경량목 구조

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Light Frame Construction

1 개요

미국에서 개발된 목조건축법으로 기계화 제재소에서 일정한 규격으로 가공한 목재를 가지고 건축을 하는 공법이다. 미국에서 개발되었기 때문에 사용목재의 규격은 인치법을 기준으로 가공된다. 한옥이나 팀버프레임등이 두꺼운 목재를 사용하는 것과 비교해서 얇은 두께의 목재를 사용한다고 해서 전자는 중목 구조로 구분하고 이것은 경량목구조로 구분된다.

2 상세

2.1 역사

본래 유럽과 미국은 목재로 건축물을 만드는 일이 과거부터 매우 흔하였고, 미국은 건축용 목재로 쓸 수 있는 거대한 침엽수가 우거진 숲이 유독 많았다. 19세기 초반 미국은 이주민들이 쏟아져 인구가 늘어나고 주택과 건물에 대한 수요는 넘쳐났는데, 문제는 목재로 건축물을 만드는 전통 공법 팀버프레임은 목재를 세심하게 가공하여 짜맞춰야 하기 때문에 숙련된 목수들이 필요했지만, 당시 미국에서는 그러한 숙련된 목수가 매우 부족하였다.

주거용 주택외에도 당장 헛간이나 교회, 창고등도 팀버프레임방식으로 만드는 일이 대부분이었는데, 숙련된 목수가 많은 시간을 할애하여 작업에 임해야할 뿐더러 숙련된 목수의 임금은 매우 값이 비쌌으므로, 개척초기 이주민들이 새로운 땅을 개간하거나 목축지로 가꿔가면서 가축이나 농기구나 농작물과 종자등을 저장하고 보관하기 위한 간단한 건축물을 짓는 데에도 비용의 압박이 큰 편이었다.

미국 일리노이주의 시카고에 거주하던 미국인 조지 워싱턴 스노우(George Washington Snow 1797 - 1870)역시 초기 이주민으로써 이런 어려움을 극복하기 위해 고민하였는데, 마침 산업혁명으로 인해 전동 기계톱 등으로 목재를 제재 및 가공하는 기계화 제재소가 등장하고, 나무에 박기 위한 금속못이 공장에서 대량 생산되었으므로 이러한 점을 활용하여 최대한 단순한 형태로 건물을 만드는 방식을 구상하였다. 그렇게 해서 나온 것이 발룬(Balloon) 공법이었고, 1832년 스노우는 자신이 발명한 공법으로 건축물을 만들어 냈다.

종래에는 숙련된 목수가 필요한 목재를 현장에서 일일히 정교하게 가공하여야 했던데 비해 스노우가 개발한 공법은 기계화 제재공장에서 미리 가공된 목재를 그저 철물과 쇠못으로 박고 연결하여 조립만 하면 되는 쉽고 단순한 방식이었기 때문에 비숙련자라 할지라도 얼마든지 건설에 참여할 수 있었다. 게다가 방법이 쉬워 건설시간도 짧았으므로 주거가 아닌 농업용 창고와 헛간을 만드는데 매우 애용되었다.

때문에 19세기 초엽에 경량목구조로 지어진 유적중에서는 헛간과 창고가 매우 많다. 1833년에는 예외적으로 시카고의 건축가 오거스틴 테일러(Augustine Taylor)에 의해 경량목구조의 발룬공법으로 교회가 신축되기도 하였다. 이렇게 인기가 치솟자 19세기 후반에는 시카고의 건축가 벤 오젤의(J. M. Van Osdel)이 이 발룬공법을 체계적으로 정리하여 건축계에 알렸고, 1880년 이를 당시에 저명한 건축평론가였던 지그프리드 기디온(Sigfried Giedion)이 인용하면서 세계적으로 유명해졌다. 이에 힘입어, 최초발명자인 스노우는 1885년에는 안드레아스(A. T. Andreas)에 의해 시카고의 역사란 책에 발룬공법의 발명가로실리기도 하였다.

초기 경량목구조 공법인 발룬구조는 1층을 만들고 2층을 쌓는 방식이 아니라, 2층크기의 벽체를 통째로 조립하고 난 다음에 2층 층계를 만드는 방식이었다. 그이전 전통공법인 팀버프레임이 비슷한 방식으로 거대한 벽체를 구성하여 통째로 조립하는 방식이었던 탓에 영향을 받은 것인데, 당시에는 그렇게 거대한 구조로 만들 수 있는 거대한 침엽수림이 많았던데다 노동력이 매우 풍부하였기 때문에 16피트에서 20피트, 미터로는 4미터에서 6미터로 사람 키보다 3배는 더 높은 벽을 세우고 만드는데 큰 어려움이 없었지만, 3층건물 수요까지 발생하면서 발룬공법만으로는 건물을 짓는데 한계에 다다른다. 애초에 건축자재로 쓰는 침엽수가 크다고 해도 24피트나 28피트 혹은 6미터에서 8미터나 달하는 수목은 그리 흔하지 않았다.

