누구나 지을 수 있는 집, 1. 스틸하우스, 알려지지 않은 이야기

우리가 일반적으로 말하는 목조주택, 스틸하우스, 콘크리트주택, 벽돌집은 외부 마감재로 분류한 것이 아니다. 사람의 몸과 비교하면 척추와 갈비뼈, 등뼈에 해당하는 것이 무엇인가, 하는 데서 구조 형식을 찾는다. 그다음 몸에 살이 붙고, 옷을 입고 신을 신어서 모습을 나타내듯이 주택 또한 같은 논리이다.

스틸(Steel)은 철이다. 즉 철로 뼈대를 구성해서 지은 것이 스틸하우스다. 이렇게 뼈대를 구성한 건축물은 크게 다음의 네 가지로 나뉜다.

◈철골 구조(Steel)

◈철골철근 구조(Steel Reinforced Concrete)

◈경량철골 구조(Light-weight Steel)

◈스틸하우스 구조(Light-Gauged Steel Framed)

앞의 분류 가운데 스틸하우스는 건축법상에 명확한 구조 형식이 없어, 경량철골 구조에 포함한다. 그러나 공법과 용도, 심지어 취득세, 등록세 등 건축을 한 뒤에 내는 세금까지도 경량철골 구조와는 차이가 난다. 그러면 비전문가인 건축주가 이러한 네 가지 공법 중에서, 어떤 것이 스틸하우스인지 쉽게 구분하는 방법은 무엇일까?

네모난 집을 짓는다고 가정할 때, 철골 기둥이 4개 이상이고 그것을 연결하는 보가 있다면 ‘철골 구조’다. 즉 기둥이나 보 가운데 어느 하나를 없애면, 금세 무너질 것 같은 뼈대를 가졌다고 보면 된다.

그런가 하면, 작은 기둥이나 보처럼 생긴 것이 많기에 그 가운데 몇 개쯤 빼낸다고 해서 당장 문제 되지 않을 것처럼 보이는 구조가 있다. 목조주택의 뼈대를 시공하는 것과 같은 공법으로, ‘ㄷ’자 형태의 작은 스틸 자재(기둥 지름이 15㎝ 이내)를 사용하여 짓고, 그 두께가 약 1밀리미터 정도로 얇다면 ‘스틸하우스’라고 보아도 된다.

아니, 그렇게 얇고 가냘픈 자재로 어떻게 집을 지을 수 있을까? 라고 반문한다면 이렇게 말하고 싶다.

평소 별생각 없이 타고 다니는 자전거의 바퀴를 구성하는 살을 보자. 굵기가 약 3밀리미터 정도 밖에 안 된다. 그럼에도 불구하고 두 명이 타고, 심지어는 세 명도 거뜬히 탈 수 있다. 이처럼 폐각형 안에서 여러 개의 작은 힘이 합쳐져 큰 힘을 발휘하는 것을 ‘면내응력’이라고 한다. 스틸하우스도 이러한 원리로 만들어진 구조다.

스틸하우스는 경량철골 구조보다 공사비가 많이 들지만, 주거 성능이 뛰어나 주택이나 기숙사, 모양이 특이하게 생긴 카페 등의 용도로 많이 짓고 있다.

반면 경량철골을 이용한 조립식 구조는 창고나 축사, 공장 등의 건물에 적합하다. 우리나라에서는 이러한 조립식 구조로 대형 쇼핑센터나 청소년 수련시설을 지었다가 대형 참사를 빚은 바 있다.

여러 개의 작은 살이 모여 큰 힘을 발휘하는 자전거 바퀴

스틸하우스란 무엇인가
스틸하우스란, ‘스틸 스터드(Steel Stud)’라고 하는 냉간 성형 강재로 집의 뼈대가 되는 기둥과 보, 바닥, 벽체, 지붕 등을 구성하는 공법을 말한다. 이렇게 뼈대를 만든 다음 스틸 스터드(Stud) 하나하나의 부재를 스크루(Screw)를 사용하여 연결한다. 이 과정에서 사람의 인체 중 살에 해당하는 부분을 만든다. 이때는 주로 합판이나 석고보드 등과 같은 판재를 스크루를 사용하여 뼈대인 스틸 스터드 벽체나 지붕 등에 붙인다.

