목조주택 9> 기초구조...1510

 

 

   3. 기초

 

     * 사진 외에 첨부된 자료는, 중앙대 목조건축전문가과정 최재철 교수의 <경량목조주택> 수업교재와, 두항구조안전기술사사무소 김각경의 <경골 목조 건축물의 구조>에서 인용하였다...

 

 

     목조주택의 주요구조는 크게 기초, 바닥, 벽체, 지붕 등 4개로 나뉠 수 있다. 이중 기초는 국내와 북미를 불문하고 콘크리트 구조다(북미의 경우, 건식 콘크리트 구조도 활성화되고 있다고 한다).

 

<1. 목조주택의 구조>

<2. 경량 목조 건축물의 부재 명칭... 이 자료는 자주 볼수록 좋을 듯 싶다...>

 

 

     건물의 자중을 받치고 있는 기초는 지붕만큼 중요하지만, 온통기초가 일반화된 현실에서 깊이 있는 고민도 적고 의외로 쉽게 접근하는 경향이 있다. 하지만 토양으로부터 유입되는 수분과 병충해, 그리고 태풍 루사와 매미 등의 피해를 직접 당하고 봤던 나로서는 가볍게 넘어갈 부분은 아니었다.

 

 

<3. 2002년 태풍루사 현장사진이다... 사진 중앙의 양옥집(?)은 철근콘크리트 구조여서인지 틀은 유지하고 있지만, 기초판이 지표면에 있었기 때문에 통채로 쓸려 나갔다... 이걸 근거로 지하층과 기초의 중요성을 이야기하는 건 너무 견강부회일까?... 인화된 사진을 다시 스캔해서 질이 떨어진다...>

 

 

     3-1. 기초의 형태

     기초형태는 크게 온통기초나 줄기초 위에 곧바로 건축물이 서는 경우와 지하층이 있는 경우, 그리고 반지하가 있는 crawl space 구조 등 세가지로 나뉠 수 있다. 물론 이번 모형에서는 기초가 생략되어 있지만, 지하층의 유무는 주거문화와 직결되는 만큼 이 글과 별개로 많은 이야기가 필요할지 모르겠다.

 

<4. 기초의 형태...>

 

 

     3-2. 지하층에 대한 생각...

     지하구조물에 대해 간단하게 내 생각을 메모한다면, 경사진 입지든 평지든 지하층이 있는 경우가 좋다고 생각되며, 최소 반지하 형태의 구조라도 있어야 한다고 생각된다. 왜냐하면 ⓐ 먼저 하부공간은 대피 및 잉여의 저장공간이 될 수 있고, ⓑ 둘째 설비나 전기 등 설비배관을 확인할 수 있는 피트층으로 하자보수에 유리하며, ⓒ 전용면적 하부에 하나의 단열층을 형성할 수 있어 에너지 효율에도 좋다고 생각하기 때문이다. ⓓ 그 외 주차장 용도나 조망을 위해 층고를 높이기 위해서는 지하층이 있다는 것이 유용하다고 생각된다. 마감은 쉽게 보수, 보완할 수 있지만 구조는 손대기 어렵고(최소 6배 정도 비용이 추가된다고 생각된다), 그것도 공사가 시작되기 결정하는 게 최선이라 생각한다.

 

<5. 고급 한옥에서는 지반을 통째로 지하층으로 만드는 경우가 많은데, 이런 한옥은 3대 정도의 주차공간에 창고를 별도로 구획한다... 단독주택에서는 경사진 대지가 아닐 경우 주차장 진입램프가 필요하기 때문에, 굳이 주차장 용도를 고집하는 것보다 작업실이나 창고 용도가 좋을 거 같다...>

 

 

     또한 ⓔ 지하층이 생기면 기초판이 겨울철 동결선 아래 혹은 원지반까지 내려가게 되므로 건축물의 안정성에도 유리해진다(지하가 불투수층인 암반인 경우, 수압에 따른 부력을 검토해야 한다). ⓕ 다만 지하층은 용적률에 포함되지 않아 대지면적 만큼 넓힐 수 있지만, 이 경우 공사비 증대로 연결될 수밖에 없는 현실적 여건을 고려해야 한다(평균층고 1.5m 이내나 필로티 공간은 연면적에 포함되지 않아, 준공 후 다양하게 활용할 수 있다).

