['18년 5월호 특집 3] 왜, 중목구조에 매료되는가

왜, 중목구조에 매료되는가

일본 주택의 56%가 목구조이며, 이 가운데 75%가 전통 축조 구법(공법)에 뿌리를 둔 중목구조다. 대단면 기둥-보 방식으로 우리의 한옥 구조와 비슷하다. 우리가 한옥을 전통 한옥과 현대 한옥으로 구분하듯이 일본도 기둥-보 방식 목구조를 전통 구법과 재래 구법(일본 <건축기준법>)으로 구분한다.

글 윤홍로 기자
사진 창조하우징 031-420-5537 www.chang-jo.co.kr

자료 협조 블루하우스코리아 031-8017-5002 www.koreabluehouse.com / 중목구조 입문, 미야자키현

1995년 발생한 진도 7.2의 고베 지진 때 6,4000여 명의 사망자가 발생했는데, 대부분 전통 구법으로 지은 목구조주택의 붕괴로 인한 압사壓死였다. 당시 지진학자들이 목구조 관련 지진 피해를 조사한 결과 횡력에 견디는 내력벽이 많은 건물, 즉 일명 투 바이 포(2″× 4″)라고 불리는 북미식 경량 목구조가 훨씬 피해가 적었다. 이를 계기로 경량 목구조가 널리 보급되기 시작했다.

프리 컷으로 생산한 중모구조 LVL 구조부재

지진으로 인한 피해를 줄이고자 일본 정부는 <건축법>, <주택의 품질 확보 촉진 등에 관한 법률>을 통해 내진 기준을 점점 더 강화했다. 이에 따라 업계에선 가새, 판재 벽, 전용 철물 등을 사용해 전통 구법의 취약점인 내진을 보강하는 SE구법, BF구법, 파워빌드 공법 등 다양한 기술을 개발했다. 이것을 가새조차 사용하지 않는 전통 구법과 차별화해 재래 구법이라 하며, 다시 볼트 & 너트, 드리프트 핀Drift Pin 등 전용 철물의 사용 여부에 따라 재래 구법과 철물 구법으로 구분한다.

이러한 노력으로 (사)일본목조주택산업협회 조사 자료를 보면 목조주택의 70%(약 40만 채)를 재래 구법(중목구조)이, 20%를 경량 목구조가 10%를 프리패브 공법이 차지하고 있다. 현재 중목구조는 설계, 구조계산, 자재 산출 프로그램인 CAD·CAM에 의해 공장에서 미리 가공[Pre-Cut]한 기둥-보 구조부재를 현장에서 간단하게 조립한다.

일본 목구조 재래 구법과 전통 구법의 차이점

같은 중목구조라도 ‘전통 구법’과 현재 일본 <건축기준법>으로 자리매김한 ‘재래 공법’과 다음과 같은 점에서 차이가 있다.

위의 표는 전통 구법과 재래 구법을 대비시켜 ??보여준다. 양자는 명확하게 나누어져 있는 것이 아니다. 전통 구법의 요소를 얼마나 도입했는지는 지역의 기후 풍토 및 목수에 따라 다르고, 같은 목수의 손에 의한 것이라도 각각의 건축 사례에 따라 다양하다.

목재의 아름다움을 살린 중목구조

첫째, 기둥-보 구조부재를 어떻게 배치하느냐에 따라 다양한 공간을 연출할 수 있다. 즉, 설계 자유도가 높은 건축 공법이다. 둘째, 완공 주택 내부에선 나무를 보고 만지고 느낄 수 있는 목재의 장점과 아름다움을 최대한 살린 공법이다. 셋째, 기둥과 보의 길이 조절로 비교적 쉽게 리모델링이나 증축, 개축 등을 할 수 있다. 이 부분이 중목구조업계에서 강조하는 북미식 경량 목구조와 차별화다. 이 밖에도 중목구조의 장점은 많다.

기둥-보 구조부재를 드러내 인테리어 효과가 뛰어난 중목구조

쾌적성_목재의 가장 큰 특징이 낮은 열전도율로 철의 200배, 콘크리트의 4배다. 또한, 나무는 호흡하는 재료라고 한다. 습도가 높은 여름이나 장마철엔 대기 중의 수분을 흡수하며, 반대로 습도가 낮은 겨울엔 수분을 발산한다. 무엇보다 바깥 기온이 달라져도 나무의 온도는 급격하게 바뀌지 않으므로 여름엔 시원하고 겨울엔 따듯한 이상적인 자재다.

내구성_중목구조에 주로 사용하는 기둥-보 구조부재는 천연 목재의 결점을 제거하고 질이 좋은 부분만으로 제작한 집성재다. 따라서 구조부재가 전체적으로 균일하고 안정된 강도를 유지한다. 목재의 단위 중량당 강도를 다른 재료와 비교하면 항장력抗張力은 철의 약 4배, 압축강도는 콘크리트의 약 5배다. 이것을 집성재로 하면 강도가 한층 더 올라가지만, 건물 중량은 철골조에 비해 큰 폭으로 경량화된다.

내화성_철골은 화재로 온도가 500~800℃에 이르면 녹아서 처져 버린다. 목재는 불에 타지만, 단면이 커지면 표면은 타도 거기에 탄화층이 생겨 산소의 공급이 끊기므로 1000℃ 이상에도 탄화 속도가 늦어져 필요 강도를 유지할 수 있다. 대단면 집성재를 사용하는 목조는 일본에서 준내화 구조물로 허가되고 있다.