그밖에도 초기 발룬공법은 여러 문제점이 존재했는데, 첫째로 화재시에는 1층과 2층이 분리되지 않아 층간 방화기능이 매우 취약하여 1~2층으로 화재가 전개되는 속도가 매우 빨랐고, 둘째로 층계가 기둥에 매달려 있는 형태를 취하기 때문에 만드는 도중에 떨어져 추락할 위험이 있었으며, 셋째로, 1층과 2층이 일체형으로 벽이 구성된다면 벽이 워낙 크기 때문에 엄청나게 많은 인원을 필요로 하며, 넷째로, 층계가 기둥에 매달려있는 형태였기 때문에 층계의 하중 특히 기둥등에 의해 지지받지 못하는 중앙이 쳐지는 현상을 보완할 있는 수단이 부족하였다. 게다가 1~2층이 일체형이기 때문에 1~2층의 방구성을 다르게 하는 것도 힘들었다.

그래서 1930년. 1층과 2층을 구분짓는 플랫폼 프레임(Platform Frame) 방식이 개발되었는데, 1층을 먼저 만든 다음 2층의 하중을 지지할 장선(Joist)를 설치하고 그다음 2층을 만드는 방식으로, 1층의 건물 내부에는 별도로 층계인 장선의 하중을 지지할 내력벽을 두게 하였다. 층계가 통째로 추락하여 다칠 우려도 없어졌고,추후 층계의 하중이 가해져 하자가 발생할 우려도 매우 줄어들었다. 특히 기둥과 벽체의 높이가 줄어들고 가벼워 짐에 따라 보다 안전하고 더 적은 인원으로 공사를 진행할 수 있게 되었다.

또한 1928년에는 합판이 본격적으로 생산되면서 큰 변화를 맞았다.

종전에는 위 사진과 같이 건물의 횡하중을 잡아주기 위해 대각선방향으로 목재를 대주는 가세(Brace)를 설치하고, 목골조의 외부를 긴 널판지로 덮는 경우가 많았으나, 구조용 합판이 생산되면서 외부를 합판으로 덮어 가로의 하중인 횡하중을 잡아주는 것이 가능해졌다. 홈을 파두고 그안에 가세를 대야하는 수고가 줄어들었고, 긴 널판지를 여러번 부착할필요 없이 넓은 합판으로 한꺼번에 덮으므로 작업이 편리하여 졌다.

그리하여 최근의 경량목구조의 모습은 이런 형태를 띄고 있다.

그외에 방수를 위한 폴리에틸렌 소재의 타이벡(Tyvek)이 1960년대에 발명되었고,


지붕방수를 위해 본래 타르나 역청등을 직접 배포하던 것이 방수시트지(Bitumen Roofing Felt)가 나오면서 보다 깔끔하게 작업이 가능하여졌다.

80년대 후반부터 90년대 초반에는 공기유압으로 못을 박아주는 네일건이 보급되어 손망치로 못을 박는일이 줄어들었다.

2.1.1 일본

개항이후 19세기무렵에 미국식 경량목구조 방식이 일본에도 소개 및 도입되고, 조차지 등에 건축되기도 하면서 들어 오게된다. 동양 목조건축은 기본적으로 짜맞춤 방식인 장부결합에 철물이나 쇠못의 사용이 적거나 거의 없었는데, 서구식 경량목구조는 부재를 전부 쇠못으로 연결하고 철물로 보강하는 단순한 공법을 구사하면서도 내구성은 정교하게 건축되는 전통목구조 보다 더 좋은데다 시공 비용이 매우 저렴했기 때문에 대공이라고 부르는 목수 장인들과 전통건축계는 상당한 충격을 받게된다.

이에 영향을 받아 전통목구조에도 서구식 주택처럼 목재간 연결을 위해 철물의 사용규범이 목공인조합을 통하여 표준화되고, 전체적으로 일본의 전통목조건축이 미국식 공법을 상당히 의식하게 된다. 일본은 예나 지금까지 일반주택의 대부분이 목조주택인데, 미국식 경량목구조가 매우 저렴하고 튼튼하지만, 전통 목수 장인들이 담합과 혐업을 통해서 재래식 전통목구조의 구조적인 취약점을 개선하고 경제성이 떨어지는 문제를 기술적으로 기계화 설비를 도입하는 등 끊임없이 도태되지 않게 노력함으로써 유럽이나 북미와 달리 경량목구조가 주택의 대다수를 차지할 정도로 점유율이 높지는 않다.

경량목구조인 훗카이도 시계탑

그러나 훗카이도만은 예외적으로 개항기 부터 미국식 경량목구조 신축이 많았으며, 현재까지도 남아 있는 관공서 유적중 미국식 경량목구조 방식으로 지어져 있는 것들이 상당하다. 그러한 전통때문인지 일본내에서도 훗카이도만큼은 경량목구조 수요가 재래식 수요보다 조금 더 많은 편이다.

1995년 고베 대지진 당시에는 재래식 목구조 주택보다 경량목구조 주택이 지진당시에 건물이 파손되지 않고 남아있는 것이 더 많았던 적이 있어서 경량목구조 주택에 대한 인식이 매우 좋아졌던 적도 있었다.

