[전원주택 짓기 A TO Z II] 주택 건축 공정 관리, 구조 공사-목구조

목구조란 기둥, 보, 내력벽, 서까래, 장선 등의 주요 구조부를 목재로 짠 가구식 구조를 말한다. 적용 목재는 해당 부재의 구조 등급에 적합한 규격의 단면 형상을 지닌 건조 구조목재이다. 또한 구조적 성능을 확보하기 위해 설계 하중 조건에 부합하도록 수종별·규격별 부재의 단면 성능, 설치 간격, 보강 등 시공 매뉴얼에 따라야 한다. 그리고 한국 주거 문화의 특성인 온돌 난방 방식과 화장실 등 습식 공간에서 물을 자유롭게 사용하기 위해 서구의 매뉴얼보다 강화된 구조로 시공해야 한다. 목재는 가볍고 가공성이 좋아 다양한 형태의 조형미를 표현하는 데 유리하다. 자연 재료로 자체 습도 조절 능력을 지니기에 쾌적한 실내 환경을 유지한다. 따라서 웰빙 트렌드에 잘 맞는 구조로 도심지보다 전원주택 건축에 많이 쓰인다.

한국전통목구조를 설명하려면 한국 전통 목구조를 언급하지 않을 수 없다. 전통 목구조는 많은 장점에도 불구하고 ▲기술자 부족 ▲경제성 문제 ▲여러 가지 기능성 부족(현대의 기술로 많은 발전을 이루었음에도 아직 부족함이 많다) ▲채 나눔 배치 형태로 땅을 많이 필요로 하는 등의 갖가지 현실 문제로 일반 전원주택 건축에는 많이 쓰이지 않는다. 따라서 여기에서는 별도로 설명하지 않았음을 이해하기 바란다. 앞으로 관련 업계 전문가와 미래 건축가들이 함께 노력해서 한국 전통 가옥을 기능성, 경제성, 디자인 면에서 계승 발전시켰으면 하는 바람이다.

목구조의 종류

목구조는 나무 구조재로 지은 건축 구조를 말한다. 구조 목재의 규격과 크기, 시공 방법에 따라 경량 목구조(Light Weight-Wood Frame Structure), 기둥-보 구조(Post & Beam Structure), 통나무 구조(Log Structure) 등으로 분류한다.

경량 목구조(Light Weight Wood Frame Structure)

투 바이 포 공법으로 통하는 경량 목구조는 단면이 2인치 × 4인치(혹은 6인치) 각재를 사용해 수평 및 수직 격판을 상호 긴밀하게 결합해 수평 수직 하중에 저항하는 '상자형 구조(Box System)'이다. 설계상 제약이 거의 없어 원하는 구조와 디자인을 연출할 수 있고 지진에도 강한 저항 능력을 가진다. 초기에는 벽체 골조 부재인 스터드가 1층 바닥에서 2층 천장까지 연속되는 벌룬 구조(Balloon Frame Structure)를 사용했다. 오늘날에는 이보다 발전한 각 층마다 구조체를 별도로 구성해 층과 층을 여러 가지 철물로 보강하는 층식 구조(Platform Frame Structure)를 사용하고 있다.
경량 목구조 공법은 가벼운 목재를 사용하기에 붙여진 이름이지만 200년 이상의 역사를 자랑한다. 오늘날 가장 과학적으로 발전한 대중적인 건축 양식으로 미국과 캐나다 등 일반 주택의 대부분이 이 방식으로 지어졌고, 우리나라에서도 이 방식을 많이 사용하고 있다. 또한 구조재와 단열재를 기준으로 실내·외의 재료를 구분·적용하므로, 그 구성상 외부의 영향이 실내에 미치는 것을 차단할 수 있다. 단열성 확보, 각종 설비의 매입 배관, 구조재의 내구성 증대 등에도 유리하다.

기둥-보 구조(Post & Beam Structure)

가장 오래된 목구조 건축 양식 중 하나로 통나무 구조에서 발전했다. 주로 상업건물이나 규모가 큰 주택 등에 사용하며 요즘에는 전형적인 플랫폼 구조와 혼용하기도 한다. 한국 전통 목구조 형식과 유사하며 황토집을 지을 때 이 구조법을 적용한다. 사용하는 외장재와 디자인이 한옥형인지 서구형인지 구분해서 지붕 형태와 경사각, 벽체를 구성하는 기둥과 보, 인방, 창방, 가새 등을 그에 맞도록 적용하고 혼용하면 안 된다.

중重 목구조(Heavy Timber Frame Structure)

기본적으로 기둥-보 방식과 동일한데 구조용 목재인 큰 각재(Heavy Timber)로 건축한다는 점이 다르다. 주로 대중이 이용하는 대형 건물에 적용되며 큰 각재로 분류하는 최소한의 규격을 지닌 목재로 구성한다. 중목구조에서 요구하는 부재의 최소 규격은 화재 시 구조체의 안전을 보장하기 위한 것이다.

