['19년 2월호 특집 2] 목조주택! 어떤 것들이 있나

목조주택! 어떤 것들이 있나

목조주택은 인류의 역사와 함께 발전해온 가장 오래된 건축형태다. 한옥은 우리나라를 대표하는 목조건물로 기와집을 비롯해 초가, 너와집, 돌담집 등이 있다. 목조주택은 주변에서 쉽게 구할 수 있는 자재와 기후, 문화에 따라 지역 또는 나라별로 다양한 구조와 형태로 발전했다. 현재 국내에서 쉽게 볼 수 있는 목조주택은 크게 경량 목구조와 중목구조로 나뉜다. 경량 목구조는 미국식(북미) 목조주택, 중목구조로는 일본식과 유럽식 중목구조로 나눌 수 있다. 전통 목조주택인 한옥은 중목구조에 포함된다.

글 백홍기 기자

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목재는 유해물질을 배출하지 않고 환경을 오염시키지 않아 친환경적이다. 습도가 높을 땐 습도를 빨아들였다가 낮아지면 품고 있던 수분을 내뿜는다. 또한, 에너지 효율이 콘크리트보다 7배, 일반 단열재와는 1.5배 높은 것은 물론, 온도에 의한 변화도 작아 여름엔 시원하고 겨울엔 따듯한 이상적인 자재다. 이러한 친환경성과 쾌적성, 단열 성능 때문에 많은 사람이 목조주택을 선호한다.

하지만, 목조주택이 불에 약하고 태풍이나 지진에 쉽게 파손되는 구조물은 아닌지 의심하는 사람도 적지 않다. 그런데 불에 강하다고 믿는 철골은 500~800℃에 이르면 강도가 약해지고 처진다. 반면, 나무는 표면이 불에 타면서 탄화층을 형성해 산소의 공급을 차단해 진화 속도를 늦춘다. 이러한 특성 때문에 두꺼운 목재는 1000℃ 이상에도 긴 시간 강도를 유지한다. 일본의 경우 단면이 큰 집성재를 사용한 건물을 준내화 구조물로 허가하고 있다. 단면이 작은 경량 목구조는 내화 성능이 20분에서 2시간인 석고보드를 사용해 내화 성능을 보강한다.

목재의 단위 중량당 강도를 보면, 항장력抗張力은 철보다 약 4배, 압축강도는 콘크리트보다 약 5배 높다. 집성하면 강도는 더욱 높아진다. 유연성도 뛰어나 충격 흡수율도 높다.

벽식 구조체, 경량 목구조

경량 목구조는 <소규모 건축 구조 기준-목구조>에서 “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. 우리나라는 일명 2″×4″(투바이포)라 부르는 경량 목구조 규격 구조재인 S.P.F를 대부분 캐나다에서 수입해 사용한다. S.P.F는 Spruce[가문비나무], Pine[소나무], Fine[전나무]의 머리글자를 딴 것이다. 이들 목재는 구조설계 시 강도와 허용 응력이 비슷해 하나로 묶어 S.P.F라고 부른다. S.P.F 규격재는 2″×4″, 2″×6″, 2″×8″, 2″×10″, 2″×12″, 2″×14″등이 있다.

경량 목구조는 좁은 간격으로 배치한 규격 치수의 구조부재(스터드)와 덮개부재(구조용 합판)로 벽식 구조체를 구성하는 건축 방법이다. 구조체 내부(스터드와 스터드 사이)에는 단열재를 채워 단열 성능을 높인다. 덮개부재(구조용 합판 위 석고보드) 위에는 다양한 마감재를 적용할 수 있기 때문에 디자인 폭이 넓다. 다른 건축 구조물보다 중량이 가볍고 벽과 바닥이 일체형이라 강성剛性(물체에 압력을 가해도 모양과 부피가 변하지 않는 성질)이 높다. 하지만, 벽식 구조체라 중목구조보다 설계 자유도가 떨어지고 층간소음에도 약하다. 그래도 다른 구조에 비해 상대적으로 벽이 얇아 공간 활용성이 좋고, 시공비가 저렴한 게 경량 목구조의 가장 큰 강점이다.

