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기사입력 : 2018.05.24 00:00
경량 목구조 vs 중목구조 무엇이 다른가
우리나라 단독주택, 경량 목구조 틈새시장을 파고드는 일본식 중목구조. 여기에는 우수한 내진성이 한몫하고 있다. 일본은 1995년 한신 아와지 대지진 때 사망자의 80% 정도인 5,000여 명이 전통 구법 중목구조 주택에 깔려 사망했다. 이로 인해 중목구조는 경량 목구조에 밀려나기도 했으나, 내진 관련 제도를 대대적으로 개편한 이후 부재나 시공 기술 부분에서 진화한 CAD·CAM을 통한 프리 컷 구조부재 전용 철물 접합 재래식 중목구조가 인기를 끌고 있다. 북미식 경량 목구조와 일본식 중목구조를 통해, 그 사이에서 고전하는 우리나라 전통 목구조인 기둥-보 방식 한옥을 되돌아봤으면 하는 바람이다.
글 윤홍로 기자 | 사진 창조하우징
참고 자료: <소규모건축 구조기준 목구조> 국토교통부 건축정책과. <한국형 중목구조 주택 표준화를 위한 목조주택의 디자인 특성 분석> 한국재난정보학회.
<지진 방재 실태 분석>, 국회예산정책처, 2017. <중목구조 입문>, 미야자키현
구조부재, 덮개부재 결합 벽식 경량 목구조
경량[輕骨] 목구조는 좁은 간격으로 배치한 규격 치수의 구조부재와 덮개부재(구조용 합판)를 함께 사용해 벽식 구조체를 구성하는 건축 방법이다. 산업혁명을 계기로 원목을 균일한 각재로 빠르게 제재하고, 못을 기계로 대량 생산하면서 구조부재를 저렴한 방식으로 접합하게 되자 유행하기 시작했다.
경량 목구조는 단면적이 큰 목재를 사용해 주택을 짓는 노치Notch 공법, 기둥-보[Post & Beam] 공법, 팀버 프레임Timber Frame 공법 등 중목구조[重骨木構造]를 빠르게 대체했다. 이러한 중목구조는 벌채, 건조, 제재, 현장 가공, 시공 등 오랜 시간과 많은 인원, 비용이 들었기 때문이다.
경량 목구조 구조체는 강성剛性(물체에 압력을 가해도 모양과 부피가 변하지 않는 성질)과 함께 실내 마감 및 외장 마감재의 고정을 위한 지지 그리고 단열재 설치를 위한 공간을 제공한다. <소규모 건축 구조 기준-목구조>에서 경량 목구조를 “주요 구조부가 공칭 두께 50㎜(실제 두께 38㎜)의 규격재로 건축된 목구조”로 정의하고 있다. 사용하는 규격재 또는 1종 구조재는 공칭 두께가 50㎜ 이상, 125㎜ 미만(실제 두께 38㎜ 이상, 114㎜ 미만)이고, 공칭 너비가 50㎜(실제 너비 38㎜) 이상인 구조용 목재다.
경량 목구조, 규격용 구조부재와 덮개부재를 사용한 벽식 구조우리나라는 일명 2″×4″라 부르는 경량 목구조 규격 구조재인 S.P.F를 주로 북미(주로 캐나다)에서 수입한다. S.P.F는 Spruce[가문비나무], Pine[소나무], Fine[전나무]의 첫머리글자를 딴 것이다. 이들 목재는 구조설계 시 강도적 성질이나 허용 응력이 비슷하기에 묶어서 S.P.F라고 부른다. S.P.F 규격재의 크기는 2″×4″, 2″×6″, 2″×8″, 2″×10″, 2″×12″,
2″×14″ 등이 있다. 길이는 2.4∼7.2m이며, 60㎝ 간격으로 늘어난다.
구조부재와 덮개부재로 이뤄진 구조체인 경량 목구조는 지진과 바람 등 횡력(수평하중: 지진, 바람)에 강하다. 여타 건축구조에 비해 중량이 가벼운 데다 벽과 바닥이 일체형이므로 강성이 높아 횡력을 받아도 그 힘을 건물 전체로 분산시킬 수 있다. 하지만, 경량 목구조는 벽이 구조체이기에 중목구조에 비해 설계의 자유도가 떨어지는 편이다.
※ 전문가들은 경량 목구조도 지붕재를 윗깔도리에 연결하고 윗깔도리를 샛기둥[Stud]에 연결하는 지붕과 외벽 연결 부분, 그리고 복층인 경우 층간 벽 연결 부분, 아래층 벽을 기초에 연결하는 샛기둥과 밑깔도리 연결 부분, 토대와 기초의 연결 부분 등에 적합한 보강 철물을 사용해 내진성을 보강할 것을 권한다.