이러한 공정이 끝나면 사람이 옷을 입듯이 외부에는 벽돌이나 외단열 공법(드라이비트) 같은 ‘습식 마감’을 하기도 하고, 목재나 시멘트 보드 형태의 사이딩 등을 이용하는 ‘건식 마감’을 하기도 한다. 내부는 벽돌이나 콘크리트 구조와 마찬가지로 벽지나 페인트, 목재, 타일 등 어떤 마감 공법도 가능하다.

스틸하우스 구조재는 노후화가 느리고 영구적이다.

그러면 스틸 스터드는 무엇이고, 건식공법은 무엇인가?
이것들은 조립식 공법과는 어떤 차이가 있을까?
이러한 의문점만 해결한다면, 스틸하우스에 대한 개념 정리를 50퍼센트 이상 마친 셈이다.

벽돌조를 구성하는 가장 기본적인 단위 부재는 벽돌이다. 마찬가지로 스틸하우스의 뼈대를 구성하는 가장 기본 단위 부재는 스틸 스터드인데, 사용하는 부분에 따라서 ‘트랙(Track)’과 ‘조이스트(Joist)’ 등으로 구분한다. 그 사용 부분은 아래 <표>와 같이 구분한다.

스틸하우스는 인체의 갈비뼈와 비슷하다.

구조적 안전성
스틸하우스는 작고 얇은 하나하나의 부재들이 모여서 큰 힘을 발휘하는 형태의 공법이다. 사람의 신체 구조에서 심장이나 위장 등을 감싸는 것은 힘이 강하고 굵은 척추뼈가 아니라 작고 약한 갈비뼈다. 이 갈비뼈가 많이 모여서 그 안에 공간을 제공하고, 또 보호하는 역할을 한다. 여기에서 스틸하우스와 가장 비슷한 것이 갈비뼈인데, 그 역할을 보면 다음과 같다.

척추뼈는 하나가 잘못되면 대부분 심각한 장애를 가져온다. 하지만 여러 개가 물려 있는 갈비뼈는, 그중 하나가 금이 가거나 부러졌다고 해서 그리 문제가 되지 않는다.

스틸하우스는 이처럼 약한 것 같은 갈비뼈(스터드에 해당)를 많이 사용하므로, 한두 개의 부재가 전체 문제를 일으키지 않는다. 일반 재래식 건축물은 세월이 흐름에 따라 벽에 금이 많이 가고 벽지가 찢어지는 등 노후화가 빨리 진행된다. 반면에 스틸하우스의 노후화는 진행 상태가 매우 느리다. 사실 구조체 자체의 노후화는 기초만 제대로 했다면 거의 영구적이라고 할 수 있다.

일반적으로 철골 구조나 철골 보강 조립식 구조의 건축물은 척추뼈처럼 큰 부재들로만 지은 구조다. 따라서 한 부재에 결함이 발생하면 사람이 척추뼈에 손상을 입는 경우처럼 될 수밖에 없다. 그 가운데 조립식 구조는 샌드위치 패널을 이용하여 집을 짓는다. 이 구조는 순철골 구조보다 부재 치수가 작고, 또한 더 작은 구조의 건물은 철골 보강 없이 샌드위치 패널만으로 자체 하중을 분산시키고 지탱하기도 한다. 인체 구조를 지탱하는 다리뼈나 발가락뼈, 두개골, 갈비뼈 등이 적절한 부위에서 기능을 발휘하듯이, 건축물도 이러한 요소들을 용도에 맞추어 사용해야 한다.

대형 건축물일 경우, 갈비뼈 같은 스틸 스터드로만 형성하면 상부에서 내려오는 자체 중량을 견뎌낼 수 없다. 우리 몸의 다리뼈가 통뼈로 된 것과 마찬가지다. 그러나 단독주택이나 3∼4층 이하의 건축물은 자체 몸무게가 작거나, 크더라도 옆으로 잔뜩 펼쳐지는 경우가 많다. 이때는 균형상 서로 물고 있는 힘이 좋아야 한다. 키만 큰 홀쭉이형 건물보다 키가 작고 옆으로 퍼진 건물이 바람의 영향이나 지진처럼 옆에서 치는 파괴력(횡하중)에 잘 견디므로 스틸하우스가 구조적으로 더 튼튼하다.

스틸하우스는 단열성과 내진성이 뛰어나다

쾌적한 실내 환경
집이란 사람이 잠자고 휴식하는 곳이므로 쾌적한 실내 환경은 필수다. 따라서 냉·난방이 잘되고 곰팡이 발생 등이 적어야 한다. 콘크리트나 벽돌 구조 건축물은 벽체나 지붕의 가운데가 꽉 차 있는데 반해, 스틸하우스의 벽체나 지붕은 중간이 빈 형태로 여기에 단열재가 채워져 있다.

