목조주택 바로 알기 4-3, 구조용 목재

사람이나 주택이나 뼈대가 튼튼해야
목조주택의 뼈대를 형성하는 목재는 어떤 것들이 있을까?
목조주택에서 가장 많이 사용하는 게 구조용 목재(규격 목재)이다. 이것은 집을 에워싸고 있는 내부 공간을 칸으로 막는 구조체의 골조로, 그 위에 마감재를 붙인다.

구조용 목재는 목조주택에 작용하는 하중을 구조적으로 안전하게 지지한다. 또 전체적으로나 부분적으로 과도한 변형을 방지하여 원래의 목적과 기능을 감당하도록 지탱하는 역할을 수행한다. 사람도 뼈대가 튼튼해야 하듯이 구조용 목재의 성능은 매우 중요한 선택 기준이 된다. 구조용 목재는 그 구조 성능에 초점을 맞추어 등급 구분이 이루어지며, 이것을 보고 강도 및 강성 등을 파악할 수 있다.

구조용 목재는 인공 건조(Kiln-Dry)를 한 후에 사용하는데, 규격과 품질에 따라 등급이 나뉘며 사용처도 구분된다. 목재의 등급은 각 개별 목재의 외양과 각종 결점들의 상태에 따라 결정된다. 즉 목재의 갈라짐, 옹이, 나뭇결 등의 상태를 시각적으로 검사하여 목재의 등급을 결정한 후 공인 마크를 찍는다. 공인 마크는 목재의 수종, 함수율, 등급, 생산자 이름 그리고 등급 결정 협회를 표시하는 내용으로 구성되어 있다.

일반적으로 원목을 제재할 때는 변재가 깨끗하고 옹이가 없는 목재가 나오고, 심재에서 대부분의 결점이나 낮은 등급의 목재가 나온다. 원목을 제재한 목재의 종류는 규격재, 판재 및 일반용재, 통재, 재가공용재, 마감용재로 분류한다. 여기에서는 목조주택의 주요 자재인 규격재와 함께 구조재와 구조용 집성재에 대하여 살펴본다.

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

규격제(Dimension Lumber)의 종류
목조주택의 구조용 목재로 공칭 치수 2?×4?(50㎜∼100㎜) 이상인 각재다. 내부에 감추어지기 때문에 외관보다는 그 강도가 중요한 판단 기준이 된다. 이러한 각재는 그 크기와 강도에 따른 허용 변형력에 따라 구조용 경량 각재, 경량 각재, 스터드, 구조용 장선 및 널재 등 네 가지 종류로 구분한다.

구조용 경량 각재(Structural Light Framing)
경골 구조재는 공칭 치수로 두께와 너비가 2″×4″인 목재에 해당한다. 용도는 강도 특성에 따라서 다시 특별 구조 등급(Select Structural), 1등급(No. 1), 2등급(No. 2), 3등급(No. 3)으로 세분한다. 경골 구조재는 트러스(지붕틀) 제조처럼 단면 치수가 작으면서 높은 강도를 요구하는 용도에 적합하다.

경량 각재(Light Framing)
경골재는 두께 2인치∼4인치에 너비가 4인치인 목재다. 높은 구조 성능이 요구되지 않는 용도에 적합하다. 주로 깔도리, 스터드, 짧은 샛기둥(Cripple), 보막이(Blocking) 등에 사용한다. 경골재는 강도 특성에 따라서 다시 건축(Construction), 표준(Standard) 및 다용도(Utility)의 세 가지 등급으로 세분한다.

스터드(Stud)
스터드는 공칭 치수로 두께 2인치, 너비 4인치∼6인치, 길이 3미터(10ft) 이하인 목재이다. 주로 벽체의 샛기둥 용으로 사용하는데, 반드시 여기에만 국한되지는 않는다. 이 치수의 목재를 사용하는 곳이면 어디에나 사용 가능하다.

구조용 장선 및 널재(Structural Joists and Planks)
구조용 장선 및 널재는 공칭 치수로 두께 2인치∼4인치에 너비 5인치 이상인 목재다. 이 범위의 목재는 경량 목조주택에서 주로 바닥 및 천장 장선과 지붕 서까래로 사용하고 있다. 구조용 장선 및 널재는 강도 특성에 따라서 다시 특별 구조 등급(Select Structural), 1등급(No 1), 2등급(No 2) 및 3등급(No 3)의 네 가지 등급으로 세분된다.

구조재(Heavy Timber)
구조재는 공칭 치수로 두께 및 너비가 모두 5인치(125㎜) 이상인 목재다. 이 규격의 목재는 경량 각재에서 헤더(끝막이 보)나 보 등과 같은 일부 용도를 제외하고는 사용하지 않는다. 구조재를 사용하는 모든 용도에서는 반드시 구조 설계를 병행해야 한다.

구조재는 다시 보재와 기둥재로 구분하는데 보재는 주로 휨 하중을 받는 용도로 사용하며 두께와 너비의 치수 차이가 2인치를 초과하는 부재를 의미한다. 기둥재는 두께와 너비 치수 차이가 2인치 이하인 부재를 의미한다.

두께와 너비가 5인치 이상인 구조재의 경우, 너무 두껍기 때문에 건조가 어렵고 건조 시 결함 발생률이 높기 때문에 일반적으로 건조되지 않은 생재가 생산 및 유통되고 있다.

구조용 집성재
구조용 집성재의 등급은 주로 휨 강도에 근거하여 이루어진다. 북미지역의 경우에는 육안 등급 구분 층재를 사용한 집성재는 16F-V2의 형태로 표시하고, 기계 등급 구분 층재의 경우에는 16F-E2의 형태로 표기한다.

이 등급 표시에서 앞의 숫자는 100psi (단위의 휨 강도)를 나타내고, 뒤의 숫자는 층재의 등급을 의미한다. 영문자 F는 휨 강도를 의미하며 V는 육안 등급 구분된 층재임을 나타내고 E는 기계 등급 구분된 층재임을 의미한다. 휨 강도 등급은 16, 20, 22, 24 등이 주로 많이 사용되고, 28과 30도 생산되고 있다. 층재의 등급은 V1부터 V12까지 그리고 E1부터 E20까지 사용되고 있다.

구조용 목재의 수종과 건조 여부, 등급, 생산지, 검수 표시는 각 자재마다 표시된다. 목재의 등급 표시는 생산지에 따라 그 표시 방법이 다르다.

구조용 목재의 치수
시중에서 판매하는 목재는 표시된 규격과 실제 규격에 차이가 있다. 이것을 공칭 치수라고 하는데, 원래는 제재 치수의 의미를 가지고 있었으나 점차 목재 건조 및 가공 기술이 발달하고, 목공기계의 정밀도가 증가하면서 최종 마감 치수를 얻기 위하여 꼭 공칭 치수로 제재할 필요가 없어졌다. 따라서 현재는 공칭 치수에서 제재 치수의 의미는 전혀 없어졌으며, 다만 부르기 편한 치수라는 의미만이 남아 있다. 따라서 최종 마감 치수를 얻기 위한 제재 치수의 값은 전적으로 생산 업체의 자율에 의하여 결정되고 있다. 다만 요구되는 최종 마감 치수만 얻을 수 있다면 품질 인증에는 문제가 없다.