[목조건축 자재의 종류 및 특성] 2.1 목재의 특성> 2.1.4 건축용 재료로서

[목조건축 자재의 종류 및 특성] 2.1 목재의 특성> 2.1.4 건축용 재료로서 목재의 특징

 

2.1.4 건축용 재료로서 목재의 특징


목재의 특징은 특징은 무수히 많지만 그 중에서 건축용 재료로 사용하는 경우에 목재의 특징으로는 다음과 같은 내용을 들 수 있다.

① 목재는 섬유질 재료이다.
목재는 나무가 살아있는 동안에 형성된 세포인 섬유들로 이루어져 있다.
이러한 섬유의 배열에 따라서 여러 가지 목재의 특징적인 성질들이 나타나게 된다.

② 목재는 복잡한 화학구성을 갖는 재료이다.
목재를 구성하는 주요성분으로는 셀룰로오즈, 리그닌, 헤미셀룰로오즈 등을 들 수 있으며 그 외에 미량성분으로서 여러 가지 추출물들이 함유되어 있다.
이와 같이 목재가 복잡하고 다양한 화학물질로 구성되어 있기 때문에 목재로부터 많은 화학물질들이 추출되어 인간생활에 이용되고 있으며 목재의 삼림욕 효과도 이들 추출물로부터 나타나는 것이다.

③ 목재는 다양한 성질을 가지고 있는 재료이다.
목재는 수종별로 다른 성질을 나타내고 동일 수종 내에서도 지역과 개체에 따라서 성질이 다르고 동일 개체 내에서도 주위에 따라서 그리고 더 미세하게 보면 세포에 따라서도 다른 성질을 나타낸다.
따라서 목재를 다른 재료로 가공하지 않아도 다양한 목재들 중에서 잘선택하면 인간생활에 필요한 다양한 용도에 적합한 재료를 찾을 수 있다.

④ 목재는 가공이 쉬운 재료이다.
나무를 인간생활에 이용하기 위해서는 필요한 형태, 치수 및 성능을 갖도록 목재를 가공하여야 한다.
목재는 적은 비용, 에너지, 시간 및 장비를 가지고 원하는 제품으로 가공할 수가 있다.
예를 들어서 목수는 못과 망치, 톱만 있으면 목조주택을 건축할 수가 있다.
그 외에 목재 자체의 성질을 완전히 바꾸고 필요한 성능을 얻기 위하여 목재를 근본적으로 바꾸기가 쉽다.
예를 들면 넓은 재료를 얻기 위하여 합판이나, OSB, PB, MDF 등의 각종 판상재료를 제조할 수 있으며 보다 높은 강도에 보다 큰 치수를 얻기 위하여 집성재, LVL, PSL 등의 공학목재를 제조할 수 있다.
근래에는 I형 장선이나 트러스 등과 같은 공학목재들이 제조되고 있으며 보다 광범위한 용도에 알맞는 새로운 공학목재들이 계속 연구 개발되고 있다.
구조체를 구성하기 위해서는 목재 구조부재와 구조부재 사이를 연결하여야 하며 이 접합부의 구성에서 부재를 가공하여 끼워 맞춘 맞춤접합부 또는 여러 가지 모양의 철물을 이용한 철물접합부가 사용될 수 있다.
이러한 구조부재 사이의 접합부 구성도 목재이 기공이 쉽다는 특징을 이용한 예라고 할 수 있다.

⑤ 목재는 이방성 재료이다.
목재는 섬유의 배열과 세포벽 내의 마이크로피브릴의 배열에 따라서 섬유방향, 방사방향 및 접선방향 등의 세 개의 주축에 대하여 서로 다른 성질을 나타내는 직교이방성의 재료이다.
이러한 이방성의 특성은 섬유방향이 다른 방향에 비하여 매우 높은 강도를 지닌다는 특성을 나타내므로 이를 이용하여 구조체 내에서 발생하는 응력이 목재의 섬유방향으로 작용하도록 구조를 설계하면 작은 치수의 부재로 높은 외력을 지지할 수 있는 매우 효율적인 구조의 건축이 가능하다.

⑥ 목재는 흡습성 재료이다.
목재를 구성하는 주된 성분인 셀룰로오즈에는 많은 양의 수산기들이 노출되어 있으며 이 수산기들이 물분자와 수소결합을 이루어 수분의 흡습이 이루어진다.
이러한 목재의 흡습 또는 방습의 특성을 잘 이용하면 실내의 상대습도를 가장 쾌적한 상태로 유지시켜 주는 조습효과를 얻을 수있다.

