목조주택 1> 목조주택에서 사용하는 부재와 명칭...150822

1) 중앙대학교 인문예술융합아카데미에서 [목조건축전문가과정]이 2015년 8월22일부터 개설되었다.

2) 주임교수는 CANADA WOOD에서 근무했던 최재철이며, 이번 강좌가 중앙대학교에서는 2기라고 한다.

3) 매주 토요일 6시간씩 5회에 걸쳐 진행되며, 개요를 비롯한 이론과 현장실습 등이 준비된다고 한다.

4) 강의 받았던 내용에 개인적 경험과 의견을 첨가하여 임의로 순서와 챕터를 나눠 정리해본다.

5) 문제되는 내용에 대해 많은 지적과 체크가 있었으면 좋겠다...150822 

* 참고사진을 고르는데 애를 먹었다. 목조주택에 대한 경험도 없고, 고건축 외에는 자료사진이 없기 때문이었다.

   교재의 사진은 중복이라고 생각해 되도록 피했고, 인용한 사진들은 스크랩이라고 표기했다.

   내가 찍은 자료사진들을 살펴보면서, 목조주택에 대해 되도록 인문학적으로 접근해 보려고 한다...^^

 

 

<목조주택의 개요>

Contents

1. 개요

2. 경량목구조의 개념

3. 경량목조구택의 특징

 

 

1. 목조주택이란...

 

     이번 강의는 목조주택을 이해하기 위한 기본적인 개념과 목조주택의 특징에 대해 생각해보는 시간이었다.

     목조주택이란, 주택건축에서 구조재(기둥, 보, 천장 등)를 목재로 사용하는 경우를 통칭한다. 즉 건축의 외장재, 내장재, 구조재로는 목재를 비롯해 돌, 철, 콘크리트, 유리, 페인트 등 다양한 자재들이 사용되지만, 00주택이란 어떤 자재가 가장 많이 사용되었는가의 구분이 아니라, 골조의 구조재가 무엇이었는가에 따라 분류한 개념으로, 건축물 분류 기준이 구조재의 종류다(대부분 건축물은 벽돌조, 철근콘크리트조(RC), 철골철근콘코리트조(SRC) 등으로 구분할 수 있는데, 건축물 구조는 등기부등본에도 등재된다).

 

<벽돌조... 90년대까지 지어진 상당수의 단독주택은 벽돌로 마감되었다... 그러나 구조는 철근콘크리트조에 외관만 적벽돌로 치장한 경우가 많았다...>

<철근콘크리트조... 이 사진에서 보이는 대부분의 건축은 철근콘크리조다... 이 자료가 90년대 후반 사진이니, 당시의 고층빌딩(당시엔 15층 이상, 현재엔 30층 이상을 고층건축이라 부른다. 참고로 초고층건축은 50층/200m 이상 건축물이다)은 대부분 철근콘크리트 구조였다고 생각된다...>

<강변 테크노마트 건축현장... 철골철근콘크리트조 건축이다... 이 사진 역시 90년대 후반에 찍었던 것으로 기억된다... 건축의 여러구조를 비교한다는 생각에서 모아봤다...>

 

     그렇게 접근한다면 목조주택에는 한옥을 포함한 동서양의 전통적인 목조 고건축과 통나무집, 기타 방부목 등 소재산업 등을 포함할 수 있지만, 이번 강좌는 한옥이나, 이미 유행이 지나버린 통나무집 등을 제외한 서양의 목조주택에 한정되어 있다. 결국 <목조건축전문가과정>이라는 이번 강좌의 ‘목조주택’이란 개념은 북미식 목조 주택에 치중된 만큼, 인문학과 건축을 융합시킨다는 목적으로 진행되는 중앙대 아카데미의 큰 흐름에서 본다면 매우 협소한 개념으로 이해해야 할 것 같다. 물론 소비되지 않는 가치라는 게 자본주의 사회에서는 무의미하다는 전제에서, 현재의 단독주택 트렌드를 서양식 목조주택에서 찾는다는 적극성으로 이해할 수도 있겠지만...

