【전원주택 짓기】 제2의 숲, 중목구조 주택 ⑦

07. 중목구조 부재 함수율 체크는 필수 목재의 변형과 결함, 함수율 30%부터

서너 해 전인가 강원도 춘천의 중목구조주택에서 자다가 ‘툭툭-’ 하는 소리에 놀라 깬 적이 있다. 이튿날 아침 집주인에게 얘기하니, “종종 있는 일로, 집의 뼈대를 이루는 기둥과 보 등이 제자리를 잡아가는 과정”이라고 한다.

그리고 “기둥에서 배어 나오는 송진의 향이 참으로 그윽하지 않느냐"라고 묻는다. 목재시장에서 미송美松으로 통하는 더글라스 퍼를 현장에서 치목해 지은 춘천 중목구조주택에서 들리는 ‘툭툭-’ 하는 소리는, 과연 부재들이 제자리를 잡아가는 과정에서 나는 것일까.

그 정체는 제대로 건조되지 않은 기둥과 보·도리 등의 부재를 사용한 까닭에 시공 후 추가로 건조가 진행돼 수축되면서 표면이 갈라질 때 나는 소리다. 비건조 부재로 시공하면 표면이 갈라져 틈이 생기고 틀어지며 썩는 등의 치명적인 문제를 일으킨다. 중목구조든 경량목구조든 목조주택 부재는 규정 함수율含水率 이하의 것을 반드시 사용해야 하는 이유다.

글 윤홍로 기자
도움말 경민산업㈜ 032-575-7871 www.kmbeam.co.kr

함수율은 목재 속에 함유된 수분을 표시하는 수치다. 즉, 수분을 함유한 목재 무게와 이 목재를 완전히 건조했을 때의 무게와의 비율이다.

비건조 부재를 사용하면 접합부에서 목재가 수축해 틈이 크게 벌어지는 문제점 외에도 접합 부분이 심하게 갈라져 하중을 거의 받을 수 없어 안전상의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 기둥과 벽체 재료와의 연결 부분에 틈이 커져 기밀성이 떨어지며, 겨울엔 춥고 여름엔 더울 뿐만 아니라 소음도 효과적으로 차단하지 못한다.

이러한 문제를 근본적으로 해결하는 방법은 없을까. 국립산림과학원은 “부재를 주위 대기 상태에 가까운 수준, 즉 함수율 15% 이하로 건조해 사용하는 것”이라면서, “이를 위해 미국과 일본, 유럽 등에선 목재를 건조해 사용하는 것이 상식적으로 돼 있으며, 목조건축물엔 법률로 정해 건조 목재를 사용하도록 강력히 권장한다”고 말한다.

그리고 “건조한 목재를 사용하면 목재는 건조 중에 이미 수축돼 안정되기 때문에, 사용 중 목재의 추가적인 수축이 최소화돼 목재 표면이 갈라지거나 틀어지는 일이 현저히 줄어들어 고품질의 목재 상태를 유지하게 된다”는 것이다.

제재목 함수율 확인 방법
북미의 경우 건조 목재의 함수율은 19% 이하로, 함수율 표기 명칭은 S-GRN, S-DRY, KD, MC-15, KD-15로 구분한다. ▲S-GRN(Surfaced-green)_침엽수재 미국 제재목 기준으로 함수율 19%를 초과하는 제품 ▲S-DRY(Surfaced-DRY)_자연건조 방식으로 생산한 함수율 19% 이하 제품 ▲KD(Kiln Dry)_인공건조 방식으로 생산한 함수율 19% 이하 제품 ▲MC-15(Moisture Content 15%)_자연건조 방식으로 생산한 함수율 15% 이하의 제품 ▲KD-15(Kiln Dry 15%)_인공건조 방식으로 생산한 함수율 15% 이하의 제품 등이다.

우리나라의 경우 국립산림과학원에서 고시한 <건조 제재목 품질 인증 기준>엔 ‘건조 제재목’을 인공 열기 건조(kilin dry) 방법에 의해 건조된 제재목, ‘구조용 제재목’을 건축물과 공작물의 구조 내력상 주요한 부분에 사용되는 제재목, 함수율을 인공 열기 건조된 후의 제재목에 함유된 수분 함량으로 정의하고 있다. 함수율은 건조 정도-수종군-인증 일련번호-인증 연월 순으로 한다. 일례로 ‘KD15-A’는 인공 열기 건조(KD : Kiln Dry) 한 함수율 15% 이하의 낙엽송류라는 뜻이다.