2.1.2 한국

해방이후 한국전쟁을 거치면서 한국에서는 싼값에 대량의 철근과 콘크리트가 지원물자로 오가며 전통적인 목조주택 문화가 거의 사멸해버리고 콘크리트 블럭과 한옥양식이 아주 조금 가미된 형태의 개량가옥들이 많이 지어졌다. 현재도 시골에 가면 많이 찾아볼 수 있는 형태인데, 골조는 한옥식으로 하고 벽은 콘크리트로 채우고, 지붕은 슬레이트판을 깐 형태였다. 그외에는 현대화된 주택이라 할지라도 아파트의 형태가 많았고, 단독주택도 아예 철근 콘크리트나 조적조로 된 것이 압도적인 비중을 차지하여 한옥은 관용이나 종교, 문화유적의 건축용으로 전락하고 주거용 목조주택 문화가 거의 전멸해버린 상태였다. 애초에 한반도는 전통적으로 목재자원이 부족해서 강원도 등을 제외하면 전통적으로도 나무보다는 흙과 돌의 비중이 더 높았다.

그러다가 1980년대 서울올림픽을 기점으로 매체나 관광등으로 접한 북미의 목조주택에 영감을 받아 소득과 자산이 있는 사람들에 의해 북미식의 목조주택을 지으려는 시도가 있었고 아주 극히 일부가 건설된 적이 있었다. 그러나, 체계적인 시공규정도 없고, 시공기술자도 없는 상태로 모양만 보고 흉내내어 지은 것이다 보니 구조적인 결함은 물론이고 기본적인 방수나, 단열문제조차 제대로 해결하지 못한 불량주택들이 대부분이었다.

이후 1990년대 후반 정부에서 경기도 고양시 일산일대에 신도시를 개발하면서 대규모 단독주택단지를 구획하였고, 부동산업자들과 정부의 시책등이 합의되어 대형 단독주택단지를 북미형 목조주택 단지로 계획하게 된다. 일산 단독주택 구역이 워낙 거대했기 때문에 이시기를 기점으로 미국인 기술자나, 미국 거주 교포들이 대거 국내에 상륙하여 기술이 전래되었고, 캐나다 우드를 비롯한 해외 목재 공급회사들이 한국으로 영업을 개시하였다. 백종원씨가 목조주택사업을 하던 때도 이시기이다.

그러나 본격적으로 건설수주가 많아졌음에도 기술왕래 및 정착초기였던 90년대 말에는 초행이기 때문에 주택의 하자발생이 매우 빈번하였고, 2004~5년을 기점으로 경량목구조 기술을 알려주는 직업학교나 이를 전문적으로 가르치는 교육인들이 생겨나면서야 조금씩 체계화되었다. 2006년에는 최현기씨가 국내 최초로 경량목구조 실무 교본을 발행하였는데, 현재까지 딱히 대체제가 없어 교본으로 중히 쓰이고 있다.

2010년 이전에는 단독주택등으로 시공되는 일이 많았으나, 2010년이후에는 자본력이 있는 회사를 중심으로 대형목구조 건축시도가 빈번해졌고, 드물기는 하지만 복층상가를 경량목구조로 짓는 시도도 있었다. 최근에는 경민산업 수주하에 철원군이 지역예산으로 건축한 철새문화단지가 경량목구조를 기반으로 공학목재를 혼성한 구조로 지어지기도 하였다.

2.2 구성

2.2.1 사용 자재

2.2.1.1 구조용 원목

북미에는 침엽수림이 많으므로, 자연스럽게 사용자재도 침엽수림의 목재를 많이 사용한다. 구조목의 분류는 SPF라고 축약되는데, 풀어쓰면 spruce, pine, fir로 가문비 나무(spruce), 소나무(pine), 전나무(fir)를 일컫는다. 각 수종을 세밀히 분류하지 않고 3수종을 뭉뚱그려 사용하는 이유는 3수종이 한데 모여 자라는 숲이 많으며, 기본적으로 크게 소나무과로 분류되는 수종들이기 때문에 특성이나 강도면에서 아주 커다란 차이를 보이지 않기 때문이다. 꼭 SPF만을 사용하는 것은 아니고 특정지역에서 자라는 수종을 채택하여 사용하는 경우도 있다. 예컨데 더글라스퍼(Douglas fir : 개솔송나무)나 햄프톤퍼(Hampton fir : 햄프톤 셔에서 자라는 전나무)를 사용하는 경우도 종종있다. 생산지역에 따라서 품종도 세밀하게 분류된다.

이들 목재를 제재하는 규격은 인치를 기준으로 하는데, 제재 규격은 각목항목의 인치 부에 잘 나와있다.