 

<일본 아오모리 지방에서... 사실 이번 강좌는 북미식 목조주택이다. 때문에 이 자료가 주제에 적합한 사진이 아닐 수도 있다... 2008년경...>

<일본 큐우슈우 지방에서... 이 건축은 목조주택일까? 아닐까? 대답은 '모른다'가 맞지 않을까?... 왜냐하면 00주택이란 외장재가 무엇으로 마감되었는지가 중요한 게 아니라, 구조가 무엇인가로 구분하는 분류이기 때문이다... 생각해보면 유럽과 북미, 일본 등 건축의 70%가 목조주택이라고 하는데, 내 사진들을 보면 국내의 목조주택이 한장도 없다. 사진 파일만 12만장이 넘는데, 국내의 목조주택이 없다?!! 그래서 이번 강좌를 듣는 거지만...ㅠㅠ>

 

 

     아무튼 목조주택의 범위를 비롯하여 개념부터 정리하려면 너무 주관적인 내용이 될 거 같고, 또 포괄적인 목조주택 개요부터 설명하려면 목조의 특징과 장단점부터 살펴봐야하겠지만, 이역시 강좌에 대한 나의 주관적인 평가가 섞일 수밖에 없어 뒤로 미루고, 먼저 목조주택의 근간이 되는 목재와 이를 가공한 부재는 어떤 종류가 있는지, 그리고 부재들은 어떻게 불리고 규격은 어떻게 구성되는지부터 살펴보겠다.

 

 

 

2. 목재의 종류와 성질

 

     목조주택에서 사용하는 목재에 대해 알아보려면 제일 먼저 ① 나무의 성질부터 개략적이나마 살펴볼 필요가 있을 거 같다.

     ①-ⓐ먼저 목재는 다른 건축재에 비해 비중이 작고(가볍고), 수종 간 비중의 변동이 크며(구조재건, 가구나 마감재건, 수종이 다른 나무를 함께 사용할 경우, 수축팽창이 달라 하자가 발생한다는...), 비중이 증가할수록 외부충격에 대한 저항능력이 커져 강도가 증가한다.

 

<나무의 느낌... 엄밀히 소나무의 친근감이라고 해야할까?...>

 

 

     ①-ⓑ물로 성장하는 만큼 수분을 빨아들이고 내뱉는 습도조절 기능이 있고, 세포내에 공극이 많아 단열(철의 400배, 콘크리트의 10배)과 흡음기능(피아노를 비롯 바이올린 등 현악기를 생각해보면...)이 뛰어나다.

 

<나무의 느낌... 이건 활엽수의 느낌?...^^ 담양에서...>

 

 

     ①-ⓒ횡방향의 단면적보다, 길이(종/섬유/나무결 방향)방향의 성장이 크기 때문에, 각각의 방향에서 가해지는 외부의 물리적 충격에 대응하는 성질이 다르다는 이방성(異方性, 물질구성요소의 특성으로 인해 방향에 따라 상이한 역학적 성질을 나타낸다는 개념으로 등방성(等方性)에 대비된다)을 갖고 있다. 즉 횡방향으로 가공된 판재는 종방향으로 가공된 부재들에 비해 강도가 비교할 수 없을 만큼 약하고(태권도 격파시범을 상상하라), 종방향으로 작용하는 강도에서도 압축과 인장강도에 비해, 전단강도가 약하다. 즉 외부충격에 대한 섬유방향의 강도를 순서대로 정리하면 충격강도>인장강도>휨강도>압축강도>전단강도 순이다.

 

<나무의 나이테...>

 

 

     ①-ⓓ옹이는 목재의 통직성을 방해하고 불규칙한 응력이 발생할 수 있어 강도를 감소시키고, 추재(秋材)가 춘재(春材)보다 나이테 폭이 좁아 비중도 크고 강도도 높다.

 

<우리나라 고건축에서 흔히 볼 수 있는 기둥... 옹이도 있고, 수축균열도 있고... 껍질만 벗겨내고 건조한 최소로 가공된 모습으로, 통나무라 불러도 되지 않을까 싶다... 화엄사 보제루...>

 

     두 번째, 목재는 크게 ② 침엽수와 활엽수로 나눌 수 있는데, 일반적으로 구조재는 침엽수, 마감재는 활엽수를 사용한다고 이해하면 좋을 거 같다.

