[목조주택의 골조] 1. 서론

[목조주택의 골조] 1. 서론

 

미국에서는 주거용 주택의 90% 이상이 목구조로 건축되고 있으며 이와 같이 목구조가 주거용 주택의 건축에 많이 사용되는 주된 이유로는 경제성, 내구성 및 설계의 융통성 등을 들 수 있다.
미국에서는 목구조의 시공경비가 콘크리트구조 및 철골구조의 시공경비보다 싼 것으로 평가되고 있으며 목조주택에서는 단열성능이 우수하기 때문에 주택의 사용 중에 소요되는 난방 및 냉방경비도 절감할 수있다.
우리나라에서는 구조용 목재의 공급이 주로 수입에 의존하고 있기는 하지만 목구조의 시공경비는 콘크리트구조 및 철골구조와 비슷하거나 또는 더 싼 것으로 평가되고 있다.


목조주택은 올바른 건축과 관리가 이루어진다면 내구성이 뛰어난 특성을 지니고 있다.
콘크리트주택의 사용 수명은 최대 50년으로 평가되며 일반적으로는 20년 ∼ 30년 정도로 인정되고 있다.
목조주택은 사용 중에 주택의 관리가 제대로 이루어진다면 100년 이상의 사용 수명을 갖는 것으로 평가된다.
현재 사용되고 있는 목조주택 중에서 많은 주택들이 수 백년 전에 건축된 것으로서 아직도 그 기능과 형태를 건축 당시와 동일하게 유지하고 있다.


목재는 절단, 모양 가공 및 접합 등이 자유자재로 가능하기 때문에 수많은 건축 형태의 설계 및 시공이 가능하다.
목재를 사용한 건축에서는 다양한 형태의 외관 및 실내장식 효과를 얻을 수 있으며 다른 많은 재료들과의 병행 사용을 통하여 더욱 다양하며 융통성 있는 주택의 설계가 가능하다.
목재는 단독주택뿐만 아니라 다세대주택, 다층주택, 전원주택, 휴양시설, 저층의 상업용 건물, 사무실, 숙박시설, 창고, 공장건물 등 다양한 용도의 건물 건축에 사용되고 있다.


목조건축의 구조는 크게 기둥-보 구조와 경골목구조로 나눌 수 있으며 경골목구조는 다시 발룬구조와 층식구조로 나누어진다.
발룬구조는 경골목구조의 개발 초기에 적용되던 구조방법으로서 현재는 거의 사용되지 않고 있다.
발룬구조와 층식구조는 그림 40 및 41과 같으며 기본적인 차이는 외벽의 골조와 바닥의 시공방법에서 나타난다.
발룬구조에서는 외벽의 골조인 스터드가 1층 바닥에서 2층 천장까지 연속되며 2층 바닥은 외벽의 골조 중간에 부착되는 형태를 갖는다.
층식구조에서는 1층의 벽 스터드가 1층 천장까지 배치되며 그 위에 2층의 바닥이 설치되고 2층 바닥을 2층 건축을 위한 작업대로 사용하여 1층과 동일한 방법으로 2층의 건축이 이루어진다.




층식구조는 2개 층이 동시에 건축되는 발룬구조에 비하여 각 층이 별도로 건축되기 때문에 시공이 쉽고 길이가 짧은 자재의 사용이 가능하며 3층 이상의 건축도 동일한 방법으로 가능한 장점을 지니고 있다.
또한 층식구조에서는 높은 층의 시공에서 해당 층의 바닥 또는 아래층의 천장을 작업대로 활용하여 편한 발판을 확보할 수 있기 때문에 빠르고 안전한 시공이 가능하다(그림 42).


발룬구조에 비하여 층식구조의 한가지 단점은 목재의 수축으로 인한 문제의 발생 가능성이 크다는 점이다.
목재는 길이방향(섬유방향)의 수축이나 팽윤은 거의 없기 때문에 무시할 수 있으나 목재의 방사방향 또는 접선방향으로는 매우 큰 수축 및 팽윤을 나타낸다.
따라서 목재의 접선방향 및 방사방향이 주택의 높이를 따라서 많이 노출되는 층식구조가 발룬구조에 비하여 많은 수축이나 팽윤이 발생할 가능성이 많다.
그러나 층식구조에서 주택의 높이를 따라서 나타나는 목재의 방사방향 및 접선방향 길이는 전체 면적에 걸쳐서 균일하기 때문에 각 부위별 불균일 수축으로 인한 문제의 발생 가능성이 매우 낮다.
이와 같은 수축으로 인한 문제의 발생 가능성을 최소화하기 위해서는 19% 이하로 건조된 구조용재를 사용하여야 한다.


목구조의 골조부재 배치는 일반적으로 12", 16" 및 24"의 간격으로 이루어지며 가능하면 바닥에서부터 지붕까지의 모든 골조부재가 동일간격으로 배치되어 골조부재가 지붕에서 바닥까지 일 열로 연결될 수 있도록 하여야 한다.
가능하다면 바닥과 벽체 및 지붕의 골조부재 배치 간격을 모두 동일하게 유지하여야 지붕으로부터 기초까지 하중의 전달이 골조부재를 통하여 안전하게 이루어질 수 있다.
그러나 각 구조체별로 각기 다른 부재의 배치 간격을 적용하더라도 전체 구조의 안전에 문제가 발생하는 것은 아니다.
다만 시공의 편이성과 안전성 그리고 자재의 절감을 위해서는 각 구조체별로 동일한 부재 배치 간격을 적용하는 것이 바람직하다.