⑦ 목재는 점탄성 재료이다.
점탄성 재료의 특징은 탄성한계를 벗어나서도 비록 변형은 많이 증가되지만 상당한 크기의 응력을 견딜 수 있다는 것이다.
따라서 목조건축물은 비례한도 내에서의 응력에 대한 설계보다는 최대강도에 근거한 설게를 함으로써 보다 효율적인 구조의 건축이 가능해진다.
그리고 시간에 따른 변형의 증가, 진동의 흡수 성능, 반복하중 하에서의 저항 성능 등 여러 가지 측면에서 목재의 점탄성 특성을 활용한 설계가 가능하다.

⑧ 목재는 풍부하며 재생산이 가능한 재료이다.
천연자원 중에서 나무만큼 전 세계에 골고루 분포하는 자원은 없다.
나무는 극히 일부 지역을 제외하고는 전 지구상에 골고루 분포하며 또한 재생산이 가능한 자원이라는 특성을 지닌다.
현재 인간생활에 사용되는 자원 중에서 가장 많은 양이 사용되면서도 앞으로 계속해서 많은 양을 재생산할 수 있고 이를 우리 생활에 활용할 수 있는 자원은 목재밖에 없다.
전세계 인구는 앞으로도 계속적으로 증가될 것이고 이에 따라 자원의 수요도 증가될 수밖에 없다. 따라서 목재를 계속적으로 재생산할 수 있다는 사실은 바로 목재가 앞으로 지구상에서 인류의 지속적인 생존을 보장할 수 있는 가장 중요한 자원이라는 것을 의미하는 것이다.

⑨ 목재는 아름다운 재료이다.
지금까지 인류 역사상 가장 오랫동안 사용되었고 가장 많은 양이 사용된 건축재료 및 실내 마감재료를 꼽는다면 단연 목재가 될 것이다.
목재가 이와 같이 오랜 세월 동안 변함없이 건축가들과 일반인들에게 사랑을 받아올 수 있었던 이유 중의 하나는 바로 목재가 아름다운 재료라는 사실이다.
목재의 자연적인 무늬결과 색상은 어떠한 인위적인 무늬와 색상으로도 모방할 수 없다.
많은 장식재료들이 목재의 무늬결과 색상을 모방하고 있는 것도 바로 목재의 아름다운 외관이 사람들에게 호감을 준다는 사실에 기인하는 것이다.
목재의 무늬결과 색상은 단순히 눈에 보이는 자체만의 아름다움이 아니고 세포의 구성에 따르는 미세한 섬유조직에 의한 빛의 반사특성과 세월의 흐름을 나타내는 연륜(나이테)의 의미와 이에 따른 심리적인 효과, 부드러운 색상의 변이와 깊이 그리고 피부와 접촉시의 촉감 등이 종합적으로 작용한 결과로 느끼게 되는 아름다움이다.
따라서 단순한 무늬나 색상의 모방만으로 목재의 진정한 아름다움을 나타낼 수는 없는 것이다.
인위적인 재료에서 비록 목재의 표면적인 형태는 모방할 수 있겠지만 진정한 내면의 아름다움까지 표현할 수 있는 방법은 없으며 오직 목재만이 사람들의 아름다운 장식에 대한 욕구를 진정으로 충족시켜 줄 수 있는 유일한 재료라고 할 수 있다.

⑩ 목재는 타는 재료이다.
목재는 불에 타기 때문에 벽난로 또는 야외의 모닥불의 재료로 널리 이용되고 있다.
목재의 이러한 불에 타는 특성 때문에 목조주택에 대하여 막연히 화재의 위험성을 느끼는 일반 수요자들이 많이 있다. 목
재는온도가 상승하면 250℃ 정도에서 가스가 발생하며 이 가스에 불이 붙어서 불꽃이 일게 되는데 이 때의 온도가 400℃ 정도에 해당된다.
따라서 목재가 타기 위해서는 목재의 온도를 이 수준까지 올려줄 수 있는 조건이 되어야 하기 때문에 불이 곧바로 목재에서 시작되는 경우는 거의 없다고 할 수 있다.
일단 불이 붙은 목재는 1분에 0.6mm∼0.8mm의 속도로 탄화가 진행되며 탄화된 부분의 탄소층이 다시 단열 성능을 나타냄으로써 열의 목재 내부 전달을 차단하는 역할을 수행한다.
집성재 등의 대형 목구조에서는 목재의 탄화속도를 감안하여 심한 화재 속에서도 구조물이 최소한 30분 이상을 안전하게 견딜 수 있도록 구조적으로 요구되는 치수보다 30mm 이상 더 큰 치수를 사용하고 있다.
경골목구조에서는 실내의 밀폐공간 개념에 의하여 실내공기 속의 산소가 모두 소모되고 외부로부터 새로운 산소가 공급되지 않으면 화재는 발생한 공간에만 국한되고 다른 공간으로 전파되지 않으며 결국 거기서 소진된다는 개념이 적용된다.
따라서 경골목구조에서는 밀폐구조를 형성하는 것이 필요하며 외부로부터의 공기유입을 차단하기 위하여 문과 창문을 내화구조로 구성할 필요가 있다.
목재가 타는 성질은 내화약제의 처리에 의하여 어느 정도 지연 또는 개선이 가능하며 내화도장 등에 의해서도 좋은 내화성능을 얻을 수 있다.
재료를 폐기할 경우에는 목재의 타는 성질이 매우 유리한 조건이 될 수 있다.
왜냐하면 목재는 쉽게 태울 수 있으며 태울 때에 유독가스의 발생이 적고 또한 에너지를 회수할 수 있기 때문이다.

