[목조건축 자재의 종류 및 특성] 4. 철물> 4.4 기타 철물

[목조건축 자재의 종류 및 특성] 4. 철물> 4.4 기타 철물

 

앞에서 다루었던 철물들은 주로 부재와 부재를 결합시켜주는 조임쇠 계통의 철물들이었다.
철물 사용에 관한 최근의 추세는 조임쇠 종류와 함께 목재의 단점을 보완해 줄 수 있는 다양한 접합용 철물의 개발 및 사용이 증가하고 있는 것을 들수 있다.
목조건축에 사용되는 철물의 종류는 매우 다양하지만 경골목구조에서 사용될 수 있는 철물들을 크게 분류하면 기초 고정용 철물, 전단벽 보강용 철물, 기둥 및 보 접합용 철물, 일체화 구조용 철물, 지붕용 철물, 트러스용 철물 등의 여섯 가지로 나눌 수 있다.


기초 고정용 철물에는 토대 고정용 철물, 기둥 고정용 철물, 전단벽 고정용 철물 등이 포함되며 그 예는 그림 20과 같다.
기초 고정용 철물들은 지상의 구조물에 작용하는 외력을 효과적으로 지반에 분산시킴으로써 외력에 대한 저항능력을 나타내는 가장 기본적인 요소이다.
따라서 외력을 지지하기에 충분한 철물들의 종류, 숫자, 크기, 위치 등이 확인되어야 한다.



철물은 목구조의 단점과 약점을 보완할 수 있는 재료로 사용되고 있다.
특히 접합부의 강성 증가를 위하여 많이 사용되며 현대식 목조건축에서는 철물의 사용을 통하여 효율적인 구조의 건축이 가능하다.
철물의 이러한 기본적인 용도 이외에 근래에 개발되는 철물들은 목조건축자재 중의 일부를 대체할 수 있는 용도로도 활용되고 있다.
그 예로 전단벽 보강용 철물을 들 수 있으며 이 철물은 전단벽 덮개의 개발 이전에 사용되던 가새와 같이 대각선 방향으로 설치되어 수평하중에 대하여 철물의 인장간도로 저항하는 기능을 나타낸다(그림 21).
전단벽 보강용 철물은 단면이 “1”자 형태의 것과 "ㄱ"자형 단면의 제품이 있으며 "ㄱ"자형 제품은 설치위치에 톱자국을 내고 설치하여야 하지만 한 방향으로만 설치하면 양방향으로 작용하는 수평하중에 효율적으로 저항할 수 있다.
“1”자형의 철물은 한방향의 수평하중에만 저항할 수 있기 때문에 양방향으로 설치되거나 또는 “X"자 형태로 설치되어야 양방향의 수평하중에 저항력을 나타낼 수 있다.



기둥-보 구조에서 기둥과 보 또는 보와 보 사이의 접합부는 구조물 전체의 강성을 결정하는 가장 중요한 요소이다.
철물이 개발되기 이전의 전통적인 건축 방법에서는 이 부위의 강성 증가를 위하여 부재를 깎고 파고 다듬어서 끼워 맞추는 형태의 맞춤접합부가 주를 이루었다.
그러나 이러한 형태의 구조는 높은 인건비, 숙련 기술자의 필요, 시공 기간의 증가 등의 문제로 인하여 근래에 들어서면서 경쟁력을 잃게 되었으며 점차 사양의 길로 접어들게 되었다.
그러나 현대에 들어서 여러 가지 기능과 모양의 철물들이 개발되면서 이들 접합부의 효율적이고도 빠른 접합이 가능하게 되었고 기둥-보의 목구조는 새로운 발전의 계기를 맞게 되었다.


기둥-보 또는 보-보 접합용 철물은 경골목구조에서도 일부 구조의 보강을 위하여 사용되고 있으며 특히 장선이나 서까래 등의 수평부재를 보에 부착하기 위하여 사용되는 행거(hanger)류의 철물은 건축물의 강도 보강 및 시공의 편리라는 측면에서 매우 유용한 재료이다.
기둥-보 및 보-보 접합부 보강용 철물의 예는 그림 22와 같다.



목조주택은 바람이나 지진하중에 대한 저항력이 강한 특성을 지니고 있다. 이와 같이 수평하중에 대하여 강한 저항력을 나타내는 이유는 전체 구조가 많은 구조부분 및 부재들로 이루어져 있지만 하나의 구조처럼 일체화되어 외력에 저항할수 있기 때문이다.
일체화된 구조를 이루기 위해서는 부재와 부재 사이 및 구조부분과 구조부분 사이에 결합을 공고히 할 수 있는 수단이 필수적으로 요구된다.
이러한 목적으로 사용될 수 있는 철물들이 많이 개발되어 있으며 적절한 철물을 사용함으로써 매우 효율적이고 경제적인 일체화구조를 이룰 수 있다.
일체화 구조용 철물의 예는 그림 23과 같으며 기초를 포함하여 일체화된 구조를 이루기 위해서는 앞에서 설명한 기초 고정용 철물들과 다음에 설명될 지붕용 철물들이 함께 사용되어야 한다.

 

지붕구조는 목조건축에서 바람에 의한 수평하중의 영향을 가장 많이 받으면서 복잡하고 또한 시공이 어려운 부분이기도 하다.
따라서 지붕의 구조를 보다 강화하고 시공을 편리하게 할 수 있는 철물들을 사용한다면 보다 효율적인 건축이 가능할 것이다.
지붕구조에 사용되는 철물에는 일반 서까래의 위치 고정용 철물, 반서까래 고정용 철물, 귀 및 골서까래 고정용 철물 그리고 바람하중에 저항하기 위하여 서까래와 벽체 사이에 사용하는 허리케인타이(hurricane tie) 등이 포함된다(그림 24).



복잡한 지붕구조의 설계 및 시공을 간편하게 하고 지붕구조의 구조적인 성능과 품질을 확실하게 보장하기 위하여 트러스 구조가 널리 사용되고 있다.
트러스는 공장에서 설계 및 조립되고 현장에서는 제 위치에 올려서 설치만 하면 되기 때문에 시공이 간편하고 지붕구조의 안전성이 시공자에 관계없이 균일하게 유지될 수있다는 장점이 있다.
또한 트러스 구조는 일반 서까래 및 장선 구조에 비하여 긴지간거리에 걸쳐서 실내의 내력벽 없이 시공할 수 있기 때문에 실내 공간의 활용에 융통성이 있다는 장점도 있다.
아직까지 우리나라에서는 트러스 전문공장이 없기 때문에 트러스의 사용이 일반화되어 있지 못하지만 현대식 건축에서는 점차 트러스 지붕구조의 사용이 증가되고 있으며 미국의 경우에는 주거용 주택의 90% 정도가 트러스 구조로 이루어지고 있다. 트러스 구조에 사용되는 철물의 예는 그림 25와 같다.

 

장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과