경량 목구조는 발룬 구조(Balloon Framing), 플랫폼 구조(Platform Framing), 패널 시스템(Core System) 3가지로 구분한다. 발룬 구조는 1830년대 초기에 개발한 경량 목구조 공법이다. 벽체 스터드를 기초에서 지붕까지 한 부재로 연결한 방식이다. 2층 바닥은 스터드 중간에 끼워 제작한다. 층간 벽체와 바닥 장선을 결합하는 방식이라 화염 진행을 적절하게 차단하지 못하고, 스터드 길이가 길어 다루기 힘들었다. 이러한 발룬 구조의 단점을 개선한 방식이 플랫폼 구조다. 패널 시스템은 가장 최근에 개발된 공법으로 시간과 비용은 절감하면서 패시브하우스 기준에 맞도록 공장에서 벽체를 생산해 현장에서 조립하는 공법이다.

벽식 구조체

플랫폼 구조

플랫폼 구조는 발룬 구조의 약점인 화재에 약한 내화 성능과 시공할 때 불편함을 보완한 방식이다. 벽체 스터드를 층별로 나눠 시공하는 방식이며, 현재 대부분 경량 목구조는 플랫폼 구조로 시공한다. 플랫폼 구조는 구조 부재 길이가 짧고 가벼워 작업이 쉽고 평탄한 플랫폼 위(아래층 천장틀)에서 벽체를 시공하기 때문에 작업 속도가 빠르고 정확성이 높다. 또한, 플랫폼 바닥 구조는 방화막 역할을 해 발룬 구조에서 추가로 소요됐던 방화용 깔판 설치를 위한 인력과 시간을 절감한다.

패널 시스템(Core Panel)

패널 시스템은 공장에서 벽체를 생산하는 시스템으로 현장에서 조립만 하는 방식이다. 현장 인력을 최소화하고 공기를 줄여 공사비 절감 효과를 얻기 위해 개발된 공법이다. 내부 벽체는 가압판 패널(Stressed Skin Panel)에 합판이나 O.S.B로 양면을 마감한 소규모 내력 패널을 사용한다. 벽체에 작용하는 응력은 스터드가 받지 않고 양면에 설치한 합판이 받는다. 샌드위치 패널Sandwich Panel은 가압판 패널과 유사하나 내부 프레임이 목재가 아닌 단열재로 채우고 외부 면에 합판을 부착한 패널이다.

중목구조의 정의

중목구조는 <소규모 건축 구조 기준-목구조>에서 “주요 구조부가 공칭 치수 125㎜×125㎜(실제 치수 114㎜×114㎜) 이상의 부재로 건축되는 목구조”로 정의한다. 또한, “보재 또는 2종 구조재는 두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 이상인 구조용 목재, 기둥재 또는 3종 구조재는 두께와 너비가 공칭 125㎜(실제 114㎜) 이상이고 두께와 너비의 치수 차이가 52㎜ 미만인 구조용 목재”로 규정하고 있다.

쉽게 말해 무거운 목재를 사용한 구조가 중목구조다. 중목구조는 기둥 간의 간격이 넓어 벽의 활용도가 높고 노출된 구조체로 인해 나무의 느낌을 최대한 살릴 수 있는 게 장점이다. 국내에서 가장 널리 사용하는 중목구조는 단면 지름이 200㎜ 내외인 구조재를 연결해 골격을 세우는 기둥-보 방식이다. 한옥은 물론 노치 공법으로 벽체를 쌓는 통나무주택, 팀버프레임 등 모두 중목구조에 포함되지만, 국내에서 중목구조는 보통 일본식 중목구조를 다른 중목구조와 차별화하기 위한 용어로 주로 사용하는 경향이 강하다.

단아한 멋을 품은 한옥

한옥은 다른 구조와 다르게 구조보다는 가구架構라는 말을 사용한다. 가구란 한옥의 뼈대(구조부)를 지칭하며, 벽체가구 또는 지붕가구라고 표현한다. 벽체에 사용하는 부재(공포?包)는 한옥을 장식하는 주요 부분이기도 하다. 축부軸部라고도 하는 벽체는 처마의 하중을 받치는 부재 형식에 따라 주심포柱心包, 다포多包, 익공翼工 방식으로 나뉜다. 일반 살림집은 새 날개 모양의 간결한 익공을, 궁궐이나 사찰은 권위나 종교적인 위엄을 상징하는 요소로 화려한 공포를 사용한다.