통나무 구조(Log House, Log Cabin Structure)

원형 또는 각형의 수평목을 내력벽으로 하고 나머지 바닥이나 지붕 구조는 2″×4″ 경량 목구조와 동일한 구조로 구성한다. 벽체가 통나무를 쌓는 구조이기에 1개층 높이에서 7~12cm의 침하가 장기적으로 발생하므로 창문틀 등의 개구부에는 침하를 고려한 디테일을 만들어야 한다. 또한 장기간의 뒤틀림과 수축을 고려해 축 방향의 볼트를 바닥에서부터 시방에 적합한 규격과 간격으로 설치하고 통나무 조립 후 초기 몇 년간은 조여 주어야 한다. 초창기 상시 주거용 주택에 많이 사용했지만 구조재이면서 외장과 내장을 겸하는 통나무의 수축과 변형으로 거주성과 단열성이 떨어지고 각종 매입 배관 설비에 불편함이 따르기에 현재는 상시 주거용보다 자연미를 우선으로 표현하고자 하는 자연 휴양지의 펜션, 카페, 별장 등의 용도로 많이 사용한다.

목구조의 특징과 장점

지진에 강하며 안전하다
목재는 단위 중량당 인장 강도나 압축 강도가 철이나 콘크리트를 능가한다. 목조주택은 건물 전체가 가벼운 하중과 일체화된 구조로 이루어져 자체 유연성을 지니므로 진동에 대한 저항력이 우수해 외부 충격을 흡수하는 능력이 뛰어나다. 이는 미국이나 94년 일본 고베지진에서 경량 목조주택이 콘크리트에 비해 상대적으로 피해 발생률이 낮다는 조사 결과로 나타났다.

내구성이 뛰어나다
일반 주택의 내구성은 30년 정도인데 비해 목조주택의 내구성은 70년 내외로 충실히 관리하면 수백 년까지도 유지할 수 있다. 우리의 전통 목구조 건축물에서 600년이 넘은 목조 건물을 흔히 볼 수 있다. 현존하는 최고의 목조건물은 부석사 무량수전으로 고려 중기에 건축했음에도 아직도 우아한 자태를 유지한다. 이러한 내구성을 유지하려면 지속적인 유지·보수와 화재 예방에 유념해야 하는데 현재 많이 사용하는 2″×4″ 공법은 유지·보수가 편리하고 내화 피복 및 방수 피복을 하므로 내구성 확보 면에서 보다 유리하다.

구조재의 단열 성능이 우수하다
목재의 단열 성능은 콘크리트의 4배, 벽돌의 6배, 석재의 15배로 그 자체로 단열 및 보온성이 뛰어난 건축재이다. 목조주택은 자체 단열성이 우수하고 구조재 사이의 중공에 단열재를 쉽게 설치하며, 개구부 주변과 부재와 부재의 접합 부분은 밀폐성이 뛰어나 높은 에너지 효율성으로 에너지 비용을 절감할 수 있다.

변화가 많은 디자인을 잘 표현한다
목재는 가볍고 가공성이 좋아 굴곡이 많고 복잡한 평면과 난이도가 높은 지붕의 시공에 적합하다. 이는 예전보다 높아진 소비자의 미적 형태를 표현하는 데 시공성과 경제성 면에서 우수한 방법이다.

경제적이며 쾌적한 실내 환경을 유지하는 데 유리하다
목구조로 지은 주택은 벽이 얇기에 내부 면적을 최대한 넓게 활용하고 규격화된 저렴한 부재를 사용할 수 있다. 공사 기간도 짧고 연중 언제나 지을 수 있어 경제적이다. 주택의 등급에 따른 가격은 마감재의 질에 따라 크게 좌우되며 구조 공법별 공사비는 단순 형태일 경우에는 그 차이가 사실상 경미하다. 소형이면서 복잡한 형태의 전원주택을 표현하는 데에도 철근콘크리트구조보다 단연 우수하다. 또한 목재는 자연적으로 습도 조절 능력을 지니므로 목조주택은 최적의 습도를 유지해 쾌적한 생활 공간을 보장한다. 여름철 장마 기간에도 쾌적한 실내 환경을 유지하는 반면 기타 구조는 높은 습도의 영향을 받는다.

유지 관리비가 적게 들고 보수가 편하다
목구조로 지은 주택은 외장재 및 도장재의 종류에 따라 시멘트 사이딩일 경우 5∼7년, 베벨 사이딩일 경우 3년 정도 간격으로 한 번씩 외부 도장만 하면 새 집 같은 느낌을 유지한다. 또한 단순 도장 방식을 사용하므로 비용이 적게 들고 공기가 매우 짧다. 단열성이 좋고 특별한 수리가 필요치 않아 유지 관리비가 적게 든다.
보일러, 배관, 전기시설 등의 수명은 일반 주택과 동일하지만 문제가 생겼을 때 쉽게 수리할 수 있다. 각 부에 쓰이는 자재는 수명 기간 내에 해당 부분만 해체하고 교체하면 완전하게 원상 복구할 수 있다.

