목조주택 바로 알기 4-2,경량 목구조주택

경량 목조주택의 역사
경량 목구조(이하 경량 목조주택) 공법은 약 150년 전에 미국이 개발해 수많은 시행착오와 연구를 거치면서 발전해 왔다. 개척시대 정착민들은 북미 대륙의 풍부한 목재를 활용하여, 주택과 농장 등 필요한 건물을 건축했으며, 초기에는 양질의 목재를 원목 형태로 사용한 통나무 건축이 주류를 이루었다.

당시에는 사각형으로 짠 뼈대의 변형을 막기 위하여 손으로 만든 못으로 대각선 방향으로 빗댄 가새 방식을 사용했다. 이러한 못은 값이 비싸서 개구부에 창문이나 문을 설치하거나, 외벽에 사이딩을 부착할 때 부족하게 사용할 수밖에 없었다. 따라서 대부분의 결합 부분에는 못과 볼트 대신에 주로 나무촉을 사용했다. 목재는 도끼나 톱으로 원목을 제재했다. 나무를 벌채한 후 표피를 벗겨내고, 장방형의 통재로 대패질하여 움푹 파인 곳에 놓고, 대개 두 사람이 한 조를 이루어 통재의 위와 아래에서 밀고 당기며 켜서 통재, 각재, 판재 등을 생산했다.

19세기 초에 일기 시작한 산업혁명으로 사회가 안정되고, 점차 목재 가공 기술과 기계가 발달하면서 보다 많은 양의 주택을 값싸게 지을 수 있는 대책이 필요해졌다. 이러한 목적을 위하여 개발한 것이 경량 목조주택 공법으로, 목재의 가공 기술 발전과 함께 철못의 대량 생산에 힘입어 일반화됐다.

이러한 경량 목조주택 공법은 미국이나 캐나다 등의 북미지역을 중심으로 꾸준히 발전했으며, 많은 연구와 시험을 통하여 더욱 경제적이고 효율적인 구조로 개발됐다. 사용하는 자재나 시공 방법도 모두 표준화됐으며, 이를 간단한 도표나 쉽게 기억할 수 있는 형태의 표준으로 개발하여, 누구나 이 공법을 이해하고 적용할 수 있는 수준으로까지 발전했다.

이러한 공법이 2차 세계대전 이후에 전 세계의 정보 통신과 국가 간의 무역이 활성화되면서 다른 국가들에게도 전파되기 시작했다. 우리나라에는 1980년대 후반부터 보급되기 시작했다. 그 배경은 경제 성장에 따른 국민소득의 증가로 보다 나은 주거 환경을 추구하려는 욕구가 점점 커지면서 자연스럽게 목조주택에 대한 관심이 높아진 데서 찾을 수 있다. 일본의 경우에는 1974년에 도입됐는데, 당시에는 공법이 간편하고, 재래 목조 공법보다 가격이 저렴하여 기대를 모았다. 하지만 우리나라와 마찬가지로 초기 보급률이 낮은 편인데, 그 이유는 전문 시공 기술자가 부족했기 때문이다. 그러나 최근 목조주택에 대해 정부, 건설업계, 학계 등에서 지속적인 관심을 기울이고 있으며, 또 목구조 전문 인력을 양성하는 기관이 증가하고 있어 전망은 매우 밝은 편이다.

참조
미국임산물협회 《경량목조주택해설》, 캐나다 주택공사 《캐나다 목조주택 건축》

경량 목조 주택의 공법
경량 목조주택 공법에는 크게 벌룬 구조 공법(Balloon Construction), 플랫폼 구조 공법(Platform Construction), 기둥-보 구조 공법(Post & Beam) 등이 있다. 또 기둥-보 방식의 원리와 같지만 구조용 목재를 통재(Heavy Timber)로 사용하는 중목 구조 공법도 있는데, 전원주택보다는 레스토랑이나 호텔, 체육관 등 비교적 규모가 큰 건물에 적용하므로 여기에서는 제외했다.

벌룬 구조 공법
벌룬 구조 공법은 19세기 말에서 20세기 초까지 가장 많이 사용됐다. 1830년경, 미국의 스노우 씨가 기존 기둥-보 방식에서 칸막이 벽체의 작은 단면 각재의 프레임이 구조체에 전달되는 하중을 지지하기에 충분하다는 것을 발견했다. 작은 단면의 각재들만 사용하고, 그 간격을 좁혀서 벽체는 샛기둥(Stud)으로, 바닥은 장선(Joist)으로, 지붕은 서까래(Rafter)로 구성하는 방식이다. 이러한 구조 부재들은 목수들이 다루기에 용이하며, 기계로 생산한 철못으로 편리하고 신속하게 조립할 수 있다. 이것을 벌룬(Balloon) 구조라고 하는데, 구조 방식이 우수하고 집을 가볍게 구성하여 풍선처럼 날아갈 듯한 데에서 비롯됐다.

