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기사입력 : 2018.05.24 00:00
프리 컷 & BF구법 중목구조
최근 10년간 우리나라 목조주택은 매년 꾸준하게 증가하는 추세다. 가계소득의 증가와 웰빙 바람으로 인해 획일화된 아파트에서 벗어나 좀 더 편안하고 자연을 영위할 수 있는 주택을 직접 지어서 살려는 젊은 세대들의 주거 인식 변화도 여기에 한몫을 하고 있다. 그래서 대도시 근교에 자기만의 목조주택을 지으려는 수요가 지속적으로 증가하는 추세다. 현재 보급된 목조주택은 북미식 2″× 4″∼8″S.P.F 구조용 규격재를 사용한 경량 목구조가 많지만, 내진성과 내구성이 뛰어난 중목구조 보급률이 점차 늘어나는 추세다.
※BF(Big Frame)구법이란, 일본 스미토모임업에서 독자 개발한 철물공법이다. 주로 105×560㎜ 대단면 단판 적층 구조재를 사용한다.
글 ㈜단감건축사사무소 감은희 소장 02-6217-8752 www.edangam.com
사진 iHousing
중목구조 & 경량 목구조
현재 우리나라에 가장 많이 보급돼 있는 북미식 경량 목구조는 적은 인력으로 집을 쉽게 짓기 위해 고안된 공법이다. 벽식 구조로, 벽체가 하중을 견디는 기둥 역할을 하고 벽과 바닥을 일체화해 강성을 높이는 구조 방식이다.
국내 목조주택 증가 추세
-우리나라 목조주택 시장의 85% 이상 차지
-2″× 4″∼12″구조용 규격재를 현장에서 재단해 시공
-숙련된 목수의 기량에 따라 품질 차이가 발생
-못 접합 방식이므로 철물로 구조적 보강 작업 필요
-주로 현장 재단 시공 방식이다 보니 폐자재 발생
중목구조(상)와 경량 목구조(하) 골조반면, 중목구조는 전통 한옥과 같이 기둥과 보가 수직 하중을 견디는 방식이다. 기둥과 보의 접합 방법에 못을 사용하지 않고 프리 컷 공법과 BF구법(철물 구조)을 혼합해 사용함으로써 내구성과 내진성이 우수하다. 일본의 경우 1995년에 발생한 진도 7.3의 고베 대지진으로 대대적으로 목조주택 제도를 정비한 후 중목구조 보급률이 대다수를 차지하고 있다. 과거엔 기둥과 보 등의 구조부재 접합 부분을 목수가 먹매김해 수가공으로 절단 및 가공하던 것을 프리 컷 공법이 개발된 이후 CAD/CAM을 이용한 기계로 공장 재단을 통해 신속하고 정밀하게 가공된 구조재를 만든다.
한옥 기둥-보구조
중목구조-공장에서 재단된 구조재로 건축물 만드는 방식으로 현장엔 폐자재가 거의 나오지 않음
-균일한 부재와 정밀한 시공으로 품질이 우수
-경량 목구조와 비교했을 때 1.5~2배 이상 공기工期 단축
-높은 층고 확보 및 넓은 경간으로 시원한 개방감 구현
-쉬운 리모델링
중목구조는 기둥에 전달되는 하중을 기초로 전달하는 토대, 건축물의 수직 하중을 지지하는 역할과 내력벽의 프레임 기능도 하는 기둥, 건축물의 수직 하중을 기둥으로 전달하는 보, 지진 및 바람 등 수평(횡) 하중에 저항하는 내력벽 등으로 이뤄진다.
중목구조와 경량 목구조 비교
일본 스미토모임업의 BF구법
중목구조는 전통 한옥과 같이 기둥과 보가 하중을 견디는 방식이다. 일본 스미토모임업의 중목구조 방식은 프리 컷Pre-Cut 공법으로 가공한 기둥과 보 구조재를 BF(Big Frame)구법構法, 즉 철물 공법으로 접합한다. 이 BF구법은 일본 스미토모임업에서 독자 개발 것으로 국토교통성 대신(장관)의 인정을 취득했다. 동양 전통의 장부맞춤 공법에 철 구조물을 더해 진도 7.0에도 견디는 내진성을 확보했다.
일본 스미토모임업 BF구법건물의 수직 힘을 지탱하는 기둥과 수평 힘을 지탱하는 보로 구성된 기둥-보 목구조를 실현하기 위해선 높은 강도와 ??뛰어난 치수 안정성을 갖춘 구조재가 필요하다. 일반적인 중목구조는 기둥이 105㎜ × 105㎜인 반면, BF구법은 105㎜ × 560㎜ 대단면 단판 적층 구조재(LVL: Laminated Veneer Lumber)를 사용한다. 이 구조재는 충분히 건조시킨 얇은 판재를 목리에 평행한 방향(섬유 방향)으로 여러 겹으로 적층해 접착한 공학목재다. 강도가 높고 치수가 안정적이며, 뒤틀림이나 휨, 균열 등이 없어 높은 강성剛性을 요구하는 구조체에 적합하다. 또한, 설계의 자유도가 높기에 개방감 넘치는 주택을 만들 수 있다. 무엇보다 대단면 기둥, 보 구조재는 전용 철물로 접합하기에 지진이나 강풍 등에도 안전하다.
