누구나 지을 수 있는 집, 2. 스틸하우스 설계

스틸하우스 설계
설계는 아주 전문적인 지식과 감각이 필요하지만, 때론 간단한 요구 조건만 충족시키는 도면을 작성할 수 있다. 그 사례로 20평 마을공동 방앗간과 휴게실이 딸린 30평 건물, 4평 정도 정자를 스틸하우스로 도면으로 그려보기로 하자. <사례 : 충청남도 홍성>
주택은 아니지만, 짧은 지면을 통하여 뜻을 전달하기에는 좋을 것 같아 선택했다. 건축 설계의 프로세스가 이렇게 된다는 정도의 내용으로 가볍게 그려보자

대지 및 요구 기능 분석
설계를 하려면 건축물의 요구 조건과 대지의 조건을 분석해야 한다. 본 건물이 들어설 대지는 마을 한가운데에 위치하고, 마을회관 앞마당을 통하여 진입하는데 건물로 볼 때는 서측이 될 수밖에 없다. 또한 대지 뒤에는 아름다운 산이, 앞에는 경지 정리가 되지 않은 다랑이 논들이 위치하여 전형적인 시골의 풍치를 더해 주고 있다.

앞의 그림에서 보듯이 대지는 정남향에서 동쪽으로 약간 기울어져 있으며, 정방향을 향하는 조망이 아주 좋다.

건축 평면도 작성
건축물의 요구 기능은 평면도에 가장 잘 표현돼야 한다. 특성은 방앗간 같지 않은 방앗간으로 마을의 소득 증대는 물론 사랑방 기능까지 갖춘 반은 주택이요, 반은 작업 기능을 가진 단순한 건축물이다.

스틸 스터드(140㎜) 벽체로 시공하고자, 벽체 두께를 200밀리미터로 쉽게 그렸다. 외벽 마감은 외단열공법과 방부목 사이딩을 함께 시공하고자 한다. 난방은 휴게실만 하기로 하고 평면도를 그려보자.

기초 평면도 작성
기초 도면은 최대로 단순화하여 간단하게 매트 기초로 그린다면, 1S1=두께 300밀리미터에 철근은 상·하부 간단히 300밀리미터 정도만 배근해도 될 것이다. 그리고 방수턱이나 마감을 할 때, 레벨을 조정할 필요가 있는 부분은 1S2라고 표현하고 기본 슬래브(Slab) 바닥보다 약 100밀리미터 정도 낮추어 시공하도록 했다.

입면도에는 지붕의 경사도, 외벽 및 지붕
입면도에는 지붕의 경사도, 외벽 및 지붕 지붕의 경사도, 외벽 및 지붕 마감재, 처마 후레슁(빗물에 처마 도리가 썩는 것을 방지하는 용도) 마감재 등이 표시된다. 그리고 지붕 평면도에는 외벽의 중심선으로부터 처마의 끝이 얼마나 빠져나갔는지와 지붕 모양이 잘 나타나야 한다.

창호 및 조명의 표기
스틸하우스로 간단한 집을 지을 경우에는 도면도 최소로 표현할 수 있다. 그렇다고 조명 계획이나 창호에 대한 계획까지 무시할 수는 없다. 다음 그림은 최소로 표현된 창호도와 조명 계획도이다.
창호는 미국식 시스템창호를 적용한 사례로, 가능하면 인치 호칭 치수를 고려하여 구조 설계 시 개구부開口部 폭을 확보하는 것이 바람직하다. 조명은 주택의 경우, 추후 수정이 가해질 수 있으므로 반드시 건축주와 협의해야 한다.

간단한 스틸하우스인 경우, 기본 조명 계획도만 작성해도 스틸하우스의 특성상 수정이 가능하다. 다만 외부 조명의 경우, 마감을 고려하여 계획을 좀 더 세밀하게 세우는 것이 바람직하다. 도면에서 작은 동그라미는 천장에 달리는 ‘직부등’이고, 외부 벽체에 반원 형태로 표기된 것이 ‘외등’이다(짧은 공기상 최대로 단순화하여 작성한 도면임).

