목조주택의 자재 - 주택의 골격을 구성하는 목재

목조주택의 자재 - 주택의 골격을 구성하는 목재

 

주로 사용되는 수종

목조주택에서 침엽수재(softwood)는 보통 구조용으로, 활엽수재(hardwood)는 내외장재로 많이 사용되고 있다.
흔히 사용되는 활엽수재에는 물푸레나무(ash), 자작나무(birch), 벚나무(cherry), 히코리(hickory), 단풍나무(maple), 마호가니(mahogany), 참나무(oak), 호두나무(walnut) 등이 있다. 침엽수 중에서는 소나무(pine), 전나무(fir), 솔송나무(hemlock), 가문비나무(spruce), 히말라야삼나무(cedar), 편백나무(cypress), 미국 적삼나무(redwood) 등이 주로 사용된다.

참고로, 우리 나라 산림청 고시에서는 구조용으로 사용되는 침엽수를 낙엽송류, 소나무류, 잣나무류, 삼나무류의 4가지 수종군으로 분류하고 있다.

수종군	포 함 수 종
낙엽송류	낙엽송, 더글라스퍼, 미국 낙엽송, 북양 낙엽송
소나무류	소나무, 편백나무, 리기다소나무, 미국 솔송나무, 미국 전나무
잣나무류	잣나무, 가문비나무, 미국 가문비나무, 북양 가문비나무, 북양 적송, 라디에타 소나무
삼나무류	삼나무, 전나무, 미국 적삼나무

등급과 치수

목조주택을 구성하는 목재는 균일한 구조적 성능을 유지하기 위해 엄격하게 품질관리 되고 있는데, 그것은 목재의 등급화에 의해 가능하다.
목재의 등급은 각 개별 목재의 외양과 각종 결점들의 상태에 따라 결정된다. 목재 내에 존재하는 결함은 목재의 외형이나 기능, 강도를 떨어뜨리게 되는데, 그 중의 하나가 휨이다.
휨은 건조를 너무 빨리 하거나 부주의한 취급, 저장 또는 완전히 건조되기 전에 표면 가공을 하였을 때 발생한다. 휨에는 측면굽음(crooks), 길이굽음(bows), 너비굽음(cups), 뒤틀림(twists) 등이 있다. 그리고 길이 방향이나 연륜방향으로 목재 끝 부분이 갈라지는 것을 할열(splits)이라 한다.
할열은 목재의 일부분이 나머지 부분보다 건조가 빨리 일어날 때 발생한다.
할열은 건조시에 목재의 끝 부분을 페인트나 왁스 또는 다른 물질로 막아줌으로써 어느 정도 예방할 수 있다.
연륜사이가 갈라지는 것을 윤할(shakes)이라고 하며 기후의 변화 등 여러 가지 요인에 의해 발생한다.
수(pith)는 목재의 약한 중앙부분이다. 이 부분은 가능한 한 표면부분에 나타나지 않도록 하는 것이 좋다.
옹이(knot)는 나무의 수간에 있는 가지의 횡단면 부분이다.
옹이가 빠지거나 약화되지 않았다면 결함으로 작용하지 않는다.
수지구(pitch pockets)는 수지를 담고있는 작은 공간이다. 둥근모(wane)는 제재목의 가장자리 부분이나 표면에 수피가 붙어 있다가 떨어져 나간 것이다.
목공재료와는 달리 골조에 사용되는 부재는 외양보다 강도에 우선하여 등급을 구분한다.
목재등급 검수원들은 목재의 할열, 옹이, 나무결 등의 상태를 시각적으로 검사하여 목재의 등급을 결정한다.


◆ 미국의 등급구분
미국에서는 제재목을 세 개의 범주, 즉, 판재(boards, 두께 2"미만, 폭 2" 이상), 규격재(dimension, 두께 2"∼4", 폭 2"이상), 대단면재(timber, 두께 5"이상, 폭 5"이상)로 나눈다. 경골구조에 사용되는 대부분의 골조재료는 규격재이다.
규격재는 경골재, 샛기둥, 구조용 경골재, 구조용 장선 및 널판으로 대단면재는 보용재와 기둥용재로 나눈다.
대단면재의 경우는 일반적으로 생재상태(MC 20% 이상)로 사용된다.
세 개의 큰 범주는 강도와 외형에 따라 다음과 같이 세분화 된다.