구조용 원목의 경우 어느정도의 하중을 견디고, 어느정도에서는 견디지 못하느냐를 북미의 임산물 협회에서 각종 실험을 통하여 통계와 자료로 내놓았는데, 보통 구조설계를 할 때에는 이것을 필수적으로 참고하여 설계되고, 시공된다. 표는 외부에 노출되는 정원 데크의 보가 어느정도 길이까지 중간 받침이 없이 시공가능한지 길이를 나타낸 것이다. 지역별 기후를 참조하여 땅의 동결선과 어느정도 거리를 두어야 하는지도 통계수치화 하여 표시되어있다.

2.2.1.2 구조용 공학목재

원목은 강한 햇볓에 수분이 증발하면서 수축하거나, 비에 맞아서 부피가 늘어나거나, 후에 건조되어서 수축하거나 등의 이유로 휘거나 틀어지는 일이 종종 벌어지고, 원목 그 자체로는 일정크기 이상으로는 하중을 지탱하지 못하는 일이 종종 벌어진다. 구조용 합판과 접착하여 일종의 보인 헤더(header)를 만들어서 구조적인 한계를 벗어나는 방식도 있지만, 그 이상의 크기나 하중을 지탱하기 위해서 목재조직을 화학적 방법을 거쳐 가공한 공학용 목재를 사용하는 경우도 있는데, 이경우 원목으로는 상상도 할 수 없는 하중을 견디는 것이 가능하다.

공학적으로는 대형스타디움을 사진과 같이 목골조로 구성하는 것도 가능할만큼 구조용 목재의 강성은 매우 강력하다. 게다가 나이테와 결과 옹이가 살아있어 휘거나 틀어지는 원목과 달리 애시당초 목재조직을 여러겹 파쇄한 것을 응축시킨 것이 대부분인 공학목재는 틀어짐과 변형이 매우 적거나 미미한 수준이기 때문에 작업상의 편의도 좋은편이다. 이것들을 활용한 경우 별도의 기둥이나 하중을 받쳐주는 역할을 하는 벽체가 없이 혹은 더 적게들어가면서 층계를 넓게 만들 수 있어 보다 더 넓은 공간은 연출할 수 있다.

공학목재중 목재를 제재하고 남은 피박이나 껍대기를 한방향의 결로 모아 접착제로 압착시켜 만든 것을 PSL(Parallel strand lumber)라고 한다.

파일:TJI-joist-image.jpg
페러렐(PSL)과 마찬가지로 목재를 제재하고 남은 피박으로 방향과 상관없이 판으로 만들고, 그것을 더 두껍게 만들어 새로로 새운뒤 위아래로 합판을 덧대어서 만든 구조용 보를 영어 대문자 Ⅰ와 같다고해서 아이조이스트(I-Joist)라고 한다.

파일:Boozerbeam-mainimage2.jpg
목재의 조직을 최대한 많이 살려서 접착제로 압착을 시켜놓은 구조용 목재는 글루램(Glulam)이라고 한다.

2.2.1.3 구조용 합판

크게 O.S.B와 일반합판으로 나뉜다.

OSB는 Oreinted Strand Board의 준말인데, Strand는 원목을 대패나 제재기등으로 제재하고 남은 피박 찌꺼기를 일컫는 것으로 어미상 목재 피박을 응축한 보드를 일컫는다.

파일:Plytanium-SIF-470x360.jpg
그외 일반 구조용 합판은 통상 알려진대로 일반적인 나무조직을 얇게 저며 펴낸 것을 접착제로 응축시켜서 합친 것을 일컫는다.

보통의 합판은 OSB가 됐든 일반합판이 되었든 간에 생산규격이 정해져있는데, 벽체나 지붕에 시공되는 것은 두께가 1인치의 절반정도 되는데, 미터법으로는 1cm가 조금 안된다. 바닥에 시공되는 것은 T & G라고 부르며 이것은 1인치의 3/4정도 되는 두께를 지니고 있다.

2.2.1.4 못과 철물

기존의 목구조 건축과 구분되는 경량목구조의 특징은 연결철물과 쇠못의 사용율이 높다는 것이다. 사용 철물과 쇠못의 목록을 살펴보면 다음과 같다.

파일:Nail-sizes.jpg
경량목구조용 못의 규격은 그림과 같다. 보통 3.25인치(83mm)의 12d 못을 구조재와 구조재간의 연결에 사용하고, 2.5인치(64mm)의 8d못은 합판과 구조재의 연결에 사용된다. 통상 합판의 두께는 1/2인치로 1센치미터가 조금 안되기 때문에 짧은 못을 쓰고, 구조재는 그보다 더 두껍기 때문에 상대적으로 긴 못을 쓴다. 다만, 이것은 일반적인 선호도를 이야기 하는 것이지 12d나 8d보다 긴못이나 짧은못을 사용할 때도 있다.