⑪ 목재는 썩는 재료이다.
목재는 적당한 온도 및 습도 조건하에서 썩기 때문에 목재의 사용을 기피하는 경우도 있다.
그러나 목재의 썩는 성질은 양분, 온도, 습도 및 공기의 네 가지 조건이 충족되어야만 가능하다.
따라서 이 중에서 한 가지라도 차단한다면 목재의 썩음을 방지할 수가 있다.
예를 들어서 방부처리는 부후균의 먹이가 되는 목재 성분을 독으로 만드는 것이고 건조목을 사용함으로써 습도조건을 차단할 수가 있다.
저목장에서 목재를 물 속에 보관하는 것은 공기를 차단하고 과도한 습도조건을 유지함으로써 부후균의 번식을 방지하고자 하는 것이다.
따라서 건조목을 사용하고 원칙적으로 시공한 주택에서는 사용 중에 수분의 침투가 방지되므로 목재의 썩음을 예방할 수 있으며 지면이나 콘크리트와 접하는 부분에는 방부처리목을 사용함으로써 목조주택의 내구성을 증가시킬 수 있다.
목재의 썩는 성질은 타는 성질과 함께 목재의 가장 큰 단점으로 지적되고 있지만 재료의 수명이 다하여서 폐기하는 경우에는 가장 큰 장점으로 작용하고 있다.
목재는 쉽게 썩고 썩으면서 환경에 유해한 물질이 배출되지 않으며 오히려 다른 식물들의 영양분이 되는 가장 바람직한 특성을 지니고 있다.
인구의 증가와 함께 재료의 사용량이 많아지면서 폐기되는 재료의 양도 점차 증가되기 때문에 폐기물의 처리 문제는 앞으로 더욱 심각한 사회문제가 될 것이다.
이러한 측면에서 생각한다면 목재는 가장 바람직한 폐기 특성을 지니고 있으며 썩는 플라스틱의 개발 등과 같은 연구는 결국 목재와 같은 특성을 인공 합성 재료에도 부여하고자 하는 노력이라고 볼 수 있다.

⑫ 목재는 가벼우면서 강한 재료이다.
일반적으로 목재의 강도는 철이나 콘크리트에 비하여 약하다고 알려져 있다.
그러나 이 것은 비중의 차이를 고려하지않고 강도 자체만을 비교한 경우로서 동일한 비중 조건이 아니기 때문에 재료 특성의 차이로 볼 수 없으며 동일한 비중(1.0)으로 환산한 비강도를 구하여 서로 비교하여야 한다.
목재, 철 및 콘크리트의 비강도는 각각 12.0MPa, 11.0MPa 및 3.0MPa 정도로서 목재가 철이나 콘크리트 비하여 가벼우면서 강한 재료임을 알 수 있다.

⑬ 목재는 환경보호에 유리한 재료이다.
목재의 환경보호 특성에 대해서는 앞에서 자세히 설명하였다.
나무를 벌채하고 벌채한 자리에 다시 식목을 하여 산림으로 잘 가꾸는 노력만 병행된다면 지구 환경을 보호하고 지구를 살만한 땅으로 후손들에게 물려줄 수 있는 유일한 대안이 바로 목재의 사용 확대라고 할 수있다.
나무를 벌채하여 도시에서 사용함으로써 도시를 이산화탄소 저장창고로 사용하고 산에는 새롭게 나무를 심어서 이산화탄소 흡수 기능을 항상 최고로 유지 하도록 하는 길이 바로 지구 환경을 보호하는 지름길이기 때문이다.




장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과