CAD·CAM 프리 컷 방식 중목구조
요즘 목구조 주택시장을 빠르게 잠식하고 있는 중목구조[重骨木構造]는 경량 목구조에서 사용하는 규격재 이상의 목재로 주요 구조부를 형성하는 것이다. 중목구조란 용어는 북미식 경량 목구조와의 비교, 그리고 예전부터 지금까지 이어져 내려온 노치 공법, 기둥-보 공법, 팀버 프레임 공법 등과 차별화하기 위한 것으로 보인다.
중목구조, 공장에서 프리 컷 방식으로 가공한 LVL 구조부재와 기둥-보 접합중목구조 하면 보통 ‘CAD·CAM을 통해 공장에서 프리 컷Pre-Cut으로 가공한 기둥-보 구조부재(105㎜ 각재)를 현장에서 전용 철물로 접합하는 방식’을 말한다. 일본에서 구조부재의 CAD·CAM의한 프리 컷 가공이 보편화했기에, 혹자는 이러한 시스템이 아니면 중목구조로 인정하지 않는다고 한다. CAD·CAM이란 주택 디자인과 구조계산이 가능한 컴퓨터 지원 설계도면(CAD: Computer Aided Design), 컴퓨터 지원 제조(CAM: Computer Aided Manufacturing)와 연계된 구조부재의 기계 가공이다. 즉, 컴퓨터에 도면을 입력하면 수치 제어 프로그램을 통해 컴퓨터가 이를 공장에 있는 기계에 전달해 기계가 오차 없이 구조부재를 가공하는 방식이다.
주택 디자인과 구조계산이 가능한 컴퓨터 지원 설계도면(CAD: Computer Aided Design)과 컴퓨터 지원 제조(CAM: Computer Aided Manufacturing)와 연계된 구조부재의 프리 컷 가동우리나라는 중목구조를 <소규모 건축 구조 기준-목구조>에서 “주요 구조부가 공칭 치수 125㎜ × 125㎜(실제 치수 114㎜ × 114㎜) 이상의 부재로 건축되는 목구조”로 정의하고 있다. 또한, 중목구조용 주요 구조재는 ▲보재 또는 2종 구조재: 두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고, 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 이상인 구조용 목재 ▲기둥재 또는 3종 구조재: 두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고, 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 미만인 구조용 목재로 규정하고 있다.
가새와 판재를 적용한 중목구조 내력벽중목구조의 장점은 실의 배치나 천장 높이를 자유롭게 할 수 있다는 것, 기둥과 보를 노출시킬 수 있다는 것, 기둥과 보의 조합이 비교적 자유롭다는 것, 증축이나 리모델링 시 비교적 자유롭게 실의 배치를 바꿀 수 있다는 것 등이다. 하지만, 기둥-보 구조이므로 경량 목구조에 비해 횡력에 취약한 편이다. 지진 대국 일본에선 이를 보완하기 CAD·CAM 프리 컷 방식 기둥-보 중목구조에 전용 철물을 기본으로 횡력에 저항하는 내력벽(가새 또는 판재)을 적용하고 있다.
일본, 주택 등 건물의 내진화율 2020년까지 95%로 상향
1995년 발생한 한신 아와지 대지진의 경우, 사망자의 약 90%가 건축물 붕괴 및 가구家具의 전도에 기인한 것으로 조사됐다. 그 가운데 현행 내진 기준에 미달하는 1981년 이전의 건축물에서 피해가 집중된 것으로 나타난 바 있다. 이러한 조사 결과를 바탕으로 일본에서는 1995년에 <건축물의 내진 개수 촉진에 관한 법률>을 제정하여 기존 건축물의 내진 보강 사업을 지속적으로 추진해 왔다.
일본 <건축기준법>에서 정한 ‘내진 기준’이란 과거에 리히터 규모 5의 지진에 거의 손상되지 않음을 검증하는 것이었으나, 1981년 6월 이후로는 리히터 규모 6∼7에 달하는 진도의 지진에도 도괴倒壞·붕괴되지 않음을 검증하는 것으로 강화했다.
일본은 건물에 대한 내진 보강 사업을 강화하기 위해 2013년 11월 <내진 개수 촉진법>을 개정 시행했다. 여기에 따르면 주택 등의 건축물의 내진화율을 2020년까지 95%로 상향시키는 것을 목표로 하고 있다. 동시에 2025년까지 내진성이 불충분한 주택을 대부분 해소하는 것을 목표로 기존 건축물의 재건축이나 내진 개수를 추진할 예정이다.