진도 7.2 내진성으로 중무장한 프리 컷 구조부재

일본은 중목구조 구조부재를 90% 이상 프리 컷 방식으로 생산한다. 프리 컷으로 가공하는 중목구조 제품은 크게 구조부재, 부자재, 합판 3가지가 있다. 구조부재는 토대, 기둥, 보 등 골조 부분이고, 부자재는 샛기둥, 가새, 서까래, 장선 등이며, 합판은 바닥, 지붕, 벽용이다. 이 3가지를 통해 중목구조에 필요한 목재를 대부분 갖출 수 있다.

프리 컷의 장점은 ▲가공 정확도가 높다 ▲가공 및 현장 시공이 빠르다 ▲CAD 제어로 자재의 로스율이 적다 ▲시공 품질이 목수의 역량에 좌우되지 않는다 ▲현장에서 폐자재가 나오지 않는다 ▲높은 곳에서 하는 작업량이 줄어들어 안전하다는 것 등이다.

내구성, 치수 안정성, 시공성 등을 겸비한 중목구조

프리 컷은 CAD, CAM 시스템에 의해서 이뤄진다. 그중 CAD의 역할은 구조도면을 체크해 어떤 중목구조 부품이 어디에 배치되고, 단면과 길이는 적당한지, 그리고 각 부품의 접합은 적합한지 파악한다. CAD 중요한 역할은 3가지로 첫째, 가공할 중목구조의 부품 정보, 즉 CAM을 움직이기 위한 데이터를 만든다. 둘째, 접합부를 체크한다. 이 과정에서 조립 접합이 불가능한 부분은 에러가 발생한다. 셋째, 보나 기둥 단면의 크기가 타당한지, 내력벽의 양이 충분하지 구조 안전성을 체크한다.

중목구조 각 부재의 역할

기초_건물이 부담하는 하중을 지반地盤으로 전달하는 역할

토대_기둥에 전달되는 하중을 기초로 전달하는 역할

기둥, 보_건물의 수직하중을 지지하는 역할(내력벽의 프레임 기능도 있음)

내력벽_횡력(지진, 바람)에 저항하는 역할

바닥_건물의 수직하중을 지지하는 역할(횡력을 내력벽으로 전달)

천장_지붕이 받는 수직하중, 횡하중에 저항하는 역할

이러한 각 부재는 이음과 맞춤 또는 철물을 통해 접합한다.

중목구조 접합, 재래 구법 vs 철물 공법

중목구조에서 수직재인 기둥과 수평재인 보, 토대를 연결하기 위한 접합부가 필요하다. 일반적인 접합 방식은 재래 구법과 철물 공법이 있다. 재래 방식은 프리 컷으로 가공한 토대와 토대, 보와 보를 길이 방향으로 길게 연결하는 ‘이음’, 기둥과 가로 부재(토대, 보) 또는 기둥과 보, 보와 보를 직각이나 다른 각도를 잇는 ‘맞춤’이 있다.

철물 공법은 전용 철물을 사용해서 중목구조 부재를 접합하는 방식이다. 일본에선 접합부를 보다 강하게 결속하기 위해 인증 철물을 사용하도록 법률로 정해져 있다. 철물 공법은 재래 구법보다 통기둥뿐만 아니라 다른 접합부에서도 다면 결손이 적으므로 구조적으로 안전하다. 그 밖의 특징으로 첫째, 철물을 미리 프리 컷 공장에서 부착하므로 오차가 적고 정밀해 현장 작업 능률이 높다. 둘째, 연결 철물이 구조부재 내부로 숨겨져 골조를 깔끔하게 드러내 인테리어 효과를 높일 수 있다. 셋째, 전통 구법에 비해 철물 비용이 발생하지만, 통기둥 등 단면 결손이 커질 부분에만 철물 공법을 적용하고 전통 구법과 혼용할 수 있다.

한국형 중목구조 ‘한옥’을 재조명하다

최근 우리의 정서와 건축미에 대한 관심이 높아지면서 한옥에 대한 선호도가 높아지는 추세다. 한옥의 수려한 처마 곡선은 세계 어디에 내놓아도 손색없는 명품 그 자체다. 그러나 아름다운 이면엔 단점들도 있다. 한옥을 짓기 위해 과다한 공사비를 지출해야 한다거나, 경주와 포항지진 경험에서 보듯 진동에 의한 기와 탈락, 벽체 균열과 같은 문제다. 또한, 솜씨 좋은 도편수가 꼼꼼히 시공해도 부재의 함수율이 높으면 목재가 갈라지고 뒤틀려 틈이 발생해 열손실이 생기기도 한다. 그러나 이러한 문제점은 부재의 공학화와 현대화, 내진 보강, 프리 컷Pre-Cut 공법 등에서 해답을 찾을 수 있다.

글 백홍기 기자 | 취재협조 (주)기라성 1670-3151 www.askaconst.com

명품 한옥 지향하는‘기라성’

‘기라성’은 한옥의 현대화와 표준화를 통해 건축비 부담을 줄인 한옥 브랜드다. 기존 전통 한옥에 현대기술을 더해 견고하면서 비용 절감 현실화로 한옥을 짓고 싶어 하는 소비자의 진입 장벽을 낮춘 것이다. 기라성에서 사용한 기술은 ▲수축·팽창률이 낮고 내구성과 강도가 뛰어난 집성목을 이용한 부재의 공학화 ▲지붕이 무거워 흔들림에 대한 모멘트가 큰 구조 안정성을 강화한 내진 보강 ▲한옥 부재를 공장에서 형태와 크기에 따라 정밀 가공하는 프리 컷 시스템이다.

기라성 한옥 건축 과정

1. 전문가 기획 및 설계

전문가가 건축주 의견을 반영해 단면도, 3D 모델링을 제작해 상담용으로 활용하고 프리-컷 가공을 위한 기초 데이터를 구축한다.