1990년대만 해도 주거 공간으로 한옥을 기피했다. 현대인의 생활과 동떨어진 설비로 인한 불편한 생활, 유지 관리의 어려움, 취약한 단열 성능, 신축 시 높은 비용 때문이다. 그러다 2000년대 이후 삶의 질 향상과 건강을 위해 친환경 주거 공간을 요구하는 사람이 늘고, 이와 함께 설계 및 시공 기술 현대화로 편리하면서 따뜻하고 현대인의 라이프스타일에 맞게 침실과 거실·주방·욕실·수납공간 등을 적용한 신한옥을 보급하게 되자 사람들은 한옥에 관심을 보이기 시작했다.

최근 신축하는 한옥 살림집은 대부분 익공과 공포를 생략한 가장 기본 형태인 민도리식(굴도리식) 짜임을 사용한다. 민도리식은 기둥, 보, 장여, 도리를 각각 치목한 후 기둥에 보→장여→도리 순으로 결구하는 방식이다. 서까래를 받치는 부재인 도리는 단면 모양이 둥글면 민도리식, 사각형이면 납도리식으로 분류한다. 과거 서민은 납도리 형식을 사용했으며, 굴도리는 궁궐이나 사찰, 양반 가옥 가운데 주요 채에 사용했다. 한옥은 도리 줄 수에 따라 3량, 5량, 7량 집으로 부르기도 하지만, 지붕과 몸체 형태로도 구분한다.

민도리식과 납도리식

지붕 형태로 본 한옥

맞배집_지붕면 두 개가 마주 보고 측면에는 박공이라는 삼각형 벽이 있는 집이다. 주로 행랑, 곳간 등 간단한 건물 또는 사당 건물에서 많이 사용한 형식이다.

우진각집_지붕 네면 모두가 경사지붕인 집이다. 지붕의 형태는 앞뒤에서 보면 사다리꼴이고, 측면에서 보면 삼각형이다. 격식을 중요하게 생각하지 않는 민가나 초가에서 많이 사용했다.

팔작집_우진각집 지붕의 양쪽 측면 윗부분을 수직으로 잘라낸 모양의 집이다. 잘린 부분의 삼각형 모양을 합각이라고 한다. 가장 화려하고 장식적인 성격이 강해 궁궐과 사찰 등 중요한 건물에 사용했다. 살림집에선 안채와 사랑채에 많이 사용한다.

몸체 형태로 본 한옥

‘一’자형 집_부엌, 마루, 방 각 실을 길게 배치한 단순하고 간단한 구조다. 가장 기본적인 형태로 기후가 따뜻한 남부지방에서 많이 볼 수 있다.

‘ㄱ’자형 집_각 실을 직각으로 꺾어 배치한 형태다. 중부지방에 많이 보이며, ‘ㅡ’자형보다 마당이 작아질 수 있다.

‘ㄷ’자형 집_‘ㅡ’자형을 기본으로 양쪽에 실을 돌출시켜 배치한 형태다. 영남 북부지방의 반가에서 볼 수 있다.

‘ㅁ’자형 집_중앙에 마당을 두고 사방에 실이 들어선 형태다. 추운 겨울을 지내기 위해 바람이 잘 통하지 않게 한 폐쇄적인 구조다.

홑집과 겹집

홑집_실들을 한 줄로 배열한 형태로 옛 민가를 대표하는 구조다. 중간에 마루를 배치한 형식이 많으며, 환기성이 좋고 개방적이다.

겹집_앞뒤로 실을 두 줄로 배치한 집이다. 폐쇄적이라 보온성이 뛰어나 추운 북부지방 및 산간지방에서 볼 수 있다. 조선 후기 널리 적용되면서 한옥의 평면은 더욱 다양하고 자유로워졌다.