스틸하우스 시공 상세도 작성
스틸하우스 시공 상세도는 건축 평면도에 사방 600밀리미터 격자를 그려 놓고, 그 위에 스터드를 600밀리미터 간격으로 배열하는 것부터 시작된다.

집의 구조가 복잡하지 않고 구조적으로 큰 문제가 없는 건물은, 풍하중과 적설하중 등 별도의 구조 해석을 하지 않고도 구조적으로 안전한 시공 상세도를 작성할 수 있다. 다만, 스틸하우스 구조에 대한 이해를 가진 설계자여야 한다는 것을 전제로 한다.

평면도에서는 추후 만들어질 벽체의 호칭(Wall No.), 벽체의 길이, 개구부 및 홀다운의 위치가 표현된다.

지붕 평면도에서는 지붕 트러스의 방향과 트러스 넘버가 표현된다.

앞의 그림에서 상부가 파진 부분은 내부 마감을 그렇게 하려는 것이다. 콘크리트 구조에서는 그렇게 천장을 만들고자 한다면 별도로 내장 목수를 불러 모양을 내야 한다. 하지만 스틸하우스에서는 최초 설계 시부터 마감까지 한 번에 필요한 모양을 정리해 갈 수 있는 장점이 있다.

게이블 트러스란, 벽체의 게이블 월(일반적으로 외부에서 볼 때 둥근 환기창이 보이는 벽체) 위에 있는 트러스로 외부 마감이 완성돼야 하므로 그림의 트러스와는 모양이 달라질 수밖에 없다.

벽체 전개도에는 개구부가 표기되고, 개구부 보강재 전단벽(힘을 받는 벽체) 등이 표현된다.
지금까지 살펴본 스틸하우스 공정별 도면은 일부에 불과하다. 사실 건축주가 너무 많이 알아야 머리만 아플뿐더러, 직접 그리는 것은 전문가에게 맡기는 것보다 경제적으로 득이 되지도 않고 집의 모양도 제대로 갖추기 어렵다. 다만 건축주가 이러이러한 과정을 거쳐서 도면이 완성된다는 것을 알고 있으면 설계자나 시공자 선정 그리고 직접 지을 경우에 많은 도움이 되리라고 본다.

작업장

스틸하우스 설계의 상세
건축사조차도 막상 스틸하우스 설계 의뢰가 들어오면 어디에서부터 접근해야 할지 고민하는 경우가 의외로 많다.

건축설계를 할 때는 건축법 규정에 따라 먼저 중심선을 그린 후, 거기에 맞추어 공간을 나누고, 그 공간에 기능을 부여해 입면계획을 세워야 한다. 그러나 이러한 법규정을 고려하지 않고 스틸하우스를 쉽게 설계하고자 한다면, 안목치수 내지는 스터드의 시작점을 기준으로 공간을 구성하는 것이 바람직하다. 실제로 외국에는 외벽의 맨 끝에서 다음 벽체의 시작점 그리고 마지막 외벽체의 외부선을 기준으로 잡아주는 주택설계 프로그램들이 많다. 그 이유는 건식공법에서 벽체를 구성하는 스터드의 배열을 쉽게 하고, 여기에 내·외부 마감을 위한 쉬딩재를 붙이기 유리하기 때문이다.

그러나 이러한 것들은 구조설계 전문가의 영역이므로 크게 고려하지 않아도 알아서 해결해 준다. 여기에서는 건축주의 입장에서 그 기본 내용들을 그림을 통해 살펴보았다.

지하층이 있는 스틸하우스
앞의 그림은 지하층이 있는 스틸하우스의 외벽 중심선을 어디에 둘지 그리고 지하층이 없을 경우 기초공사 시 기초의 제일 외부 끝은 중심선에서 얼마를 내밀어 시공할지를 보여준다.

스틸하우스 기초공사는 일반적으로 외벽의 중심선에서 70밀리미터를 내밀어 시공하되, 시공 오차가‘+’쪽으로 생기지 않아야 한다. 다시 말해‘-’쪽으로 생기도록 도면에 명시하면 좋다. 기초 크기가 외벽 스터드(140㎜)를 사용할 때 70밀리미터보다 커지면, 외부 쉬딩재를 붙일 때 방수를 위해 최소 하부 트랙의 저면까지 내려붙이고 투습 방수를 스터드-월 하부의 기초까지 겹치게 내려 외부 방수를 해야 하기 때문이다.