대한목재협회는 제재목의 건조 방법에 관해 “자연건조는 목재를 자연 건조장에 쌓아 놓고 자연의 대기 조건에 노출시켜 말리는 것으로 주로 옥외 건조장에서 건조시키는 방법이고, 인공건조는 건조한 실내에서 온도와 습도 조절에 의해 건조시키는 방법”이라면서, “인공건조는 단시간 내에 사용 목적에 따른 함수율까지 건조시킬 수 있으나 시설비용이 많이 들며, 1∼3개월간 자연건조시킨 목재를 인공건조시키는 것이 바람직하고 목재를 잘 쌓아 균질하게 건조시켜야 하며 건조가 끝난 후 서서히 온도가 내려가도록 하는 것이 좋다"라고 한다.

30㎝ 부재 10일 안에 함수율 13% 이하로
수목으로 있을 때 목재 중의 수분은 사람의 혈액과 같이 없어선 안 될 요소다. 하지만 목재를 구조용재로 사용할 때 갈라지고, 휘고, 비틀리는 현상은 건축물에 치명적일 수 있다. 이것은 목재 속에 함유된 수분이 주된 원인인데, 비건조목의 수축과 변형은 함수율이 몇 퍼센트부터 나타나기 시작할까.

경민산업㈜는 “수분이 많이 함유된 목재는 함수율이 100%를 초과하는 목재도 있으며 처음엔 수축하는 일은 없지만, 이 수분이 점점 증발해 30% 이하가 되면 목재는 서서히 변형되기 시작한다”면서, “목재를 사용할 때는 변형이 시작되는 함수율 이하로 건조해 사용하는 것이 가장 중요하다"라고 한다.

건조 방식

유럽에선 목재를 200℃ 이상의 초고온으로 가열 건조함으로써 내구성, 치수 안정성, 흡수성, 음향성 등이 뛰어난 제재를 생산하고 있다. 표면을 불에 그슬린 목재가 잘 썩지 않는 원리를 적용한 기술이다.

목재를 230℃ 조건으로 열처리하면 내구성이 개선돼 별도의 방부처리가 필요 없으며, 목재의 주성분인 헤미셀룰로오즈Hemicellulose와 리그닌Lignin이 결합해 발수성을 발휘하는 것으로 알려져 있다. 그러면 세계적으로 보기 드문 큰 치수의 기둥과 대들보 부재를 한옥 건축용으로 사용해 온 우리나라의 목재 건조 기술은 어떠할까.

열처리 건조

예전엔 한옥을 지을 때 목재를 벌채해 수년간 음지에 저장해 건조시켰으며, 목수는 자연적으로 건조시킨 목재를 하나하나 골라서 목재가 수축될 양을 경험적으로 미리 계산하고 천천히 집을 지었다. 그리고 기둥과 보로 골조를 짠 후에도 몇 개월 더 두고 완전히 건조시킨 후 내장공사를 했다.

자연 오랜 건조 기간과 목재 안쪽과 바깥쪽의 함수율 차, 이에 따른 건조 응력(더 마른 층의 수축과 덜 마른 인접 층의 억제 작용에 의해 생긴 내부 응력)으로 결점이 생길 수밖에 없었다. 목재의 결함은 차치하고라도 오늘날엔 공사비 상승과 공사 기간 연장으로 건축주나 시공업체 모두 상상도 할 수 없는 일이다.

경민산업(주)에서 생산한 부재로 지은 송도 한옥마을.

현재 우리나라에선 대단면 기둥과 보를 120℃ 이상에서 고온·고습으로 처리해 목재 속의 수분이 끓어 수증기로 바뀌면서 신속하게 빠져나오는 원리를 이용한 건조 방식을 사용하고 있다. 치수 20∼30㎝ 기둥과 보 부재를 자연 상태에서 3년 건조시키던 것을 10일 내에 함수율 13% 이하로 생산하는 기술이다.

목조주택이 백년주택이 되느냐, 십년주택이 되느냐 하는 문제는 시공 인력과 방법 못지않게 부재가 결정한다고 해도 과언은 아니다. 특히 건축물의 하중을 지탱하는 기둥과 보 부재의 함수율은 집의 가치와 안전을 결정하는 요인이다. 이젠 부재의 함수율 꼭 확인해야 하지 않을까.

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