목구조의 시공에서 에너지 및 자재의 절감을 위하여 현장에서 쉽게 적용할 수 있는 몇가지 방안은 다음과 같다:
① 24" 부재 배치 간격을 적용한다. 바닥장선, 벽의 스터드, 천장장선 및 지붕 서까래에 모두 24" 간격을 적용함으로써 상부의 구조부재와 하부의 구조부재가 동일 직선 상에 설치됨으로써 수직하중에 대하여 보다 높은 저항력을 나타낼 수있다.
② 바닥구조에서 24" 간격의 장선 위에 ¾" 두께의 턱솔접합(T&G) 합판 1장을 사용한다. 장선의 길이가 긴 경우에 중간에 보를 설치하고 보 위에서 장선의 접합이 이루어지는 경우에는 겹친 접합부보다 맞댄 접합부(그림 43)를 구성함으로써 바닥덮개의 설치가 용이하다. 바닥덮개를 설치할 때에 접착제를 사용함으로써 바닥구조의 강성을 증가시키고 바닥에서 소리가 나는 현상을 방지할 수 있다.



③ 단층주택에서는 24" 간격의 스터드 배치에서 10' 길이의 스터드까지 사용할 수 있으나 2층 주택의 건축에서는 스터드 길이가 8' 이하로 제한되어야 한다. 벽덮개와 외벽널의 기능을 동시에 겸할 수 있는 합판 제품을 사용하면 시공 경비를 절감할 수 있다. 이 경우에 합판의 두께는 최소한 ½" 이상이 되어야 하며 덮개와 외벽널이 별도로 건축되는 경우에는 ⅜" 두께의 합판까지 사용될 수 있다.
④ 벽의 개구부는 최소한 개구부의 한쪽 측면이 스터드에 닿도록 배치되어야하며 가능하면 개구부의 양 측면이 모두 스터드에 맞도록 창이나 문의 치수를 선정한다. 실내벽의 배치는 가능하면 실내벽이 외벽의 스터드 위치에서 외벽과 만날 수 있도록 한다.
⑤ 지붕 서까래 또는 지붕 트러스도 스터드와 동일하게 24" 간격으로 배치하고 지붕덮개는 ⅜" 두께의 합판을 사용한다.
⑥ 주택의 길이는 가능하면 4'의 배수로 결정하여 판재의 사용에서 폐재의 발생을 최소화한다. 예를 들어 주택의 길이 25'와 28'에서는 동일한 양의 구조용재 및 구조용 판재가 사용된다. 오히려 28' 길이의 주택에서는 판재를 자르는 작업이 필요 없기 때문에 인건비의 절감이 가능하다.
⑦ 토대를 넓게 사용하고 바닥의 중간에 기둥을 설치함으로써 바닥 골조부재의 지간거리를 짧게 하면 작은 치수의 구조용재를 바닥장선으로 사용할 수 있다.


경골목조건축에서는 대부분의 부재 사이의 접합이 못에 의하여 이루어지기 때문에 못의 종류와 사용방법 그리고 각 부위 별로 사용되는 못의 종류 및 개수를 알고 있어야 한다.
대부분의 경골목조건축에 대한 법규에는 건축의 각 부위 별로 사용되는 못의 종류와 개수 등을 규정한 못박기 기준이 포함되어 있다.
미국의 UBC와 우리나라의 목구조설계기준에 포함되어 있는 못박기 기준은 서로 유사하며 그 내용은 표 1과 같다.


표 1 경골목조건축에 적용되는 못박기 기준

구분	결합부	못박기 기준
		못박기방법	못치수와 갯수
1)	장선에서 토대 또는 큰보	경사못박기	65mm못 3개
2)	보막이에서 장선, 각 끝면	경사못박기	65mm못 2개
3)	밑깔도리에서 장선 또는 보막이 밑깔도리에서 장선 또는 보막이 (가새벽 구조용 판재에서)	수직못박기 수직못박기	중심간격 400mm로 90mm못 중심간격 400mm마다 90mm못 3개
4)	위깔도리에서 스터드	끝면못박기	90mm못 2개
5)	스터드에서 밑깔도리		65mm못 4개, 경사못박기 또는 90mm못 2개, 끝면못박기
6)	2중 스터드	수직못박기	중심간격 600mm로 90mm못
7)	2중 위깔도리	수직못박기	중심간격 400mm로 90mm못
8)	위깔도리, 겹치거나 교차부	수직못박기	90mm못 2개
9)	연속 윗막이보, 2개		중심간격 400mm로 각 모서리를 따라 90mm못
10)	천장 장선에서 위깔도리	경사못박기	65mm못 3개
11)	연속 윗막이보에서 스터드	경사못박기	65mm못 4개
12)	평보, 간막이벽 위에 겹치는 곳	수직못박기	90mm못 3개
13)	평보에서 평행 서까래	수직못박기	90mm못 3개
14)	서까래에서 위깔도리	경사못박기	65mm못 3개
15)	조립 모서리 스터드		중심간격 600mm로 90mm못
16)	조립 큰보와 보		상하단에서 중심간격 800mm로 100mm못 끝면과 각 연결부에서 100mm못 2개
17)	두께 38mm 널판		각 지지부위에서 90mm못 2개 (갑판의 경우 방청못)
18)	바닥밑판, 지붕과 벽 덮개에서 골조: 두께 12mm 이하 두께 15-25mm 두께 28-31mm		50mm못(방청못) 65mm못(방청못) 75mm못(방청못)
19)	구조용 판재 외벽널에서 골조: 두께 12mm이하 두께 15mm이하		50mm못(방청못) 65mm못(방청못)

장상식 교수 제공
충남대학교 임산공학과