                                 << 미국서부목재협회의 침엽수재 등급 >>

분류	치수(mm)	등급	표시기호	휨강도비	용도
구조용 경골재	두께 2"∼4" 폭 2"∼4"	Select Structural	Sel Str	67%	고강도를 필요로 하면서 폭이 좁은 재료를 요구하는 용도 예 : 트러스부재, 콘크리트 거푸집, 공학적 용도
		No. 1	1	55%
		No. 2	2	45%
		No. 3	3	26%
경골재	두께 2"∼4" 폭 2"∼4"	Construction	Const	34%	고강도를 필요로 하지 않는 용도 예 : 스터드, 플레이트, sill, 블로킹재 등
		Standard	Stand	19%
		Utility	Util	9%
샛기둥재	두께 2"∼4" 폭 2"∼6" 길이 10' 이하	Studs	Stud	26%	샛기둥에만 사용(특히 내력벽에 사용)
구조용 장선재	두께 2"∼4" 폭 5"∼16"	Select Structural	Sel Str	65%	바닥 장선, 서까래, 차인방, 작은 보, 트러스부재, 일반골조부재 등
		No. 1	1	55%
		No. 2	2	45%
		No. 3	3	26%
보용재	두께와 폭의 차이가 2"를 넘는것	Select Structural	Sel Str	수종에 따라 달라짐	Post & Beam공법
		No. 1	1
		No. 2	2
기둥 용재	두께와 폭의 차이가 2" 이하인 것	Select Structural	Sel Str
		No. 1	1
		No. 2	2

규격재(Dimension Lumber)
각재는 일반적으로 경량 목구조의 구조용 목재로 사용되는데, 목재가 내부로 감추어지기 때문에 목재의 외관보다는 그 강도가 중요한 판단기준이 된다. 이러한 각재는 그 키와 강도에 따른 허용응력에 따라 다음과 같이 분류된다.

① 구조용 경골재(Structural Light Framing)
2"에서 4"의 두께와 2"에서 4"의 폭을 지니고 Select Structural, No 1, No 2, No 3의 네가지 등급으로 세분된다.

② 경골재(Light Framing)
2"에서 4"의 두께와 2"에서 4"의 폭을 지니고 Construction, Standard, Utility의 세가지 등급으로 분류된다.

③ 샛기둥재(Stud)
2"에서 4"의 두께와 2"에서 6"의 폭을 지니고 10피트 이하로만 재단된다. Stud 한 등급으로 분류된다.

④ 구조용 장선 및 널재(Structural Joist & Planks)
2"에서 4"의 두께와 5"이상의 폭을 지니고 Select Structural, No 1, No 2, No 3의 네 가지 등급으로 세분된다. Select Structural, No 1, No 2등급은 우수(Dense)와 보통(NonDense)의 두 가지 등급으로 더욱 세분된다. Select Structural과 No.1 등급을 합쳐서 1 & BTR로서 표시되기도 한다.

◆ 등급마크
각 구조용 부재는 등급이 정해진 이후에 수종과 등급, 함수율 등의 여러 가지 정보들을 부재의 표면에 표시하게 된다. 아직까지 국내에서는 등급마크에 대한 정확한 표시방법이 정해져 있지는 않으며 단지 제재목 위에 수종명, 구조재의 종류, 품등, 치수, 건조에 따른 함수율 구분, 제조자명 또는 상호를 표시하도록 하고 있다.
목구조물의 사용이 일반화되어 있는 외국에서는 자국의 현실에 적합한 방법을 정하여 등급마크를 표시하도록 하고 있다.

(1) 육안에 의한 등급구분(Visually Graded Lumber)


①공인마크(미국 서부 목재협회, WWPA)

②제재사업자 등록번호, 이름

③등급

④수종 : 수종은 간략하게 약어로 표시를 하는데 많이 사용되는 수종을 보면 아래와 같이 표기한다.

..D FIR : 더글라스퍼

..ES : 엥겔만스프루스

..HEM FIR : 헴퍼

..INC CDR : 인센스시다

..LARCH : 웨스턴라치

..LP : 로지폴파인

..PP : 폰데로사파인

..SP : 수가파인

..WR CDR : 웨스턴 레드시다

⑤함수율 : 목재의 함수율 상태를 나타내는 표시로 다음과 같은 3가지 조건이 있다.
MC15 또는 KD15 : 함수율 15%이하로 건조
S-DRY 또는 KD : 함수율 19%이하로 건조
S-GRN : 함수율 19%이상

미국에는 6개의 자체 등급규정을 만들 수 있는 기관과, 그 외 다수의 품질관리를 담당하는 기관이 있다. 그 중에 몇 가지를 소개하면 다음과 같다.

