[목조건축 자재의 종류 및 특성] 2.2 구조용 목재의 등급> 2.2.1 등급의 구

[목조건축 자재의 종류 및 특성] 2.2 구조용 목재의 등급> 2.2.1 등급의 구분

 

2.2.1 등급의 구분

구조용 목재는 건축물에 작용하는 하중을 구조적으로 안전하게 지지하고 건축물의 전체적 또는 부분적인 과도한 변형을 방지하여 건축물이 원래의 목적과 기능을 감당할 수 있도록 지탱하여야 하는 역할을 수행하여야 하기 때문에 그 구조적 성능이 매우 중요한 선택 기준이 된다.
따라서 구조용 목재는 그 구조성능에 초점을 맞추어 등급 구분이 이루어지며 그 등급을 보고 강도 및 강성 등의 자료를 알 수 있는 것이다.
따라서 구조용 목재에서는 등급 구분이 매우 중요하며 등급 구분되지 않은 목재는 구조용재로서 믿고 사용할 수가 없는 것이다.
구조용 목재의 등급 구분 방법은 크게 육안등급구분과 기계등급구분으로 나눌 수 있으며 전통적이면서 아직까지도 가장 많이 사용되는 방법은 육안등급구분방법이다.

우리나라에서 주로 구조용재를 수입하는 북미지역에서는 육안등급구분 구조용재를 치수 및 용도에 따라서 그림 7과 같이 구분한다. 




그림 7에서 판재(board)는 공칭치수로 두께 1“ 이상에 나비 2” 이상인 목재를 의미하며 판재는 특별히 구조설계된 설계도면에 명시되지 않는 한 구조용으로는 사용되지 않는다.

구조재((heavy) timber)는 공칭치수로 두께 및 나비가 모두 5“ 이상인 목재를 의미하고 이 규격의 목재는 경골목구조에는 사용되지 않으며 구조재가 사용되는 모든 용도에서는 반드시 구조설계가 병행되어야 한다.
구조재는 다시 보재와 기둥재로 구분되는데 보재는 주로 휨하중을 받는 용도로 사용되며 두께와 나비의 치수 차이가 2”를 초과하는 부재이고 기둥재는 주로 축하중을 받는 용도로 사용되며 두께와 나비의 치수 차이가 2“ 이하인 부재를 의미한다.

규격재(dimension lumber)는 공칭치수로 두께 2“ ∼ 4”에 나비 2“ 이상인 목재를 의미하며 이 규격의 목재는 경골목구조에 사용하기 위한 목적으로 생산되고 있다.
규격재는 용도에 따라서 다시 경골구조재(structural light framing), 스터드(stud), 경골재(light framing) 및 구조용 장선 및 널재(structural joists and planks)등의 네 가지 종류로 구분된다.

경골구조재는 공칭치수로 두께와 나비가 2“ ∼ 4”인 목재에 해당되며 이 용도의 목재는 강도 특성에 따라서 다시 특별구조등급(Select Structural), 1등급(No.1), 2등급(No. 2) 및 3등급(No. 3)으로 세분된다.
경골구조재는 트러스 제조의 경우와 같이 단면 치수가 작으면서 높은 강도가 요구되는 용도에 적합하다.

스터드는 공칭치수로 두께 2“에 나비가 4” ∼ 6“이고 길이가 10피트 이하인 목재를 대상으로 하고 있다.
스터드는 주로 벽체의 스터드용으로 사용하기 위한 목적으로 분류되지만 반드시 용도가 여기에 국한되는 것은 아니며 이 치수의 목재가 사용될 수 있는 용도라면 어디에나 사용될 수 있다.

경골재(light framing)는 두께 2“ ∼ 4”에 나비가 4“인 목재에 대하여 구분되며 경골재는 높은 구조성능이 요구되지 않는 용도에 적합하다.
경골재가 사용될 수있는 용도의 예로는 깔도리, 스터드, 짧은 샛기둥(cripple), 보막이(blocking) 등을 들 수 있다.
경골재는 강도 특성에 따라서 다시 건축(Construction), 표준(Standard) 및 다용도(Utility)의 세 가지 등급으로 세분된다.