또한 앞의 그림에서 중시하는 것은 기초 대신에 지하층이 있는 경우에는 지하층 외벽 방수 후 보호 벽돌을 쌓는 두께(그 지하실에 외부 단열시공까지 필요할 경우) 스터드 벽체의 외부 끝선보다 약 170밀리미터 정도 들여서 지하실의 구조벽체를 시공해야 한다. 그래야만 앞에서 언급한 것처럼 외부 쉬딩재와 투습 방수지를 오버랩시켜 시공할 수 있다(지하실 벽체의 중심선과 상부 스틸하우스 중심선의 편차는 170㎜). 이렇게 하면 스틸하우스의 가장 큰 장점 중 하나인 외벽 마감재가 손상을 입더라도 내부로 물이 침투할 염려가 덜하다.

그리고 외벽의 결로나 곰팡이 발생을 사전에 차단할 수 있다. 반대로 이를 지키지 않을 경우, 지하층 공간에서 사람이 기거할 수 없는 상태가 될 수도 있다.

발코니가 있는 기초
그림은 흔히 분합문이라고 불리는 파티오 도어(Patio door)가 붙은 외벽의 기초나 현관 등의 기초를 설계할 때 필요한 단면을 보여준다. 그림을 살펴보면 발코니 부분의 기초가 스터드-월보다 필요한 만큼(약 70㎜ 이상 100㎜) 낮게 만들어져있다. 이때 주의할 점은 다운(Down) 시키고자 하는 발코니 기초의 시작점도 외벽의 중심선에서 70밀리미터를 더한 시점에서 시작해야 한다. 마찬가지로 시공 오차는‘+’쪽으로 일어나지 않게, 즉 외벽의 중심선에서 71밀리미터, 72밀리미터 내밀지 말고, 69밀리미터나 68밀리미터는 허용될 수 있는 오차라고 생각하면 좋다.

필자는 처음 스틸하우스를 시공하면서 이 내용을 이해하지 못해 발코니의 물이 거실 쪽으로 들어가지 않게 하려고 무지 고생했던 기억이 있다. 그나마 해결이 가능했던 것은 난방을 위해 1층 바닥을 약 120밀리미터 정도 기초 상부보다 올라가게 만들므로 타이벡을 그곳까지 내리고, 우리나라에서 좋다는 방수액을 구해 타이벡 위에 떡을 치듯이 시공을 했다.

그렇지만 다운이 되지 않은 발코니의 물들은 언젠가 타이벡층의 방수에 문제가 생기면, 곧바로 스틸하우스 벽체의 하부 트랙은 습기나 물에 노출될 수 있다. 또 세월이 지남에 따라 아무리 아연도금이 잘 된 KS-D3854에 의한 스틸하우스용 강재라 하더라도 좋은 결과를 기대하기는 어렵다.

스틸하우스 2층 바닥
앞의 그림은 스틸하우스로 2층 이상의 건물을 설계할 때, 과연 2층 바닥의 두께는 얼마로 해야 하는가를 보여준다.

일반적으로 건식구조의 대표 선수인 미국식 목조주택과 스틸하우스의 2층 바닥은 2″×10″라 불리는 장선(Joist)을 450밀리미터 혹은 600밀리미터 간격으로, 마주 보는 벽체의 거리가 짧은 쪽 벽체와 벽체 위에 걸쳐 시공을 한다. 그리고 그 위에 이음매가 요철식으로 생긴(Tung & Groove) 바닥용 합판(15㎜)이나 요철이 한 방향으로 된 높이 35밀리미터 정도의 데크-플레이트를 깔고, 다시 그 위에 80밀리미터 정도의 압축 스티로폴(데크-플레이트 시공 시는 경량기포콘크리트)을 시공한 후 난방 배관을 하여 마감한다.