외부에 면한 창문의 예를 보자. 카페나 음식점의 대형 창처럼 한 장의 유리를 외부에 끼울 때와, 두 장의 유리 사이에 공기 층을 둔 이른바 페어글라스(Pair Glass) 창의 열 손실이나 습기 발생률을 생각해 보자. 더 좋은 예로 자동차 유리가 대표적인 단창(Single Glass)인데, 비가 오거나 밖의 기온이 떨어진다거나 할 때 창이 흐려져서 에어컨을 트느라 창을 여느라 애를 먹어야 한다. 물론 콘크리트나 벽돌 구조 주택의 경우, 외벽 쪽에는 단열재를 넣고 벽돌 등으로 마감한다. 하지만 자체적으로 비어 있는 스틸하우스 벽체와는 비교할 수 없다.

낡은 건축물을 헐었을 때, 단열재인 압축 스티로폼(단열재)을 손으로 쥐어짜면 물이 주르륵 흐르는 것을 볼 수 있다. 그 이유는 세월이 지나면서 콘크리트나 벽돌 속의 시멘트 성분이 습기를 빨아들여 스티로폼이 젖었기 때문이다. 이런 점으로 재래식 공법의 주택은 외벽에 곰팡이가 피고, 단열 기능이 떨어져 냉·난방비가 많이 들어갈 수밖에 없다.

스틸하우스는 얇은 철판을 이용하여 중간이 빈 벽체를 만들어 집을 짓는 공법으로, 단열성과 내진성 등이 뛰어나다. 주로 단독주택이나 병원, 기숙사 등 사람이 기거하는 비교적 저층형 고급 건축물에 적합한 구조이다.

그렇다고 그냥 얇은 철판으로 된 스터드를 사다가 지어서는 안 된다. 공학적으로 스틸 스터드는, 스틸하우스에 사용되는 ‘ㄷ’자형 강재인 트랙이나 조이스트를 통칭하여 부른다. 또한 아연 도금을 한 구조용 냉간성형강(ZSS 400)으로 한국산업규격(KSD3854)에 등록된 강재를 사용하도록 돼 있다. 앞의 말들을 풀어 보면 다음과 같다.

롤 형태의 원소재코일

아연 도금 된 강판
고등학교 화학 시간에 배운 이온화 순서(칼, 칼, 나, 마, 알, 아, 철, 수, 구, 수, 은)를 기억해 보면 아연의 이온화 속도는 철보다 빠르다. 즉, 일정 규모 이상의 아연 도금 강판은 표면에 흠집이 생기더라도, 그 주변의 아연이 철보다 먼저 부식되면서 2차 도막을 형성하여 철의 부식을 막아 준다. 도금 두께는 275g/㎡로 규정돼 있다.

스터드 냉간성형 과정

구조용 냉간성형강
칼도 생선회 칼, 연필깎이 칼, 면도 칼 등 용도별로 다르듯이, 철강재도 용도에 따라 다르다. ‘구조용’이란 건축물의 뼈대로 사용하는 철강재를 말한다. ‘냉간성형강’이란 용광로를 거쳐 1차 가공한 철판을 ‘ㄷ’자 형태로 절곡(2차 가공) 시 열을 가하지 않고 상온에서 규정에 의한 힘을 가하여 절곡하는 것을 말한다.

스틸하우스의 강도는 여타 공법에 비해 손색이 없다.

그렇다면 스틸하우스 시공에 사용하는 스터드가 가지는 힘은 얼마일까?

1제곱 센티미터의 단면적을 가진 긴 부재를 양쪽에서 잡아당길 때 견디는 힘을 공학적으로 ‘인장강도(Fy)’라고 표현한다. 일반적으로 철은 인장강도가 2400kg/㎠이며, 스틸하우스용 스터드는 3000kg/㎠ 이상을 사용하도록 규정하고 있다. 이때 강도 규정은 ‘ㄷ’ 자로 절곡하기 전의 것이다. 따라서 이 강도가 줄지 않도록 스틸하우스는 상온에서 절곡을 하되, 너무 예리하게 휘어지면 아연 도금에 손상을 입힐 수 있으므로, 그 부분의 외접 원곡률 반경은 부재 두께의 2배 이상으로 하되 2.4밀리미터 이상으로 하도록 하는 까다로운 규정을 두고 있다.