일본식 중목구조

한옥과 유사한 기둥-보 구조의 일본식 중목구조는 크게 재래식 공법과 철물 공법으로 구분한다. 재래식 공법은 구조재에 홈을 파 결속하고 앵커와 볼트로 결속 부분을 단단하게 조이는 것이다. 철물 공법은 재래식 기둥-보 구조의 결속 부분이 벌어지는 단점을 보완하기 위해 홈을 파지 않고 전용 철물로 구조재를 연결하는 방법이다. 홈을 파지 않기 때문에 시공이 쉽고 빨라 공사비가 적게 든다. 결속 철물 종류에 따라 프레 세터 공법, 테크원 공법, 크레 테크 공법 등으로 구분한다. 철물 공법에 주로 사용하는 건 철물 비용이 비교적 적게 드는 테크원 공법과 크레 테크 공법이다. 또한, 일본은 중목구조의 수요가 늘면서 비용 절감 및 정밀성과 가공 속도를 향상한 ‘프리컷Pre-Cut’ 공법을 개발해 대량으로 주택을 공급하기 시작했다. ‘프리컷’ 공법은 공장에서 구조 설계에 따라 필요한 규격 목재를 CAD 또는 CAM을 통해 프리컷 기계로 기둥-보 구조부재(105㎜ 각재)를 재단 및 가공하는 것을 말한다. CAD·CAM이란 주택 디자인과 구조계산이 가능한 컴퓨터 지원 설계도면(CAD: Computer Aided Design), 컴퓨터 지원 제조(CAM: Computer Aided Manufacturing)와 연계한 구조부재의 기계 가공이다. 즉, 컴퓨터에 도면을 입력하면 수치 제어 프로그램이 프리컷 기계에 정보를 전달해 오차 없이 구조부재를 가공하는 것이다.

유럽 중목구조를 대표하는 팀버프레임

팀버프레임 주택

팀버프레임은 중세 유럽에서 널리 사용한 중목구조다. 영국 튜더시대에 많이 지어 튜더양식 일부로 보기도 한다. 12세기부터 서유럽, 중부유럽, 북유럽에 퍼지기 시작해 17세기에는 유럽의 서민 가옥을 대표하는 양식이 됐다. 구조는 일본식 중목구조와 비슷하지만, 철물을 사용하지 않고 목재에 구멍을 파 장부를 연결한다. 연결 방식만 놓고 보면 한옥과 유사한 건축방식이다. 하지만, 한옥과 일본 등 동양의 목구조 방식과 다른 점은 벽체에 횡하중과 수직을 잡아주는 구조재인 브레이스Brace[가새]가 있다는 것이다. 브레이스는 직선과 곡선 등 다양한 모양이 있다. 기본 사각형 구조에 브레이스를 하나만 넣거나 'V' 자 형태로 넣기도 한다. 또한, 캔틸레버라는 역계단형 등을 활용한 다양한 목구조도 있으며, 지역별로 차이를 보인다. 팀버프레임 구조는 구조재를 기하학적인 형태로 연결하거나 구조재를 조각하는 등 다양한 건축기법으로 벽면을 장식하기도 한다.

나무의 질감과 멋을 살린 통나무주택

통나무주택은 골조인 벽체 자체가 내·외장재인 구조로 나무의 질감과 특성을 최대한 살린 구조다. 노치Notch 공법으로 쌓는 통나무주택은 나무껍질만 벗겨 원형의 목재를 쌓는 것으로 알고 있지만, 네 면을 가공한 사각형 목재를 사용하기도 한다. 1990년대 일부 마니아층과 펜션 등에서 원형의 통나무주택을 건축했지만, 목재의 뒤틀림이나 갈라짐, 수축 팽창, 강화된 단열기준을 충족시키지 못해 서서히 입지가 좁아졌다. 그런데 라미네이트laminate 구조재가 등장하면서부터 새로운 모습의 통나무주택이 서서히 자리 잡아가고 있다.

노치 공법으로 쌓은 통나무주택

라미네이트는 기존 통나무주택에 사용한 나무의 변형에 의한 문제를 해결한 구조재로 원목을 집성해 사각형으로 가공한 구조재다. 두께 90~240㎜, 높이 150~240㎜의 라미네이트 구조재는 함수율이 12%로 낮아 수축 팽창에 의한 뒤틀림이 적어 수치 안정성이 뛰어나다. 강도 역시 집성에 의해 더욱 높아졌다. 그러나 열전도율은 약 0.13k(W/mk)로 구조재 하나로는 강화된 단열기준을 충족하지 못하기 때문에 단열을 추가해야 한다. 이를 보강하기 위한 게 더블 라미네이트 방식이다. 라미네이트 주택은 수직을 잡아주는 목심, 배선 구멍, 창호 설치를 위한 t-버튼, 라미네이트 결합을 위한 노치 부분을 제작한 뒤 현장에서 조립한다. 라미네이트를 쌓을 땐 서로 맞물리는 부분에 기밀 테이프를 붙이고 전산볼트를 사용해 수직으로 단단하게 조여 기밀성과 내진성을 높인다. 단열은 라미네이트를 일정 간격으로 띄워 두 겹으로 쌓은 뒤, 그 사이에 단열재를 추가하는 중단열 방식이다.