     세포조직의 구성과 강도, 그리고 높고 곧게 성장하는 특성들 때문인데, 가장 많이 사용되는 구조재는 가문비나무(spruce)와 소나무(pine), 전나무(fir) 등이라고 한다(가장 많이 이용된다는 SPF 구조재란, 가문비나무-소나무-전나무의 약자를 묶여 부른 말인데, 위 세 수종은 벌목된 군락지는 물론 나무의 성질도 비슷하여, 별도로 분리하지 않았다는 내용을 담고 있으며, 다른 소재의 나무일 경우에는 각각의 약자가 찍힌다고 한다). 그리고 이들보다 강도가 높은 침엽수가 없는 것은 아니지만, 비중이 높은 만큼 무겁고, 못질과 톱질이 어려울 만큼 현장가공이 불편해 많이 사용되지 않는다고 한다.

 

<침엽수와 활엽수의 차이?...>

 

 

 

     세 번째, 목조건축에서 중요한 것은 ③ 목재의 함수율이다.

     물로 성장하는 나무인 만큼, 목재의 함수율은 수축팽창에 따른 구조적 변형과 부패하지 않을 적정함수를 포함한 목재만 건축자재로 사용하는데, 섬유포화점인 28%가 적정함수이며, 목재부식의 기준점은 20% 이하다. 즉 섬유포화점을 초과한 함수율 30% 부터 목재의 강도는 변하지 않고, 그 이하부터 함수률이 낮을수록 비례하여 강도는 높아진다(인장강도는 8%일 때, 휨(모멘트)강도는 5%일 때 최대에 도달한다).

 

<함수율에 따른 강도의 변화/스크랩...>

 

 

     때문에 25% 이하 목재(C종으로 구분한다)들이 구조재로 사용되고, 수장재는 20% 이하(목재에 방부처리를 하는 시점으로 B종으로 구분하고, 이 기준 때문에 19% 이하를 구조재로 사용하는 거 같다), 가구재는 15% 이하(A종으로 구분한다)가 사용된다(가구재가 구조재보다 함수율이 낮은 이유는, 뒤틀림과 변형에 따른 소비자들의 민감도 때문으로 생각하면 될 거 같다). 참고로 현장에서는 반입된 목재에 대해 함수율 측정기로 체크하여 감리의 승인을 받고 사용하고 있고, 1990년대까지 아파트에서는 석고보드 시공을 위한 천장반자틀을 함수율 16~19% 전후의 목재로 사용했었는데, 시공후 건조과정에서 소리가 매우 컸다(아파트 무너진다고 쫓아오신 입주자들이 많았다).

 

<목재의 방향에 따른 수축율/스크랩...>

 

 

     그리고 강좌에서는 언급하지 않았지만, 수평으로 절단했을 때 ④ 나무의 조직구성도 이번 기회에 알아둘 필요가 있다.

     일단 섬유방향으로의 성장에 비해 더디기는 하지만, 단면적이 팽창하는 나무의 특성상, 심재일수록 고밀도에 공극이 작고, 피죽에 가까울수록 부드럽고 연약해, 심재(고갱이)는 구조재로, 변재(겉재목)은 마감재로 사용된다(체관부 외부의 껍질(목피, 피죽)은대부분 폐기처리 하지만, 옛날에는 굴피(상수리나무, 삼나무 등 나무껍질이 두꺼운 수종)지붕으로 사용하기도 했고, 요즘엔 내외장로도 활용된다). 참고로 통나무를 단순 가공하여 기둥으로 사용했던 고건축에서는, 건축이후 햇빛에 의한 뒤틀림을 방지하기 위해 기둥으로 세울 때의 방향을 본래의 나무가 성장하던 방향과 일치시켰다고 한다(나무의 나이테는 남쪽과 북쪽의 두께가 다르며, 이에 따른 수축팽창이 다르다는 성질을 감안했다는 말이다).