중목구조는 기둥과 기둥의 간격 등 설계 자유도가 높기에 개방감 넘치는 공간 디자인이 가능하다.최적의 구조계산 시스템 ‘WiNX’_일반적으로 주택의 상부 구조와 하부 구조는 과거의 경험을 바탕으로 설계한다. 하지만, 스미토모임업은 독자 개발한 구조계산 시스템인 ‘WiNX’을 이용해 건물뿐만 아니라 기초 구조설계를 한다. 따라서 계획에 의한 기둥·보·내력벽의 단면 치수 및 배치, 기초 단면의 형상과 배근의 적정화 등 주택에 적합한 구조설계를 지원한다.
개방감 넘치는 넓은 개구부 구현_105㎜ × 560㎜ 대단면 구조재는 일반 가새 구조 2,275㎜(1,365㎜ + 910㎜) 내력벽과 동등한 내진성을 갖고 있다. 따라서 보다 넓은 개구부를 만들 수 있어 정원을 향한 큰 창호와 넓은 공간 등 개방감 넘치는 주택을 만들 수 있다.
자유로운 공간 구성_BF구법은 상·하층의 기둥 위치를 달리할 수 있기에 각 층마다 공간을 자유롭게 구성할 수 있다. 주차 공간 상부를 거주 공간으로 활용하거나 넓은 발코니도 만들 수 있다. 또한, 구조를 그대로 살려 향후 구조 변경 등에도 유연하게 대응할 수 있다.
손에 잡히는 목구조 용어 사전
출처 KDS 41 90 33 : 2018 <소규모 건축 구조 기준 목구조>
적용 범위
▲소규모 목조건축물의 구조설계는 KDS 41 10 00에서 KDS 41 70 00까지의 기준에 따라야 한다. 다만, 이 기준에서 제시하는 적용조건을 만족하고, 적용상 문제가 없는 경우에는 이 장에서 제시하는 기준에 따라 설계할 수 있다.
▲이 기준에서 규정되지 않은 보, 기둥, 2차 부재와 접합부의 모든 상세는 KDS 41 33 00의 일반규정을 만족해야 한다.
건조 사용 조건_목구조물의 사용 중에 평형 함수율이 18% 이하로 유지될 수 있는 온도 및 습도 조건
경간_지점의 중심으로부터 다른 지점의 중심까지의 거리
경골목구조_주요 구조부가 공칭 두께 50㎜(실제 두께 38㎜)의 규격재로 건축된 목구조
경사면_목재의 섬유 방향과 0°또는 90°이외의 경사각으로 절단된 재면
구조용 집성재_규정된 강도 등급에 따라 선정된 제재목 또는 목재 층재를 섬유 방향이 서로 평행하게 집성·접착하여 공학적으로 특정 응력을 견딜 수 있도록 생산된 제품
구조용 목질 판재_합판이나 오에스비 등과 같이 구조용으로 사용되며, 목재를 원자재로 하여 제조된 판재
규격재 또는 1종 구조재_공칭 두께가 50㎜ 이상, 125㎜ 미만(실제 두께 38㎜ 이상, 114㎜ 미만)이고, 공칭 너비가 50㎜(실제 너비 38㎜) 이상인 구조용 목재
기계 등급 구조재_기계적으로 목재의 강도 및 강성을 측정하여 등급을 구분한 목재
기둥재 또는 3종 구조재_두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고, 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 미만인 구조용 목재
끝면 나뭇결_목재 부재의 길이 방향(일반적으로 섬유 방향)에 수직한 단면의 나뭇결
내력벽_목구조의 벽체 중에서 수직 하중 및 수평 하중을 지지하는 벽체
다락공간_천장과 지붕의 서까래 사이에 확보하여 주거용 또는 저장용으로 사용되는 공간
단일 부재_동일한 기능을 갖는 부재가 인접하여 있지 않고 하나의 부재만을 사용하여 하중을 지지하는 구조 부재
단판 적층재_단판의 섬유 방향이 서로 평행하게 배열하여 접착된 구조용 목질 재료
덮개_장선, 서까래 또는 스터드 위에 설치하여 이들 부재와 못으로 접합됨으로써 수평 또는 수직 격막구조를 이루고, 그 위에 마감 재료가 설치되는 구조용 목질 판재
대형(중) 목구조_주요 구조부가 공칭 치수 125㎜ × 125㎜(실제 치수 114㎜ × 114㎜) 이상의 부재로 건축되는 목구조
따냄_목재의 표면에 배관, 배선 또는 철물의 설치를 위하여 홈을 판 것
바닥 밑 공간_지하층이 없이 목구조로 1층의 바닥을 시공하는 경우 목구조 바닥의 썩음 방지를 위한 환기와 내부 수리 등의 목적을 위하여 바닥 밑에 확보되는 공간