목구조의 단점

가소성 구조재료지만 화재 위험성은 낮다
사람들은 나무가 불에 타는 것을 알기에 불을 피울 때 나무를 사용한다. 그래서 목조주택은 화재에 안전하지 못하다는 막연한 불안감을 갖는다. 그러나 화재 발생 시 안전성 문제는 구조부가 화염으로부터 보호되도록 하고, 초기 화재를 진압 또는 안전하게 대피하도록 구성하는 것이 중요하다. 목조주택은 내화 피복으로 석고보드를 사용하고 화재 차단 블록을 적용해 화염을 차단 또는 지연시키는 구성을 적용하므로 화재 발생 시 유독 가스 발생 및 연소도, 화재 확산도가 낮아 초기 진압 또는 부득이할 경우 탈출 가능성이 높다. 오히려 화재 위험성은 구조재가 아니라 각종 실내 마감재의 연소로 인한 유독 가스의 발생, 연료 기여, 화염 전파가 더 위험하다. 그러나 구조재가 연소 가능한 물질이므로 내화재료를 적용한 타 구조에 비해 내화성은 상대적으로 약하다. 철근콘크리트구조도 일정 시간 이상 화재에 노출되면 구조의 강도가 떨어져 재사용할 수 없다.

보편화되지 않은 공법이라 전문 시공업체가 적다
웰빙 트렌드와 경제성 제고를 통해 전원주택 분야 목조주택의 수요는 매년 늘어나지만 철근콘크리트 주택에 비해 수요가 적고 주택 건축 시방 관리를 제대로 익힌 기술 인력이 적다. 목조주택업체가 많지만 실제 자체 설계, 구조적 해석 능력과 최종 마감까지 종합 기술면에서 능력을 검증 받은 전문 기술 인력을 보유한 전문업체가 적고 협회 차원의 제도적인 인증제도가 시행되지 않아 소비자가 시공업체를 선정할 때 어려움을 겪고 있다. 이를 보완하려면 (사)한국목조건축협회에서 제도적으로 설계 및 시공 능력 인증제도를 마련해 목조주택을 짓고자 하는 소비자에게 객관적인 시공사 선정 기준을 제시해야 할 것이다.

가구식 구조로 변형에 대비해야 한다
기둥, 보, 서까래와 같이 가늘고 긴 부재를 결합해 구조를 형성하는 가구식 구조는 풍압과 지진 등의 수평력에 의해 약간의 변형이 발생한다. 이는 실내외 마감재의 균열을 발생시킬 수 있으므로 접합부의 강성 확보 및 보강과 단위 부재의 적정성 결정이 매우 중요하다. 또한 한국적 주거 특성(바닥 온돌 난방, 습식 공간의 자유로운 물 사용 등)을 고려해 서구의 시공 매뉴얼보다 더욱 강화된 구조 보강이 필요하다. 이러한 시공 품질 관리를 위해 구조적 해석 능력과 시공 능력과 같은 기술과 경험이 풍부한 업체가 시공하는 것이 바람직하다. 설계상 외형은 같더라도 내구적인 안전성 확보는 시공 능력에 따라 차이가 나기 때문이다.

내화 피복 시까지 화재 예방에 주의한다
목재는 가소성이므로 석고보드와 같은 내화 피복으로 덮을 때까지 화재 예방에 주의해야 한다. 물론 공사 중 안전 관리는 시공사의 책임이므로 건축주가 걱정할 필요는 없다. 다만 원만한 입주를 위해 모두가 화재뿐만 아니라 각종 안전 사고에도 유의해야 한다. 또한 입주 후에도 전기 누전 등으로 인한 화재가 발생하지 않도록 제반 공정의 품질 관리에 주의하고 사용자의 화재 예방을 위한 노력도 필요하다.田

글 이재헌<㈜UNI건설(前 유니홈즈) 대표이사>

글쓴이 이재헌은 주식회사 UNI건설(前 유니홈즈) 대표이사이며 일반건축은 물론 '유니홈즈' 브랜드로 전원주택사업에 주력하고 있다. 1991년부터 '산내들전원주택' 실무책임자로 시작하여 '동신 훼미리하우스', '에스엠루빌'에 이르기까지 전원주택 분야에서 설계 및 현장소장, 사업 기획, 건축, 토목 총괄 팀장 등을 담당한 건축공학 전공 엔지니어로서 일반 건축 경력 이외 주택업계에서만 15년 이상 한길로 매진하여 왔다. 031-766-8930 www.unihomes.com