 

 

     3-3. 기초판의 규격

     현재 국내에서는 지하층을 거의 파지 않은 게 현실인 거 같고, 기초는 줄기초보다 온통기초가 일반화되어 있는 거 같다. 그러면 통기초의 경우 기초판의 두께와 철근배근은 어느 정도가 적당할까? 나는 당연히 설계지침이 있을 거라 생각했는데, 현재 대부분 현장은 철근콘크리트 구조로 설계하여 목조로 재해석하는 수준이기 때문에 철콘구조의 설계지침을 따른다고 한다.

 

<6. 통기초...>

 

 

     현재 북미에서 통용되는 일반지침은 줄기초일 경우, 기초판 두께는 6~8인치(그것도 3층일 경우 8인치다), 즉 150~200mm에 10~13mm 철근 단배근으로 시공한다고 한다. 그에 반해 국내에서의 현실은 일반 철콘구조의 통기초를 기준으로 600mm 두께에 16~22mm 철근이 @250~300 간격의 복배근으로 시공되는 경우가 태반이라고 하는데, 이건 완전히 과설계에 불필요한 낭비라고 생각한다(현재 3층 상가의 기초판 두께는 600~700mm, 지하2층에 지상11층 건물은 800mm에 불과하다).

 

<7. 북미기준 기초벽과 기초판 두께...>

 

 

     목조가 건축에서 유리하다고 말하는 첫 번째 이유가 <경량화>이고, 자중이 가볍기 때문에 모든 게 절감될 수 있어야 하는데, 그 장점을 살리지 못하고 있다. 게다가 일반 목재의 비중이 0.7~0.9(목재의 진비중은 1.56, 건조된 상태인 기건비중은 활엽수가 0.3~0.9, 침엽수는 0.3~0.6에 불과하다. 그러니까 물에 뜨지...)이고, 철근콘크리트의 비중이 2.4이기 때문에 골조상태에서의 비중차이는 4배 이상이며, 단순 비례는 아니더라도 목조주택의 기초는 당연히 얇아져야 하는데(물론 장변과 단변의 길이비례에 따른 구조해석은 별개로 치더라도), 현실은 이를 반영하지 못하고 있기 때문이다. 어째든 지하1층에 2층 정도의 단독목조주택이라면, 기초판은 400mm에 @250~300mm 간격의 13mm 복배근이면 충분하지 않을까 생각해본다(물론 지표면GL과 실내바닥FL은 계단 몇 개가 생길 정도의 단차가 있는 게 좋다고 생각한다... 목조주택의 경우 최소 300mm 이상 떨어진 게 좋다고 하며, 아파트는 900mm 정도의 단차이가 있다. 그렇다고 600mm를 콘크리트로 채우는 것은 낭비라 생각된다...).

 

<8. 2~3층 규모 근린생활시설 기초의 철근배근... 이 상가건축은 지하층 없이 통기초에 구조물이 올라섰다...>

 

 

     3-4. 기초판 배수와 토양수분 처리

     오히려 기초판에서 우리가 놓치고 있는 부분은 지표수와 토양수분의 처리가 아닐까 생각된다. 이 문제도 토질이나 지하수위와 관련되겠지만, 외부에는 기초판 주위 통기관(유공관) 설치와(지하층공사에선 대부분 영구배수 공법을 적용했었고, 지하2층 이상인 경우에만 통기관을 설치했던 내 경험에 비하면, 지하층이 없는 상태에서 통기관 겸용 배수로 설치는 의외였다),

 

<9. 기초주위 통기관 설치...>

 

 

     방습용 단열재 시공(방수와 단열을 위한 단열재는 시공했지만, 방습용 단열처리는 처음이다) 및 구배처리가 더 중요하고, 지하층이나 피트가 있을 경우 내부는 당연히 방수와 환기시설이 필요하다. 그리고 빗물이 튀거나 고인물이 목재에 닿지 않게 기단부를 없애는 게 목조주택의 한계(북미건축의 전통이기도 하고)지만, 건물 벽체보다는 넓고 처마보다는 좁은 기단부가 우리네 미감에 맞지 않을까 생각된다.

 

<10. 기초주위 흡습방지 단열재 시공... 대부분 기초판 하부 단열재는 1층바닥에 별도의 단열이 없을 경우 시공(200mm 잡석깔기+PE필름깔기+단열재)한다. 그러나 기초판 측면에 단열재를 시공한 경우는 보지 못했고, 이 부재의 용도는 기초판 하부로 침투하는 수분을 차단하는 것이기 때문에 더 신선했다...>

 

 

     3-5. 앙카볼트

     이제 모형으로 넘어간다.