벌룬 구조에서 외부 벽체와 일부 내부 벽체에 사용하는 샛기둥의 길이가 1층 바닥에서 시작해서 2층 바닥을 지나서 지붕 구조를 지지하는 위의 깔도리까지다. 이 공법은 바닥 장선을 샛기둥에 연결하므로 조립식 시공이나 현장 시공이 어렵기 때문에 현재는 거의 사용하지 않고 있다.

그러나 플랫폼 공법에 벌룬 공법을 부분적으로 사용하기도 한다. 그 예로 천장 장선 혹은 달반자(Dropped Ceiling)는 샛기둥 사이에 부착한 1″×4″(19×89㎜) 장선받이(Ribbon)로 지지할 수 있다. 또 바닥 높이를 달리하는 층의 집에서는, 인접한 벽체와 높이가 다른 바닥에서도 같은 방법으로 바닥 장선을 지지할 수 있다. 일부 플랫폼 공법으로 짓는 2층 집에서는 난방용 닥트(Duct)와 파이프 배관의 편의를 위하여 중심 내력 벽체를 벌룬 구조로 하기도 한다.

벌룬 구조의 가장 큰 취약점은 벽체와 바닥 장선의 결합 방식이 화염 진행을 적절하게 차단하지 못하여 화재가 났을 때 두 개의 층에 달하는 샛기둥 사이의 공간이 연도煙道 역할을 한다. 이러한 샛기둥은 그 길이가 길어 시공할 때 다루기 힘들다.

플랫폼 구조 공법
오늘날 가장 널리 사용하는 플랫폼 구조는 화재 발생 시 취약한 내화 성능과 시공 시 열악한 작업 성능을 지닌 벌룬 구조를 보완한 새로운 공법이다. 이 구조는 벽체가 평탄한 바닥 구조 위에 놓이는 것으로, 연속 벽체 혹은 1층 벽체 위에 2층 벽체가 놓이는 벌룬 구조와는 다르다.

플랫폼 구조는 두 단계의 시공 과정을 거치는데, 먼저 콘크리트 줄기초 위에 1층의 평탄한 바닥이 설치된다. 이때 평탄한 면은 내력벽과 비내력벽의 조립과 설치를 위한 작업장으로 쓰인다. 2층일 경우, 2층의 플랫폼은 1층 벽체 위에 새로운 평탄한 바닥 면을 형성하면서 설치된다. 마지막으로 2층 벽체 상부에 지붕의 서까래와 천장틀을 지지하게 된다.

벌룬 구조와 비교할 때 플랫폼 구조는 세 가지 장점이 있다. 첫째, 샛기둥 길이가 한 층 높이와 같으므로 짧고 가벼워 작업이 쉽다. 둘째, 평탄한 플랫폼 위에서 조립하기에 벽체를 직각으로 정확하게 세울 수 있고, 그전에 합판이나 대각 가새를 설치하면 벽체가 튼튼해진다. 두 사람이 5∼15분 만에 벽체 하나를 쉽게 설치할 수 있다. 셋째, 플랫폼으로 구성된 바닥구조는 1층과 2층의 벽체 구조 사이에서 방화막 역할을 한다.

둥-보 구조 공법
기둥-보 구조는 오래된 구조 가운데 하나로, 오늘날 플랫폼 구조 공법 다음으로 많이 사용하고 있다. 현재 전형적인 플랫폼 구조와 결합하여 사용되는데, 이때 골조 구조를 이룬다.

현대적인 기둥-보 구조의 잠재적인 장점은 세 가지로 압축할 수 있다. 첫째, 적은 수의 큰 단면 부재를 사용하여 사이를 늘리고, 자재와 인력을 줄인다. 둘째, 통상 목재를 노출시켜 나무의 수려한 질감을 자연스럽게 표현한다. 셋째, 지붕 구조를 바닥이나 벽체보다 먼저 시공할 수 있어 작업에 도움을 준다. 즉, 기초를 한 후에 기둥과 보 부재로 지붕 구조를 지지하여 내부 작업 공간이나 자재 창고 등으로 활용할 수 있다.

기둥-보 구조는 플랫폼 구조보다 보와 보, 보와 기둥 같은 연결 부분에 신중한 주의를 요한다. 또 주택의 모든 하중이 이러한 결합 부분으로 전달되므로 연결 부분의 결함은 구조적 안전성에 치명적이다. 따라서 하중을 받는 기둥을 배열할 때, 내력벽이나 적정한 대각선 가새의 사용을 고려해야 한다.

기둥 사이에 걸치는 보는 대규모 개구부를 형성한다. 이러한 개구부는 비내력 경량 칸막이벽이나 외부로의 조망을 위한 대형 창으로 구성할 수 있다.

기둥-보 구조의 단점은 플랫폼 구조에 비해 전기나 기계 설비의 매설을 위한 감추어진 공간이 없다는 것이다. 참고로 플랫폼 구조는 설비들이 샛기둥과 장선을 관통하여 설치된다. 따라서 상부 닥트와 같은 설비 라인이 그대로 노출되거나 천장을 단지게 하여 마감할 수밖에 없다. 또 수직 설비를 위한 별도의 핏트(Pit)가 필요하다