목구조의 2″×10″조이스트는 38×235밀리미터이지만, 스틸하우스의 장선은 국내의 경우 240밀리미터를 사용하며 부재의 살 두께는 1.8밀리미터 정도를 사용하게 된다.

조이스트 위에 데크-플레이트 설치
스틸하우스 설계 시 2층 바닥의 두께는 하부 석고 2겹(20)+Joist(240)+데크-플레이트 또는 경량기포(70∼80)+난방미장(40)+바닥마감(10 내외)으로 설계하면 약 380밀리미터 정도가 된다. 가능하면 최소 367밀리미터 이상이 되도록 해야 한다. 또한 건축주와 분쟁을 최소로 하기 위해 천장 높이 또한 2400밀리미터에 여유치 30밀리미터 정도를 미리 확보해 설계하는 것이 바람직하다.

꽤 오래전에 겪은 내용이지만, 스틸하우스의 시공 정확도를 자신하여 여유 없이 2400밀리미터로 설계를 했다. 그런데 그만 난방 미장을 하면서 10밀리미터 정도 더 두껍게 시공되어 천장 높이가 2390밀리미터 정도 나왔다. 건축주는 천장이 낮아 답답하다면서 설계가 문제인지, 시공이 문제인지를 따지며 이렇게 낮은 전원주택에 살려면 차라리 아파트하고 무슨 차이가 있느냐는 것이었다.

사실 시공 오차라고 해봐야 기껏 1센티미터도 안 되지만 시각적으로는 매우 다를 수 있다. 이처럼 진퇴양난에 빠져 답변조차 못하는 경우는 생기지 말아야 한다. 그래서 2층 바닥을 구성하는 구조체와 마감의 두께는 매우 중요하다. 특히 도심지에서 스틸하우스를 다가구주택 등에 적용할 경우, 일조권이나 도로 사선 제한 등 법규 검토 시 매우 중요하다.

다만 2층에 있는 화장실처럼 다운이 필요한 부분의 장선은 180밀리미터 정도를 사용해야 한다. 천장의 높이 설계에 대한 그림과 치수는 다음 그림을 참조하기 바란다.

스틸하우스 벽체 두께
스틸하우스 벽체의 두께를 얼마로 설계할지는 가장 기본적인 단계다. 하지만 내부 공간을 얼마나 크게 사용할 것인지, 또는 가구 배치를 어떻게 할 것인지를 결정할 때 꼭 지켜야 할 사항이다.

지금까지 외벽체의 스터드는 일률적으로 140밀리미터 스터드를 기본으로 설명했다. 실제 설계에서는 150밀리미터 스터드를 외벽체나 내력벽에 사용하는 경우가 많다.

장스판의 공간(넓은 공간)을 설계할 경우, 스틸하우스용 장선만으로는 상부 층의 하중을 감당하기 어려울 경우가 생기거나, 디자인을 위해 특별히 큰 창을 내력벽에 반드시 설치해야 한다면, 내력에 하중이 걸리는 부분이 생길 수 있다.

스틸하우스의 장점 중 하나는 철골부재(H-Beam)나 각 파이프 등과 혼용하여 설계를 한다는 점인데, 국내에 생산되는 철골부재의 치수는 100×100, 125×125, 150×100, 150×150 등이다.

이때 150×150의 철골부재를 혼용하여 기둥으로 사용하고, 여기에 보의 치수는 200×150, 또는 아주 큰 힘을 필요로 할 경우에는 300×150 크기의 철골부재를 보로 사용할 수 있다.

그러나 일반 주택의 경우는 H-형강을 사용하지 않고도 거의 설계가 가능하기에 140밀리미터 스터드를 외벽이나 내력벽 그리고 수직 배관이 필요한 벽체에 사용하면 무리 없는 설계가 가능하다. 이때 외벽체의 두께는 내부 석고보드 2겹(19)+스터드(140)+외부쉬딩 OSB(12)까지 약 172밀리미터 정도가 된다.

외벽마감재의 두께는 별도로 생각해야 한다. 외단열공법 적용 시 55밀리미터 목상을 걸고, 사이딩 설치 시 약 60밀리미터, 표준벽돌치장 쌓기 마감 시 약 150밀리미터 정도가 추가된다고 보면 좋다.