 

		태평양 목재검사국   (Pacific Lumber Inspection Bureau, PLIB)
		미국 서부해안 목재검사국   (West Coast Lumber Inspection Bureau, WCLIB)
		미국 서부목재협회   (Western Wood Products Association, WWPA)

(2) 기계에 의한 등급 구분(Machine Stress-rated Lumber)
기계등급 구분 규격재의 용도는 주로 트러스 부재이며, 바닥장선, 천장장선, 서까래, 그 외에 확실한 강도성능을 요구하는 구조부재에 사용된다. 그리고, 등급마크에 표시되는 항목은 육안등급구분과 비슷하며 기계로 측정한 탄성계수등이 추가되어 있다.
..①등급 관리 인정기관 마크, 또는 로고
..②제재소의 등록번호
..③등급표시
..④허용 휨탄성 계수(106psi)
..⑤허용 휨응력(psi)

(3) 기타
①핑거조인트된 규격재
핑거조인트된 규격재는 육안등급 구분 규격재와 동등하게 취급되어진다. 하지만 접합부가 있다는 사실을 반드시 명시하여야 한다.

②구조용 덱크재
덱크재란 규격재와 같은 치수의 단면을 가지면서 일반적으로 넓은 면에 하중이 가해지는 용도에 사용되는 목재를 말한다. 등급은 Selected와 Commercial의 2종류로 분류되며, 바닥덱킹, 지붕덱킹 등과 같은 용도에 사용된다.

③호주의 경우 침엽수재와 활엽수재에 각각 독특한 등급마크를 정하고 있으며 특히 생산이 많이 되고 있는 편백나무와 라디에타 소나무(radiata pine)의 경우에는 별도의 등급마크를 가지고 있다. 등급마크에는 등급을 정한 방법과 그에 따른 등급, 수종, 함수율 등이 표시된다.


◆ 미국의 치수규정

(1) 두께 및 폭 규정
제재소에서 막 절삭된 목재는 공칭치수와 거의 근접하는 크기를 가진다. 원목에서 제재목을 절삭할 때 거대한 기계를 사용하기 때문에 공칭치수와는 약간의 오차를 가지고 있다.
이러한 부재를 표면가공하면 두께와 폭이 줄어들어 기준과 일치하는 동일한 크기를 가지게 된다. 실제치수가 변하더라도 부재의 공칭치수는 변하지 않는다. 그러므로 표면처리 후에는 비록 부재가 2×4라고 불리더라도 실제는 1.5×3.5in (38mm×89mm)가 된다.
이것은 모든 표면가공된 부재에 적용되는 규칙으로 공칭치수와 실제치수는 같지 않다. 다음에 침엽수의 공칭치수와 실체치수가 나타나있다. 활엽수재는 필요에 따라 표면처리를 하지 않은 상태로 사용되기도 한다.


                              << 침엽수재의 공칭치수와 실제치수 >>

구분	두께(inch)			재면폭(inch)
	공칭치수	최소마감치수		공칭치수	최소마감치수
		건조재	생재		건조재	생재
판재	1 1-1/4 1-1/4	3/4 1 1-1/4	25/32 1-1/32 1-9/32	2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 16	1-1/2 2-1/2 3-1/2 4-1/2 5-1/2 6-1/2 7-1/4 8-1/4 9-1/4 10-1/4 11-1/4 13-1/4 15-1/4	1-9/16 2-9/16 3-9/16 4-5/8 5-5/8 6-5/8 7-1/2 8-1/2 9-1/2 10-1/2 11-1/2 13-1/2 15-1/2
규격재	2 2-1/2 3 3-1/2 4 4-1/2	1-1/2 2 2-1/2 3 3-1/2 4	1-9/16 2-1/16 2-9/16 3-1/16 3-9/16 4-1/16	2 3 4 5 6 8 10 12 14 16	1-1/2 2-1/2 3-1/2 4-1/2 5-1/2 7-1/4 9-1/4 11-1/4 13-1/4 15-1/4	1-9/16 2-9/16 3-9/16 4-5/8 5-5/8 7-1/2 9-1/2 11-1/2 13-1/2 15-1/2
큰각재	5 이상		공칭치수보다 1/2작다	5 이상		공칭치수보다 1/2작다

 

(2) 길이규정
규격재의 길이는 2ft(600mm) 간격으로 생산된다. 가장 널리 쓰이는 길이는 8, 10, 14, 16ft(2400, 3000, 4200, 4800mm)이지만 대부분의 제재소에서는 더 긴 제품을 생산하고 있다. 침엽수재는 등급 외에도 두께와 폭, 수량과 길이를 거래의 단위로 이용한다.