파일:Fnail1.jpg
파일:Frhframingnails.jpg
파일:Nails-Gun Nails.jpg

망치로 직접 박아주는 못이냐, 아니면 공기유압을 이용한 네일건으로 쏘는 못이냐에 따라 못의 생김새가 다른데, 통상 망치로 직접 때려주는 못은 우리가 생각하는 못의 형태를 갖추고 있고, 네일건을 이용하여 쏘는 못의 경우 여러개의 못이 총알처럼 플라스틱 탄띠에 얽혀있는 형태로 나온다. 탄띠에서 못을 뜯어내면, 나선형으로 못몸체에 홈이 파져있는데, 유압으로 발사될시 총알처럼 나선회전을 하며 목재에 박히기 위한 용도이다. 그리고 손망치로 박아주는 일반못에 비해 얇기 때문에 망치질을 하기 불편한 구조다. 대량 발사용으로는 기관총 탄열처럼 원형으로 둘둘 말린형태도 존재한다.

파일:R602.3-nailing-method-names (1).jpg
경량목구조가 다른 목구조에 비해 못을 많이 사용하지만, 그렇다고 막 사용하는 것은 아니고, 못을 박는 규정에 따라서 박는데, 목재 규격이나 두께에 따라서 못을 몇개씩 어느 간격으로 박아둘 지, 그리고 구조에 따라서 못을 사선으로 박을지, 어떤 각도로 박을지도 전부 규정으로 되어있고, 해외에서는 경우에 따라서 건설 검사관이 와서 이것을 일일히 검사하는 경우도 종종있다. 못박기 규정은 Framing nailing schedule 이라고 인터넷 검색을 하면 어렵지 않게 각종 규정집들을 살펴볼 수 있다.

파일:Foundation-anchor-bolts.jpg
처음에 목구조물을 바닥의 기초토대와 연결하는 것을 앙카볼트라고 하는데, 영어권에서는 Foundation bolt나 mudsill bolt등으로 표기한다.

파일:A35.gif
그외에 가로로 걸리는 일종의 보인 장선과 장선간의 연결유지를 위해 못을 박은뒤 철물로 보강을 하는데, 연결철물을 스트롱 타이(Strong Tie) 혹은 우드커넥터(Wood connector)라고 표기한다. 시공규정이나 방법은 매우 대중화되어서 인터넷 검색이나 유튜브를 통해서도 어렵지 않게 찾아볼 수 있다.

파일:Hclips.jpg
파일:H-clips.jpg
이것은 H클립이라고 불리우는 것인데, 합판클립이라고도 부른다. 주로 합판간 간격을 벌리고, 합판간 결속을 강화하거나 틀어짐을 잡아주는 역할을 한다.

2.2.1.5 각종 방수지

나무는 물에 장기간 노출될 경우 필연적으로 썩는다. 붕괴가 되거나 대형 하자가 발생하는 원인이 되는데, 현재는 이것을 방지하기 위해 각종 방수재료가 마련되어 있다.

파일:Aid1151597-728px-Install-Tyvek-Step-2.jpg
벽체에는 폴리에틸렌 소재의 타이벡을 덮는데, 타이벡지에는 미세하게 구멍이 뚤려있는데, 이 구멍의 모양도 외부로의 수입 침투를 방해하지만, 내부의 수분은 배출되도록 구성되어 있다. 재료가 폴리에틸렌이기 때문에 겉모양은 종이이지만, 불에 그을릴 경우 불에타지 않고 고온에 녹는다.

파일:Zip-home.jpg
최근에는 타이벡 시공을 하지 않게 아예 겉표면에 덮는 합판에 방수처리를 하여서 나오는 ZIP보드가 개발되어서 나오는데, 이경우 합판을 설치한 후, 합판간 연결부위를 방수 테이프로 덮기만 하면 방수가 된다. 타이벡을 덮을 필요 없이 방수테이프만 시공하면 되므로, 인건비도 크게 절감되는데, 방수합판의 가격이나 편의, 기호등의 문제로 타이벡을 완전히 대체하지는 않고, 타이벡 시공과 방수합판 시공이 혼재되어 있는 상황이다.

파일:Staple-down-the-felt-paper-with-a-hammer-stapler.jpg
지붕에는 통상 역청소재의 방수시트(Bitumen Roofing felt)를 시공하는 것이 일반적이나, 방수방법에 따라서 부직포가 달린 방수시트를 시공하는 경우도 있고, 위처럼 방수합판을 사용하여, 연결부만 방수테이프를 붙이고, 별도의 방수지를 안덮는 경우도 종종있다.

2.2.2 구조

한건물을 통채로 살펴보면 보통 위와 같이 구성되어있다. 세밀하게 구분하면 아래와 같다.

2.2.2.1 바닥

기초토목공사를 어떻게 하느냐에 따라 바닥의 형태를 어떻게 하냐도 조금씩 차이가 있지만, 보통 경량목구조의 바닥은 이렇게 구성된다.

파일:Floor123.jpg
파일:Floor-anatomy.jpg

바닥에서 길게 가는 목재뼈대를 장선(Joist)라고 한다. 보통은 바닥에서 어느정도 간격을 둔뒤,예컨데 장선을 16인치 가량의 일정한 간격을 두고 설치한다. 장선 사이에는 지면에서 올라오는 열기나 냉기를 차단하기 위해 단열재를 집어넣고, 그위는 층계용으로 제작된 1인치의 3/4 정도의 두께를 갖춘 합판을 덮는다. 이는 2층이나 3층의 바닥을 만들때에도 동일하다.