구조용 장선 및 널재(structural joists and planks)는 공칭치수로 두께 2“ ∼ 4”에 나비 5“ 이상인 모든 목재에 적용되며 이 범위의 목재는 경골목구조에서 주로 바닥 및 천장 장선과 지붕이 서까래로 사용되고 있다.
구조용 장선 및 널재는 강도 특성에 따라서 다시 특별구조등급(Select Structural), 1등급(No 1), 2등급(No2) 및 3등급(No 3)의 네 가지 등급으로 세분된다.

우리나라에서는 1998년도 초에 KS F 3020(침엽구 구조용재) 규격이 제정 되었으며 이에 따라서 구조용재의 등급이 구분된다.
KS F 3020에서는 모든 구조용 목재는 반드시 함수율 18% 이하로 건조하도록 하고 있으며 육안등급구분 구조재와 기계등급구분 구조재로 구분하고 육안등급구분 구조재는 다시 1종 구조재(규격재), 2종 구조재(보재) 및 3종 구조재(기둥재)로 구분한다.

1종 구조재는 공칭치수로 두께가 50mm(마감치수 38mm) 이상, 125mm(마감치수 114mm) 미만이며 나비가 50mm(마감치수 38mm) 이상인 목재에 적용되고 경골목구조에 사용되는 용도에 적합하다.
1종 구조재는 강도 특성에 따라서 1등급, 2등급 및 3등급으로 세분되며 일반적인 경골목구조에 사용되는 구조용재로는 2등급 이상의 목재가 권장된다.

2종 구조재(보재)는 공칭치수로 두께와 나비가 모두 125mm(마감치수 114mm) 이상이며 두께와 나비의 치수 차이가 52mm 이상인 부재에 적용되며 주로 휨하중을 받는 용도에 적합하다.
2종 구조재는 강도 특성에 따라서 1등급, 2등급 및 3등급으로 세분되며 요구되는 강도 및 강성에 따라서 적당한 등급을 선택하여 사용한다.

3종 구조재(기둥재)는 공칭치수로 두께와 나비가 모두 125mm(마감치수 114mm) 이상이며 두께와 나비의 치수 차이가 52mm 미만인 부재에 적용되며 주로 축하중을 받는 용도에 적합하다.
3종 구조재는 강도 특성에 따라서 1등급, 2등급 및 3등급으로 세분되며 요구되는 강도 및 강성에 따라서 적당한 등급을 선택하여 사용한다.

KS F 3020에서는 기계등급구분 구조용재를 휨탄성계수에 따라서 E5, E7, E9, E11, E13 및 E15의 6가지 등급으로 세분하고 있다.
기계등급구분 구조용재의 등급 구분에서 휨탄성계수가 가장 중요한 인자이기는 하지만 외형상의 현저한 결점에 대해서도 일정한 기준 이하가 되도록 요구하고 있다.

구조용 집성재의 등급은 주로 휨강도에 근거하여 이루어진다.
북미지역의 경우에는 육안등급구분 층재를 사용한 집성재는 16F-V2의 형태로 표시하고 기계등급 구분 층재의 경우에는 16F-E2의 형태로 표기한다.
이 등급 표시에서 앞의 숫자는 100psi 단위의 휨강도를 나타내고 뒤의 숫자는 층재의 등급을 의미한다.
영문자 F는 휨강도를 의미하며 V는 육안등급구분된 층재임을 나타내고 E는 기계등급 구분된 층재임을 의미한다.
휨강도 등급은 16, 20, 22, 24 등이 주로 많이 사용되고 28과 30도 생산되고 있다.
층재의 등급은 V1부터 V12까지 그리고 E1부터 E20까지 사용되고 있다.

우리나라에서는 KS F 3021에서 구조용 집성재의 품질을 다루고 있으며 MOE와 MOR에 근거하여 집성재의 등급을 구분하고 있다.
등급의 표시는 15S-43B의 형태로 표시하며 앞의 숫자는 GPa 단위의 MOE를 나타내고 뒤의 숫자는 MPa단위의 MOR를 나타낸다.
MOE는 6S, 7S, 8S, 9S, 10S, 12S, 13S, 15S, 17S, 19S등이 있으며 MOR은 22B부터 61B까지 다양하게 존재한다.



장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과