이렇게 만들어진 스틸 스터드를 마감재로 둘러싸서 집을 지으면, 기후에 의해 부식되어 자체 힘을 잃어버리는 기간(내후성, 내구연한)은 보통 150∼200년까지 보장된다고 볼 수 있다. 그러므로 지구상에 존재하는 어떤 공법에 비하여 손색이 없는 강도를 가진 건축물이 될 수밖에 없다.

지금까지 자재에 대한 개념 접근을 해보았고, 스틸하우스의 시공 과정은 스크루에 의한 건식공법(물을 사용하지 않고 시공)으로 쉽게 이야기하면 ‘조립식’이라고 할 수 있다. 그러나 우리나라에서는 조립식 주택하면 ‘샌드위치 패널’ 구조를 통상적으로 가리킨다. 그러므로 스틸하우스나 목조주택을 조립식 주택과 구분해서 사용한다.

스틸하우스의 구법(뼈대를 형성하는 공법)은 목조주택에서 유래됐기에, 사실상 주거 성능을 포함하여 거의 유사하다. 학술 용어로는 미국의 경우 메탈 홈(Metal Home), 또는 박판 철골조 주택(Light Gauged Steel Framed Housing) 등으로 불린다.

주택시장의 트랜드로 전원주택이 부상하고 있으며, 그 가운데 상당수가 스틸하우스로 지어질 전망이다.

스틸하우스 유래 및 국내 보급 과정
스틸하우스는 비교적 가벼운 목재를 망치나 톱 등 간편한 도구를 이용하여 원하는 평면을 자유로이 표현하는 2″×4″ 경량목조주택의 주거 성능이나 시공 방법을 거의 그대로 이용하되, 다만 뼈대만 바꾸어 개발한 것이다. 나라마다 개발과 도입 배경은 차이가 있다.

예를 들면 목조주택을 많이 짓는 미국의 경우는 △‘흰개미’의 피해 △정부의 산림보호 정책으로 목재 단가 상승 등이 이유였다.

우리나라의 경우 세계 제1위의 철강재 생산 능력을 가진 POSCO와 포항과학산업연구원, 한국철강협회 산하 스틸하우스클럽 등이 1996년부터 연구를 수행하고, 전국에 모델하우스를 시공해 그 주거 성능을 검증하면서 자재의 국산화 및 설계 기준의 법제화 추진, 기능공 확보 및 설계 인력 양성을 위해 ‘스틸하우스 시공 교육’, ‘스틸하우스 설계교육’, ‘미국 연수반’ 등을 편성하여 인력을 꾸준히 양성해 왔다.

스틸하우스(좌)는 뼈대만 다를 뿐 경량 목조주택(우)의 시공 방법과 유사하다.

국내 보급은 목조주택보다 늦었지만 1999년부터 ‘내화구조 인증’, ‘건설 신기술 지정’, ‘대학 설계 교재 개발’, ‘차음 성능 향상 추진’ 등을 통해 최근 그 적용 범위를 스틸빌라까지 확대하고 있다. 이렇듯 국내 스틸하우스 기술력은 세계적 수준에 올라 있다.

·1996∼1998년 도입기
·1999∼2000년 적용기
·2001∼ 현재까지 확산기

아직까지 스틸하우스가 차지하는 시장 점유율(Market Share)은 미미하다. 그러나 최근 몇 년간의 발전 속도와 보급률에서 꾸준한 성장률을 보이고 있다. 이렇듯 스틸하우스의 꾸준한 확산 및 보급은 다음과 같은 데서 찾을 수 있다.

첫째, 국내 굴지의 대기업들과 실무 회사로 구성된 철강협회의 조직적인 지원 속에서 포항과학산업연구원의 전문화된 인력에 의한 지속적인 연구 개발 등이 뒷받침됐기 때문이다.

둘째, 노령화되어 가는 건설 인력으로 인한 습식공사의 품질 경쟁력 저하 및 공기 단축 효과 때문이다.

셋째, 최근 친환경 주택과 건강주택을 선호하는 풍토가 전원주택시장을 중심으로 빠르게 번져가고 있기 때문이다.

넷째, 여기에 덧붙여 스틸하우스가 갖는 사회적 역할로 건축주 개인에게는 쾌적한 주거환경을 제공하지만, 후손들에게는 거의 100퍼센트 재활용이 가능한 소재인 철을 한 세대당 10여 톤씩 물려주는 효과가 있기 때문이다. 재활용이나 리사이클링(Recycling) 만큼 친환경적인 용어는 없을 것이다.

자료 : 전원주택라이프DB