주로 지하실이 있는 경우도 이렇게 1층을 장선으로 구성하는 경우가 많으나,

단층 집일 경우 사진처럼 바닥면을 콘크리트 기초로 채워넣는 경우도 있다.

이경우 콘크리트 바닥과 목재면이 직접 맞닿기 때문에, 콘크리트기초로 부터 올라오는 습기를 차단하기 위해 머드씰(mudsill)이라는 바닥용 방수지를 설치하고 그위에 방부목을 설치한다.

2.2.2.2 벽체

가로로 길게 들어선 상판을 위는 탑 플레이트(Plate) 아래는 바텀 플레이트라고 부르며 그 사이에 기둥으로 서있는 것을 스터드(Stud)라고 한다. 창문이나 문을 만들때에는 기둥이 없으므로 좌우로 하중을 분산하기 위에 문과 창문위에는 헤더(Header)라고 부르는 일종의 보를 만들어 설치한다. 그리고 분산된 하중을 지지하기 위해서 트리머(Trimmer)를 둔다. 벽체가 좌우로 기울거나 수직이나 수평이 맞지 않을 경우 횡하중과 수직을 잡아주고 맞추기 위해서 대각선 혹은 사선방향으로 벽체를 고정시킬 부재를 하나 더 연결하는데 그것을 가세 혹은 브레이스(Brace)라고 한다. 임시 브레이스의 경우 외부에 합판을 설치하여 횡하중과 수직을 잡아줄 수 있게되면, 바로 떼어낸다.

기둥인 스터드간의 간격은 보통은 16인치로 하는데, 이는 각 스터드를 연결하기 위해 사용되는 부재와 자재의 크기가 통상 8피트와 4피트에 맞춰져 생산되었기 때문이다. 예를들어 스터드간 간격은 16인치이므로 스터드 3개가 연달아 연결되면 16 x 3 = 48인치가 되는데 1피트는 12인치이고 48은 12의 4배이므로 4피트에 해당된다.(16 x 3 = 48, 12 x 4 = 48) 벽체의 횡하중을 잡아주기 위한 합판이 딱 가로 4피트와 세로 8피트로 가공되기 때문에 그 간격에 정확히 맞추기 위해 이런 간격을 유지하고 있다.

벽체위로 합판을 덮으면 이런 모습이 된다.앞서 설명했다시피 스터드간 간격은 16인치 이므로, 3개째의 간격이 정확히 4피트이므로 생산되는 합판의 크기와 일치한다. 현장에서 합판을 자르는 수고를 덜기 위해서 이런 방식이 사용되고 있다. 물론 방식에 따라서는 따라서는 스터드간 간격을 2피트로 두는 경우도 있고, 합판도 가로 세로 4 x 8피트외에 높이가 9피트로 나오는 것도 있는 등 다양한 것이 존재한다. 합판을 덮은 설명도에서도 나오지만 작업상의 편의나 기호에 따라서 벽체의 합판은 가로로 길게 설치해도 되고, 세로로 길게 설치해도 된다.

2.2.2.3 지붕

지붕은 크게 게이블 루프(Gable roof)와 힙루프(Hip Roof)로 나뉘는데, 게이블 루프는 한국말로 한옥용어를 참조하여 박공이라 부르고, 힙루프는 한국말로 모임지붕이라고 부른다.

가장 기본형인 박공지붕(Gable roof)은 이렇게 생겼다.
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지붕 최상부의 뼈대를 릿지(Ridge)라고 하며 한국말로는 용마루라고 한다. 가운데 살이나 갈비뼈처럼 살이 붙은 것은 레프터(Rafter)라고 하며 한국말로는 서까래라고 부른다. 지붕과 벽의 사이이자 지붕의 최하단 부에는 지붕이 쳐져 벽의 상부가 벌어지는 것을 방지하기 위해 별도의 장선을 추가하여 설치하는데 이를 실링조이스트(Ceiling joist)라고 한다. 박공지붕에서는 릿지가 쳐지는 것을 방지하기 위해 수직으로 기둥을 세워줘야 하는데 이것을 게이블 스터드(Gable stud) 혹은 박공스터드라고 한다.

서까래인 레프터를 벽위에 얹히기 위해 예외적으로 홈을 파주는데 이것을 버드마우스(Bridmouth)라고 한다. 보통 지붕이 벽보다 바깥으로 나와 지붕밑의 처마가 존재하는 경우는 지붕의 모양과 상관없이 서까래에 버드마우스가 존재하지만, 에외적으로 지붕과 벽이 일체되어 서까래가 없는 경우는 버드마우스가 없이 시공되는 경우도 종종있다.

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그럴 경우 뼈대는 이렇게 구성된다. 레프터의 하단은 버드마우스 없이 이와 같이 재단된다.