 

<최소로 가공된 원목을 사용했던 고건축에서는, 나무의 성질을 그대로 살려 시공한 예가 많다... 엄밀히 말하면 게으름이고, 요즘식으로 긍정적으로 말하면 친환경적이다...^^... 서산 개심사...>

 

 

 

3. 목조주택의 규격재(Dimension Lumber)

 

     목조주택에서는 인증된 규격재가 사용되는데, 먼저 구조재에 대해 알아본다.

     통상 구조재는 38mm 이상 규격을 최소단위로 하며, 이의 배수로 가공되기 때문에 38mm를 투바이(Two by)라고 부른다. 엄밀하게 투바이란 2인치(inch)의 약칭으로, 수학적으로 계산하면 50.8(25.4 x 2)mm를 뜻하게 되지만, 2인치 두께로 자른 원목이, 건조와 대패질 등을 통해 가공되면서 1/2인치가 줄어, 최종 납품 상태는 38mm가 되는데, 이를 복잡하게 부르지 않고 투바이라고 부른다는 말이다. 때문에 투바이라고 부르는 ‘공칭치수’와 실제치수는 다르다. 또 구조재의 최소규격인 투바이포(2 by 4) 역시, 공칭치수는 투바이포(50.8x101.6mm)지만, 실제치수는 38x89mm(가로 세로에서 각각 1/2인치씩이 작아진 1+1/2" x 3+1/2")다.

 

     생각해보면 이 치수에는 미터법과 인치법이 혼용되고 있고, 한옥에서 사용되는 척관법(치, 자, 척, 재 등)에 익숙한 관성까지 남아있어 혼란이 있을 수밖에 없다고 생각된다. 특히 나처럼 내장목재나 거푸집가설재를 치와 자, 재(才, 사이) 단위로 구매해봤거나, 납품받은 목재를 인치단위(90년대까지 건설현장에서 내장목재는 치와 자로 주문하고 사이 단위로 결재했으며, 지금도 형틀목공들은 인치법과 미터법을 혼용하고 있다. 참고로 아파트 등 일반건설 현장에서 투바이포는 미터법으로는 50x100mm 두께의 각재를 의미하는데, 척관법에 따르면 1.7x3.4치(1치는 3.03cm)가 된다. 또 이처럼 정칫수에 미달하는 자재를 정재에 대비한 사재(부비키=할인, 즉 축소된 규격이란 의미)라고 부르는데, 이런 경험에서 보면 목조주택의 투바이포는 부비키다...^^)로 체크해본 경험이 있다면, 혼란은 더 클 수밖에 없다.

 

     아무튼, 설계는 미터법으로 하고, 현장은 공칭치수가 통용되는 이원화된 구조, 공법은 서양식 목조주택이면서 아직까지 한옥이나 형틀목공 출신들에게 의지하는 국내의 현실, 그리고 이 치수가 표준화된 세계공통어가 아니라는(호주 뉴질랜드 등은 혼용된다고 한다) 상황은 알아둘 필요가 있을 거 같다.

 

<목조주택이 아닌, 철근콘크리트 구조 건축에서 사용하는 거푸집 가설재... 순수하게 목조건축으로만 접근하는 분들에 비하면, 아파트와 철근콘크리트 구조에 익숙한 나의 경험은 장단점이 있을 수밖에 없다... 그 편차를 줄여보려고 이렇게 정리하고 있다...>

 

 

 

4. 목조주택의 공학목재(Engineered Wood Products)

 

     공학목재에는, 파편화된 작은 각재들을 이어붙인 ① 글루램(Glulam), 장선재를 수평으로 이어 붙여 보 등 구조재로 사용되는 ② 패럴램(PSL, Parallel Structure Lumber)과 ③ LVL(Laminated Veneer Lumber), 그리고 각재와 판재를 혼용한 ④ I-Joist(상하 장선각재 사이에 합판 등 판재를 끼워, H 형강재와 비슷한 역할을 하게 만든 I자형 구조재로, 바닥이나 천장의 장선재로 사용한다) 등이 있다고 한다.