바닥 격막 구조_횡하중을 골조 또는 벽체 등의 수직재에 전달하기 위한 바닥 또는 지붕틀 구조
박스못_목구조에서 판재와 구조용재 사이의 접합에 많이 사용되며, 동일한 길이의 일반 철못보다 직경이 가는 못
반복 부재_3개 이상의 부재가 중심 간격 600㎜ 이하의 간격으로 배치되고, 그 위에 하중을 분산시킬 수 있는 구조체로 덮어져 있음으로써 작용하는 하중을 서로 분담할 수 있는 구조 부재
방청못_목구조에서 외기에 노출되는 부위에 사용할 수 있도록 표면에 아연도금 처리 등을 하여 녹스는 것을 방지한 못
방화 재료_화재로부터 보호하기 위하여 설치되는 불연 재료, 준불연 재료 및 난연 재료로 제조된 건축 재료
보재 또는 2종 구조재_두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고, 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 이상인 구조용 목재
보통못_일반적으로 목구조에 많이 사용되고, 철선으로 제조되며, 동일한 길이의 박스못보다 직경이 더 굵은 못
섬유 주행 경사_부재의 길이 방향에 대한 섬유 방향의 경사
순단면적_목재의 단면에서 볼트 등의 철물을 위한 구멍이나 홈의 면적을 제외한 나머지 단면적
스터드_경골목구조에서 벽체의 뼈대를 구성하는 수직 부재
습윤 사용 조건_목구조물의 사용 중에 평형 함수율이 18%를 초과하게 되는 온도 및 습도 조건
실제 치수_목재를 제재한 후 건조 및 대패 가공하여 최종제품으로 생산된 치수
I형 장선_플랜지 부재와 웨브 부재로 구성된 I형 단면으로 제조된 구조용 목질 재료
오에스비_강도와 강성을 향상시키기 위하여 배향성을 부여한 스트랜드형 플레이크로 구성되는 일종의 파티클 목질 판재제품
육안등급 구조재_육안으로 목재의 표면 결점(옹이, 갈라짐, 섬유경사, 뒤틀림 등)을 검사하여 등급을 구분한 목재
인사이징_구조재에 방부제를 깊고 균일하게 침투시키기 위해 약제 처리가 어려운 목재의 재면에 칼자국 모양의 상처를 섬유 방향으로 낸 후 방부제를 처리하는 방법
전통 목구조_주요 구조재 사이의 접합부에서 철물을 사용하지 않고 전통 구법에 따라서 목재끼리의 맞춤에 의해서만 연결하는 목구조
재하 기간_구조물의 수명 기간 중에 특정 하중의 최대치(설계하중)가 연속하여 작용하는 것으로 가정되는 기간
절삭축_목재의 섬유 방향과 상대적인 경사면의 방향
제재 치수_목재를 원목에서 제재하여 건조 및 대패가공이 되지 않은 치수
직각 절삭면_목재의 끝면과 같이 섬유 방향과 직각으로 절삭된 재면
측면 나뭇결_목재 부재의 길이 방향(일반적으로 섬유 방향)에 평행한 측면의 나뭇결
층전단_합판의 표면에 수직한 면내에 전단력이 작용하는 경우, 전단력의 방향에 직각으로 섬유 방향이 배열된 가장 약한 단판 내에서 섬유가 전단 파괴되는 현상
파스너_목구조에서 목재 부재 사이의 접합을 보강하기 위하여 사용되는 못, 볼트, 래그나사못 등의 조임용 철물
표면_긴 수평 보의 윗면, 밑면 및 측면과 같이 목재의 섬유 방향과 평행한 재면
플랫폼구조_경골목구조에서 벽체의 스터드가 각 층마다 별도로 구조체로 건축되고 벽체 위에 위층의 바닥이 올려지고 그 위에 다시 위층의 벽체가 시공되는 공법
피에스엘_목재 단판 스트랜드를 평행한 방향으로 접착한 고강도 구조용 복합 목재(패럴램이라고도 한다)
헤더_목구조에서 평행하게 배치된 구조 부재를 가로질러서 개구부(창, 문, 계단 등)가 설치되는 경우에 개구부에 의하여 끊어지는 구조 부재에 작용하는 하중을 효과적으로 좌우측의 부재에 전달하기 위하여 개구부의 양 끝에 평행 부재를 가로질러 설치되는 구조 부재
공칭 치수_목재의 치수를 실제 치수보다 큰 25의 배수로 올려서 부르기 편하게 사용하는 치수
화염막이_구조체의 내부 공간을 타고 화염이 인접한 구역으로 전파되는 것을 방지하기 위하여 구조체 내부를 가로질러 설치되는 부재
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