모임지붕의 경우 이런 모양을 갖추고 있다.
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박공지붕의 뼈대가 가로 세로 직각으로 구성되는데 비해 이것은 대각선 방향으로 진행되는 뼈대도 존재하는데, 진행의 방향이 크게 대각선인 것을 벨리(Valley)레프터라고 하며, 그 사이에 들어가는 서까래를 작다는 의미로 잭 레프터(Jack rafter) 혹은 힙 레프터(Hip rafter)라고 부른다. 박공과 달리 대각선의 밸리래프터에 걸리지 않아 크기가 작지 않은 레프터는 잭레프터와 구분하여 콤온레프터(Common Rafter)라고 일컫는다.

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시공간의 편의를 위해, 하늘에서 본 지붕 평면이 모이는 각도는 정확히 45도를 유지하도록 하는데, 이렇게 하면 지붕의 길이나 각도를 계산하기가 편하기 때문이다.

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돌출지붕의 경우 도머(Dormer roof)라고 부르는데 뼈대는 이렇게 구성되는데, 기본적으로 사용하는 용어는 박공지붕이나 모임지붕과 같다.

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목조주택 건설이 일반적인 해외의 경우 트러스(Truss)구조의 지붕뼈대를 공장에서 일괄 주문생산하여 현장에서는 조립하는 방식으로 지붕 작업의 편의성을 취하기도 한다. 이경우 별도로 실링조이스트를 설치하거나, 레프터와 릿지를 구분하여 설치하거나, 할 필요없이 미리 만들어진 지붕을 크레인을 이용하여 벽체에 얹기만하면 작업이 끝나기 때문에 편리하고, 또 트러스 구조덕에 거대한 구조를 구성하기도 쉽다.

2.3 건축과정

경량목구조 주택의 건축과정. 그외 건축과정 영상은 영어로 Time lapse of home constructed start to finish라고 검색을 하면, 많은 동영상 자료를 찾을 수 있다.

건축과정을 빠르지 않은 속도로 설명을 해가며 교육하는 영상은 미국인 레리혼(Larry Haun 1931 - 2011)이 건축기술 보급을 위하여 찍은 비디오 자료가 유명하며 독보적인데, 2011년에 저작권자가 사망한 후 저작권이 해제되어 무료로 배부되었으므로 유튜브등에서 전 동영상을 무료로 시청가능하다. 단 아직까지 한국어자막이 없기 때문에, 영어로 들어야한다.

현재 유튜뷰등으로 돌아다니는 강좌는 1992년이나 90년대 초기에 찍은 것들이 대부분인데, 네일건을 사용하지 않고 망치로 일일히 못을 박는 모습이 대부분이다. 저자가 스스로 말하길 (당시까지만 해도)대부분의 사람들이 네일건을 가지고 있지 않으므로 손망치를 이용해 못을 박는 방법 위주로 가르친다고 한다.

2.4 성능

2.4.1 화재 사고 및 자연재해시

6층 건물 지진 테스트

편견이나 선입견과 달리 인장력과 하중 어느 쪽에서도 내구력이 뛰어나다. 고베대지진등에서 이점이 부각되어 언론을 통해 알려지기도 하였다.

내진성이나 내구력 문제외에 한국에선 목조주택문화가 거의 사멸해버렸고, 현재도 생소하기 때문에 대부분의 사람들의 선입견으로 목재를 재료로 했기 때문에 화재사고에 취약할 것이라는 의견이 많은데, 구조상 경량목구조는 화재에 취약할 수가 없다. 경량목구조는 건축의 뼈대만을 목재로할 뿐, 뼈대위에 붙는 단열재와 마감재는 죄에 방염재료로 시공하게끔 시공규정 정해져 있다. 기본적으로 기둥인 스터드사이에는 유리섬유가 들어가고, 그 겉면에는 석고보드가 붙는데, 이둘 모두 난연소재다.

목조주택용 단열재 인슐레이션(유리섬유) 화재테스트

내부마감재 석고보드 화재테스트

건물 벽면에는 방수지인 타이벡이 붙는데 이것 역시 폴리에틸렌 소재이기 때문에 불에붙는 것이 아니라 녹으며, 게다가 이것은 최종마감재료가 아니라 어디까지나 방수지일뿐이고 실제로는 외부 치장재는 치장스타코나 시멘트 사이딩이 더 붙으며 이것들 모두 난연소재다.

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건축구조별 이산화탄소 배출량 비교

더불어 화재사고 사망원인의 제일 큰 것이 유독가스 배출에 의한 질식사나 혹은 기절등으로 인한 대피 실패이기 때문에 화재사고시 주거자의 생존에 가장 중요한 것은 유독가스 배출여부인데, 경량목구조 주택은 화재사고시 유독가스와 이산화 탄소 배출량이 콘크리트 건축물이나 철골건축물에 비해 매우 적다.

물론 마감재의 시공이 완료되지 않은 건설과정 중 목재골조만 노출된 상황이라면 화재에 취약한 것은 사실이다.