     지하층 유무와 상관없이 목조주택은, 지하벽체 혹은 기초판 위에 건물이 올라서게 되고, 이때 콘크리트면과 목조벽체라는 전혀 다른 성질의 구조를 일체화 시키는 것이 목조주택 구조의 첫 번째 기술적 요소가 된다. 모든 건축이 그렇지만 구조는 일체화 될수록 좋고, 한계치를 넘으면 쉽게 분리될수록 좋다는 이중성이 있어야 한다. 마찬가지로 콘크리트와 목조를 일체화시키기 위한 앙카볼트 시공에서 목조주택은 시작한다.

 

<11. 기초벽 또는 기초판의 앙카볼트...>

 

 

     앙카볼트는 건축물 단부(끝나는 지점이나 꺽인 부분의 모서리)에서 150~300mm 이내를 기점으로 최대 1.8m 이내 간격(3층 이상일 경우 1.2m 이내)으로 시공되는데, 앙카볼트는 최소두께 1/2인치(12.5mm)에 180mm 이상이 기초벽이나 기초판에 매립되는 것을 기준으로 설정되고 있다. 바람이나 외부충격에 의해 목조주택이 콘크리트면에서 이탈되거나 밀리는 현상, 심하면 건물이 통째로 전도되는 것을 방지하기 위함이다.

 

<11. 앙카볼트 시공간격... 구조적인 기능 외에 앙카볼트에 의해 전달되는 결로수분과 열손실을 방지하기 위해, 스텐레스제품을 사용하거나, 방수재 실러를 사용하기도 한다고 한다...>

 

 

     그리고 지진활동이 심하거나, 태풍 등의 피해가 우려되는 지역에서는 기초벽이나 기초판과 목조의 벽체를 긴결 시켜주는 <홀드다운 앵커>가 사용되는데, 정도가 심한 곳에서는 긴결철물이 아니라, 기초판에서 건축물의 최상부까지 하나의 철물로 연결시키는 구조가 필요하다. 물론 우리나라 지형과 지질에서는 해당되지 않는다.

 

<12. 홀드다운 앵커... 이 자료는 긴결철물이고, 심한 경우에는 벽체내부로 최상층 전단벽체까지 턴버클로 긴결시킨다...>

 

 

     3-6. 토대와 토대실러

     이 앙카볼트에 고정되는 목재를 <토대>라고 하는데, 토대는 일반 구조재가 아닌 방부목(표면이 인사이징 in sizing 되어 있는데, 방부액 침투를 용이하기 위해서라고 한다)이 사용된다. 방부목은 1~5등급이 있는데(1등급은 실내용, 5등급은 바닷물과 접하는 곳에서 사용하는 등급이라고 구분하면 된다), 흰개미로부터 피해를 방지할 수 있는 3등급 이상 제품을 사용한다(국내기준은 2016년부터 야외사용일 경우 3등급재 사용을 의무화 하는 것으로 강화된다고 한다).

 

<13. 토대로 사용되는 방부목...>

 

 

     그리고 토대는 딱딱하고 거친 콘크리트면과 부드럽고 매끄러운 목재가 처음 만나기 때문에 2mm 정도 두께의 실러를 끼워 넣고 평와샤와 볼트로 고정한다. 씰 실러 sill sealer/sill gasket는 수밀성이 보장된 방수재가 아닌, 기밀성이 주요목적이며, 일반 목재에 비해 수축률(1mm 전후)이 큰 방부목의 구조적 변이를 완충시키는 역할도 한다(실러가 있다면 방부목을 생략해도 된다고 한다).

 

     <14. 토대실러의 역할...>

 

     참고로 실러재에 대해 수업내용과 다른 게 있는데, 북미식으로 실러는 기밀성이 주목적이지만, 유럽에서는 실러를 수밀성까지 고려해 방수재를 사용한다고 한다. 처음엔 수분이 침투할 때 팽창하는 방수시트에 스터드 등 목재에 변형이 없을까 우려되는데(기술적으로 해결했을 것으로 생각한다), 기초판에 단열시공이 부족할 경우 앵카볼트에 발생할 수밖에 없는 결로현상을(이 결로는 토대 위 규격재의 부식으로 이어지겠지) 막기 위해서라고 한다(기후 등 자연환경의 차이겠지만, 우리나라 조건이라면 방수재를 사용하는 게 맞을 거 같다).

<15. 내가 만든 모형에서 토대... 접착식 보드를 기초판으로 생각하고 토대를 만들었는데, 파란색 보드다... 일부러 색깔을 달리 한 건 아니고, 만들면서 보드판이 부족해 한장한장 사다보니 같은색이 없어 골랐을 뿐이다...^^>