 

<글루램/스크랩... 나 같은 초보자를 위해 몇몇 자료를 스크랩했다...>

<PSL과 규격/스크랩... S에 대해 'Structure'와 'Strand' 두가지 설명이 있는데, 나는 최재철 교수에 따르기로 했다...>

 

<LSL과 규격/스크랩...>

<I-Joist와 규격/스크랩... 장선재로 사용된다...>

 

 

     여기에서 강조되는 것이 공기질을 악화시키지 않는 접착제가 아닐가 싶다. 실제 건립된지 얼마 안 된 모델하우스에 방문했을 때 눈이 매웠던 경험을 했던 사람들이라면 금방 느낄 수 있는 문제인데, 특히 새집증후군의 대표적인 요인이 가구와 바닥재 등에 사용되는 접착제 때문이라는 점을 감안한다면 더더욱 중요한 문제일 수밖에 없다고 생각된다.

 

     참고로 공학목재는 건설현장에서 사용하던 집성목과 같은 개념인데, 집성목은 1990년대 후반부터 아파트에 사용되었다고 생각된다. 나뭇결이 일정하지 못하다는 단점이 있는 반면, (멤브레인식의 비닐계 필름재가 부착된 소재들에 비해) 원목 느낌을 살릴 수 있고, 또 원목을 가공하고 남은 파편들을 재활용할 수 있다는 장점 때문에 일반화 됐는데, 30cm 이하로 절단된 부재들을 본드로 접착해 만든 부재(초기에는 핑거조인트라고 해서 톱니처럼 가공해 붙인 방식이 사용됐고, 요즘엔 직절된 부재들을 곧바로 이어 붙이는데, 접착본드의 성능개선 때문인 거 같다)가 원목보다 가격은 물론 수축팽창에 따른 변형이 작고, 압축력 및 인장력과 모멘트에 훨씬 강하다는 장점 때문에 쉽게 일반화 될 수 있었다(제일 처음 사용했던 부분이 문틀재였고, 그 다음 개발된 것이 가구와 문(Door)으로 생각된다).

     그럼에도 요즘 집성목이라 부르지 않고 공학목재로 구분하여 부르는 이유는, 집성목재의 소재가 되는 수질을 정돈하여 부재의 단면을 키우면서 일관성을 부여, 구조 계산이 가능한 치수와 규격으로 자유스럽게 가공하기 때문이 아닌가 싶다.

 

<집성목/스크랩...>

 

 

 

5. 목조주택에서 사용하는 목질판재

 

     수평재와 수직재의 긴결을 통해 구조적 힘을 발휘해야 하지만, 용접 등으로 일체화하지 못하고 좁은 단면적을 철물의 긴결에 의지해야하는 목구조의 특성상, 장선구조재에 부착되는 판재는 마감재로서의 기능뿐만 아니라 구조적으로도 매우 중요하다.

 

     목질판재는 쉽게 말하면 합판이라고 부를 수 있는 판상재인데, OSB와 PW로 구별된다. 먼저 ① OSB(Oriented Strand Board)는 얇게 가공된 대패밥 같은 조각들을 일정한 방향으로 접착시킨 판상재로, 당연히 일반 판재의 1/2가격으로 사용할 수 있다는 장점이 있는 반면, 내수성 문제와 사용된 본드의 질이 판재의 강도와 기능을 좌우한다고 생각하면 될 거 같다.

 

<OSB/스크랩....>

 

 

     그리고 통상 ② 합판이라 불리는 PW(Ply Wood)는 얇고 넓게 켠 판재를 직교방향으로 수차례 겹쳐 만든 판상재다. 당연히 OSB에 비해 비싸지만, 나무의 결과 질을 그대로 살릴 수 있어 마감재로도 사용이 가능하고(특히 활엽수는 가구재에 많이 사용된다), 특별히 내수처리된 내수합판(방수합판)과 라미네이트 코팅을 한 태고합판(코팅합판) 등은 구조재(거푸집용에는 침엽수가 많이 사용된다)나 외부에도 사용하고 있다.