2.4.2 단열 및 방음

앞서 쇠젓가락과 나무젓가락의 비유를 생각하면, 뜨거운 냄비등에 오래 놔뒀을때 쇠젓가락은 열전도율이 높아 손에 집지 못할 정도로 뜨겁지만, 나무젓가락은 열전도율이 낮아 뜨거운 냄비에 오래 놔둬도 손으로 집거나 만진다고 해도 아무런 지장이 없다. 자연석이나 콘크리트, 벽돌의 경우 열전도가 금속보다는 느리게 되지만, 반대로 열의 보존율이 높아 고온에 노출되었을 경우 금속보다 물체의 온도가 내려가는 속도가 매우 느리다. 목재의 경우 둘 모두 낮기 때문에 고온에 오래 놔둔다고 하더라도 뜨꺼운 상태로 오래가거나, 고온이나 극저온에 노출된다고 해서 쉽게 뜨거워지거나 차가워 지지 않는다.

목조주택의 단열이 목골조로만 이뤄지는 것은 아니지만, 일단 기본적으로 목재의 성질이 이러하기 때문에 철근콘크리트나 스틸하우스들과 비교했을때 단열효과가 우수하다. 유리섬유인 인슐레이션이 스터드사이에 들어가고, 그 안으로는 석고보드가 최종적으로 마감재로 부착되는데, 둘 모두 소재내부에 공기층이 형성되어 있어 실외의 기온이 집안에 직접적으로 영향을 주는 것을 차단한다. 이는 방음에 대해서도 마찬가지인데, 석고보드나 인슐레이션 등으로 공기층이 형성되어있고, 목재자체도 소음을 어느정도 흡수하기 때문에 외부의 소음을 차단하는 효과가 뛰어나다.

그밖에 경량목구조는 구조적으로 단열이나 환기, 기온조절기능을 지닌 별도의 장치를 가지고 있는데, 지붕의 공기순환을 위해 뚫어주는 구멍인 벤트(Vent)가 그것이다.

지붕의 처마에 공기구멍을 뚫어주고, 지붕의 최상부인 용마루 혹은 릿지에 구멍을 뚫어주는데, 밑에서 차가운 공기가 유입되고, 더워진 공기가 위로 배출되는 공기순환 구조다. 뜨거운 공기는 상승하려는 성질을 지니고있고 차가운 공기는 반대의 성질을 지니는 것에 착안한 개념으로 벤트구조는 고온의 여름철시 실내기온을 낮춰주는 역할을 하는 동시에,

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지붕의 공기가 순환됨으로써 겨울철 지붕위의 눈이 쉽게 얼거나 결로현상이 생기지 않도록 방지하는 역할을 한다.

2.4.3 수명

인터넷으로 공개된 영어자료가 매우 많기 때문에 사용 건축자재별 수명등을 어렵지 않게 찾아볼 수 있다.건축자재별 평균수명 통계 이중 경량목구조나, 목조주택에 관련된 수명을 살펴보면, 석고보드의 수명이 100년이상, 앞서 사용자재로 설명한 PSL이나 I-Joist에 해당하는 공학목재 Laminated Strand Lumber가 100년이상, 공장에서 일괄생산되어 나오는 지붕세트 구조목인 트러스가 100년이상, 경량목구조 주택을 패널식공법으로 변경한 SIP(Structural Insulated Panels)구조 건축물의 수명이 100년이상, 팀버프레임 건축물의 수명이 100년이상이다.

간단하게 경량목구조를 발명한19세기에 지어진 건축물중 거의 대부분이 현재까지 잔존해있고, 유럽에 남아있는 팀버프레임 주택들도 현재까지 남아있다. 굳이 경량목구조가 아니더라도, 현대화된 방수와 유지시스탬이 갖춰지지 않은 일본과 한국, 중국의 전통적인 목구조 건축물 중에서 수백년의 세월을 견뎌낸 목조건축물이 많다.

그러므로 내외장재를 교체하면서 방수와 방부만 잘되어 있다면, 목조주택 자체는 인간의 수명에 관계없이 통상 수백년의 세월을 버티는 것도 가능하다. 단, 부실시공등으로 방수미비나, 결로등으로 수분에 장기간 노출되었을 경우에는 그렇지 못하다.

3 관련 정보

한국에서 최현기씨가 출판한 시공교범인데, 현재까지 특별한 다른 대체제가 없어 10년이 넘는 세월동안 교본으로 널리 쓰이고 있다. 시중에 다른 교본이 유통되고 있기는 하나, 한국에서는 이 교본만큼 사진과 시공위주로 설명된 책이 없다. 다만, 이책은 철저히 경량목구조 목골조만을 다루고 있어 내외부 마감에 대한 것은 다른 교본을 참조하여야된다.

목조주택 관련 서적 추천정보
목조주택시공자모임
캐나다우드 주로 캐나다산 목자재를 유통하는 회사인데, 건설기술 보급에도 영향력을 끼치며 교본을 발행하고있다.
한국목조건축학교
위키피디아 경량목구조 항목

4 기타

심슨가족들에 나오는 스프링필드 공립초등학교 건축물도 경량목구조다. 비단 이건물뿐만이 아니라 배경이 미국이기 때문에 대부분의 주택이 경량목구조를 띄고있다. 그리고 좀비사태가 발생하면 퍽퍽 뚫린다