그리고 내벽의 경우는 대부분 90밀리미터 스터드를 사용하며 양쪽에 석고보드를 2겹씩 시공하고 여기에 벽지 마감을 한다고 보면 130밀리미터 정도의 벽체로 설계를 해도 무리가 없다.

한편 화장실 내부 벽체와 같이 거울, 샤워기, 옷장 등 많은 것이 걸리는 벽체는 12밀리미터 OSB 합판이나 내수합판을 시공한 후 초벌로 도막방수를 하도록 하고, 내부 쪽에 방수석고 보드 시공 후 방수를 하고, 타일 등을 붙이도록 설계하는 것이 바람직하다.

또한 개구부를 설계할 때 콘크리트조의 경우 벽체의 시작점부터 개구부를 두어도 관계가 없으나, 스틸하우스의 경우 벽체가 꺾이는 내부 쪽으로부터 80밀리미터 떨어진 곳에서 개구부를 시작해야 한다. 이는 스틸하우스의 구조적 특성상 개구부 상부 헤더에서 떨어지는 하중을 전달하는 킹스터드와 트림스터드가 필요하기 때문이다.

X-BRACING과 개구부
한편 힘을 받는 내력벽에는 수직하중뿐만 아니라 건물에 더욱 치명적인 영향을 주는 바람 등 횡하중에 견디기 위하여 너무 많은 창문을 배치하여 전단벽의 역할에 지장을 주지 않도록 해야 한다.

그림에서‘X’형태로 그려진 부분이 있는데, 이 부분이 내력벽 역할을 충분히 하도록 보강을 한 가새(X-bracing)다. 이것으로 인하여 스터드로만 이루어진 벽체가 꽉 찬 박스 형태의 벽체가 되어 횡하중에 저항할 능력을 키우게 된다. 개구부 좌우의 부재는 굵게 보이는데, 이는 앞에서 설명한 보강 스터드인 킹스터드와 트림스터드 2장이 더 들어갔기 때문이다.

지붕의 환기 시스템
아무리 튼튼하게 설계하고 지은 스틸하우스일지라도 기능적으로 결함이 많다면 그 집은 실패작이라고 볼 수밖에 없다.

또한 설계하면서 스틸하우스의 장점을 살리지 못한다면 마찬가지다.

스틸하우스로 설계하는 많은 집들은 모임지붕보다는 박공지붕 형태를 취하며, 목조주택의 경우는 모임지붕이 주류를 이룬다. 이는 스틸하우스의 지붕 구조는 트러스 형태를 취하고 있으며, 목조주택의 지붕 구조는 래프터(서까래) 방식을 취하는 경우가 많기 때문이다. 모임지붕의 장점은 마감공사비가 저렴하다는 것인데, 그 이유는 건축물의 볼륨 즉 부피가 박공지붕에 비해 그만큼 줄어들기 때문이다.

그러나 박공지붕이든 모임지붕이든 중요한 것은 지붕 속 환기가 제대로 이루어지지 않을 경우, 좀 비약적인 비교지만 여름철 차 문을 닫아 놓은 상태로 차 속에 있는 것과 같다. 그림에서 보듯이 여름의 햇살이 지붕에 닿으면 지붕 속의 공기가 뜨거워지는데, 이때 더운 지붕 속 공기를 처마 밑으로 바람을 넣어 박공 부분에 설치된 환기구(게이블벤트)나 모임지붕의 용마루에 설치된 환기구(용마루벤트, 릿지벤트) 등으로 빠져나가도록 설계해야 한다.

스틸하우스의 주류를 이루는 박공지붕을 구성하는 트러스를 설계할 경우, 사실상 공기의 움직임이 일어나는 공간이 지붕 속에 많이 있어서 그리 어렵지는 않다. 하지만 그림처럼 높은 천장 설계를 위하여 천장을 들어 올릴 경우에는 최소 트러스의 수직 높이를 60센티미터 이상 80 미터 정도 확보해야 바람직하다.