 

     또 이번 강좌에서는 다루지 않았지만, 흔히 접할 수 있는 판재로 ③ MDF(Medium Densite Fiberboard)라 불리는 중밀도 섬유판도 알아둘 필요가 있다. 간단히 말하면 잘게 부순 톱밥에 접착제를 혼합하여 열과 압력으로 눌러 함수율 10%선에서 만든 목질판재(침엽수가 많이 사용)인데, 합판에 비해 저렴하면서 가공이 용이하고 면이 매끄러워 인테리어 자재로 많이 사용되지만, 습기에 약하다는 단점이 있다.

     그리고 가장 저렴한 판재로 원목에 대나무나, 볏짚 등을 사용한 파티클 보드(PB/Particle Board)나 종이 및 폐지를 활용한 플레이크 보드도 있는데, 싼만큼 무겁고 안정성이 떨어진다고 한다.

 

     참고로 목조주택에서는 사용되는 ④ 판재의 규격을 알아두는 것도 좋을 듯싶다. 일반적으로 사용되는 사이즈는 3x6과 4x8합판이다. 여기에서도 척관법이 사용되고 있는데, 3자x6자와 4자x8자 합판(석고보드 및 MDF도 동일하다)의 실제치수는 각각 910x1820mm, 1220x2440mm으로, (규격재처럼) 공칭치수와 실제치수가 다르다(이 규격이 인치나 피트법에 의해 만들어졌다고 설명하는데, 계산해보면 딱 떨어지는 수치가 아니다. 내 생각이지만 본래 10~40mm씩 크게 생산했던 이유를 정리해보면, 공장에서 커팅할 때 손실되는 두께로 인한 오차와, 정밀하지 못했던 초기 수준, 그리고 운반시 모서리 등의 파손 우려 때문이었다고 생각한다. 아무튼 지금은 이 치수가 표준화되었기 때문에, 설계와 주문/시공시 오차를 미리 고려해야 한다).

 

     그리고 규격에서 제일 복잡한 부분이 ⑤ 판재의 두께와 관련한 용어다. 공칭치수와 실제치수가 다르고, 미터법과 인치법, 척관법이 혼용되고 있는데다, 일본식 용어가 건축현장에 그대로 남은 관성이 뒤섞인 결과다. 간단하게 살펴보면 합판의 두께는 3, 6, 9, 12... 등 3의 배수를 일본어로 부르는 경우가 많다.

 

     즉 이찌, 니, 산, 욘, 고, 로꼬... 1, 2, 3, 4, 5, 6에 해당하는 일본어로, 각각 3mm(이찌부), 6mm(니부), 9mm(산부), 12mm(욘부), 15mm(고부), 18mm(로꼬부) 등이다. 이중 가장 많이 사용되면서 헷갈리는 두께가 ‘니부’다. 니부는 본래 6mm여야 하지만, 현장에서는 4.5mm를 니부라 부르며, 5mm도 그렇게 부른다(4.5mm 합판을 일본식으로 말한다면 ‘이찌부고링’이 되어야 한다).

 

     때문에 리부합판이나 염부합판이라 부르는 건 이도저도 아닌 구전의 변형에 불과하며, 개인적으로는 mm 단위로 통일하는 게 좋다고 생각된다. 참고로 12mm를 예로 들면, 베니아 겹수에 따라 5플라이(Ply)와 7플라이가 있는데, 5플라이는 7플라이에 비해 가격은 저렴하지만 쉽게 휘거나 변형되는 단점이 있다. 즉 겹쳐지는 수가 많을수록 좋은 합판이라고 생각하면 될 거 같고, 일반적으로 사용되는 구조재 규격은 12~18mm (더 두꺼울 경우에는 2겹 이상을 겹쳐 사용)다.

 

<건축에서의 목재의 기능과 사용목적에 대해 많이 생각해 본다... 사진 오른편 위쪽, 한벽면을 마감했던 게 집성목으로, 이 건물을 준공했던 2004년경 시공단가가 180,000/㎡으로, 당시 대리석 보다 비쌌다... 목조주택을 개념으로 접근할 때 늘 고민스러운 부분이, ⓐ 구조를 목재로 한다는 것과 마감을 목재로 하는 것은 별개의 문제가 아닐까 하는 문제와 ⓑ 공사비 즉 경제성 문제다... 앞으로 고민할 부분이기도 하고...>