용하는 구조부재는 천연 목재의 결점을 제거하고 좋은 부분만으로 제작한 집성재다. 따라서 구조부재가 전체적으로 균일하고 안정된 품질을 유지한다.
중목 구조 접합 종류 중목 구조에서 기둥과 보를 접합하는 방식은 두 가지다. 한옥 방식인 ‘재래식 공법(장부맞춤)’과 기둥과 보를 접합하는 부분에 철물을 사용하는 ‘철물 공법’이다. 재래식 공법은 접합 부분에 못을 사용하는 것이 아니라, 구조 설계도면에 맞게 재단해 목재를 끼워 맞추거나 목재 사이에 철물을 접합하는 방식으로 구조재를 연결하는 프리컥 Pre-Cut 공법을 주로 사용한다. 반면 철물 공법은 구조재와 구조재 사이에 철물로 연결한다.
재래식 공법 프리 컷으로 가공한 토대, 보 등의 주요 구조재들을 이음과 맞춤으로 접합하는 방법이다. 이음이란 구조재들을 같은 방향으로 길게 접합하는 것이고, 맞춤이란 구조재들을 직교 방향으로 접합하는 것이다. 하지만 구조재들에 이음 또는 맞춤에 필요한 홈을 가공하다 보면 단면 결손이 생길 수 있기 때문에 수직하중과 횡하중에 안전하다고 할 수 없다.
철물 공법 단면 결손을 줄이기 위해 구조재들을 전용 철물을 사용해 접합하는 공법이다. 구조재들을 전용 철물, 볼트, 너트, 드리프트 핀으로 접합하는 방법으로 단면 결손이 거의 발생하지 않는다. 따라서 재래식 공법보다 통기둥뿐만 아니라 다른 접합부에서도 결손이 적으므로 구조적으로 안전하다. 특히 철물을 미리 프리 컷 공장에서 부착하므로 오차가 작고 정밀해 현장 작업 능률이 높으며, 연결 철물이 구조부재 내부로 숨겨져 골조를 깔끔하게 드러내 인테리어 효과를 높일 수 있다. 여기에 재래식 공법에 비해 철물 비용이 발생하지만, 통기둥 등 단면 결손이 커질 부분에만 철물 공법을 적용하는 등 재래식 공법과 혼용해 사용할 수 있다.
중목 구조 각 부재의 역할 기초 건물이 부담하는 하중을 지반으로 전달하는 역할 토대 기둥에 전달되는 하중을 기초로 전달하는 역할 기둥, 보 건물의 수직하중을 지지하는 역할로 내력벽의 프레임 기능도 있음 내력벽 지진이나 바람과 같은 횡력에 저항하는 역할 바닥 건물의 수직하중을 지지하는 역할로 횡력을 내력벽으로 전달함 천장 지붕이 받는 수직하중, 횡하중에 저항하는 역할
중목 구조에 사용하는 구조재 종류 원목 일반 건조목으로 1차 자연 건조를 거친 원목 형태의 나무들은 구조재 형태로 2차 가공한다. 이 과정에서 인조 건조를 통해 목재 내부 수분 함수율을 18% 이하로 낮춘다. 이때 건조 가공하면서 목재 내부보다 외부가 빨리 지면서 특유의 갈라짐이 생길 수 있으므로 철물 공법이 아닌 앵커와 볼트를 사용한 재래식 목조 축조 공법에 사용한다. 대표 수종으로는 편백(히노끼), 적삼목(스기) 등을 들 수 있다.
라미네이트 빔 같은 수종의 원목을 일정 두께로 접착해 가공한 목재로 집성재라고 불리는 목재가 해당된다. 원목의 단점인 틀어짐을 보완한 목재로 철물 공법에 주로 사용한다. 대표적인 수종은 북미나 유럽 등에서 생산된 스프러스다.
LVL(Laminated Veneer Lumber) 주 재료는 뉴질랜드의 라디에이터 파인이며 절삭된 단판을 적층해 만든 구조용 공학 목재다. 1995년 일본에서 발생한 진도 7 이상의 대지진에 견질 수 있는 구조목으로 만들어진 목재다. 중목 구조의 주재료로 쓰면 구조적 안정성을 크게 높일 수 있으며 8~10%의 낮은 함수율로 목재 자체의 갈라짐과 수축 팽창에 따른 변형을 최소화할 수 있다. 단, 가격이 비싸다.
중목 구조 시공 과정
01 자재 하역 및 분류한다 중목 구조는 토대부터 서까래까지 모든 자재가 현장에 반입되기 때문에 시공 순서에 맞게 분류하는 작업이 중요하다.
02 토대 작업을 한다 주택의 균형을 좌우하는 작업이므로 많은 시간이 소요되며, LVL 목재 또는 편백(히노끼)을 토대로 사용한다.
03 철물 결속을 한다 토대 작업을 진행하는 일부 인원을 제외하고 시공할 자재에 철물을 미리 결속한다.
04 1층 기둥을 시공한다 1층 기둥은 인력들이 직접 자재를 이동하여 빠르게 결속한다.
05 1층 보를 시공한다 1층 보를 결속할 때 프리 컷 구조재를 옮기는 집게를 장착한 크레인을 동원하여 시공한다. 나무망치를 사용해 목재 손상을 방지한다.
06 2층 바닥을 시공한다 층간 소음 방지재를 설치한 뒤 재단해 둔 바닥 합판을 시공한다.
07~09 2층과 서까래를 시공한다 2층 기둥과 보를 결속하고 서까래를 시공한다.
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