목조주택 ㅣ 에이에이치건설

목조주택은 살아있는 유기체로 집을 지은 것이다.

집 전체가 숨을 쉬듯 자동 습도조절이 뛰어난 목조주택은 실내공기가 습한 경우, 습기를 빨아들여 목조내에 저장해 두었다가 밤에 실내로 방출하는 등 집 전체가 숨을 쉬는 것과 같은 자동 조절 기능을 한다.

최근 내화재인 석고보드를 사용하여 나무의 단점인 불에 잘 타고 썩는것을 차단하는 안전장치를 마련하고 목재를 방염도료로 처리해 썩는 문제를 해결하였다.

목조주택의 특징

목조주택이란 구조물의 주요 구조부가 목재로 이루어진 구조물을 의미한다.

이 정의에 의하면 주택의 외부 또는 내부에서 목재가 보이는지의 여부는 목조주택의 정의와는 상관이 없으며 이는 일반인들이 크게 혼동하는 부분이기도 하다. 일반적으로 목조주택이라고 하면 2인치x4인치 각재를 주 구조부재로 사용하며 여기에 벽, 바닥, 지붕용 바탕재로 합판을 붙여 조립하는 방식을 말한다.

목조주택이라는 의미의 상징성 때문에 목재의 사용이 중요한 의미를 지닌다. 또한 목조주택에 작용하는 모든 외력과 하중이 주요 구조부를 구성하는 목재에 의하여 지지 또는 전달되어야하기 때문에 목재 건축자재의 종류와 특성을 이해하고 꼭 필요한 자재를 적재적소에 사용해야 한다. 적당한 등급과 품질의 목재를 선택하여 올바른 방법으로 사용하여야만 목조주택의 내구성을 보장받을 수 있다.

목조주택의 장점

경제성 Cost Effectiveness

목구조 주택의 가장 큰 장점은 무엇보다 그 외관의 아름다움이나 소재의 품질에 비교해 건축비가 저렴하고 경제성이 높다는 점이다.

경량 목구조 주택은 다른 구조 방식보다 싸고 신속하게 시공할 수 있다. 이것은 건식공법에 의해 사계절 어느때라도 공사가 가능하고 하나의 공정이 다른 공정에 직접적인 영향이 없어 공기를 줄일 수 있다.

또 모든 자재가 규격화 되어 있어 저렴한 가격에 자재 수급이 가능하고, 건축자재의 경량화로 시공이 용이하여 인건비를 최소화 할 수 있다.

에너지 효율 Energy Efficiency

나무 자체가 갖는 낮은 열전도율에 의해 경량 목구조는 에너지 효율이 높다. 목재의 단열성은 콘크리트의 7배, 철의 176배, 일반 단열재의 1.5배다.

이런 기본적인 단열 성능에 샛기둥, 장선, 서까래 사이의 중공을 유리섬유나 암면 등과 같은 단열재로 충진함으로써 높은 단열 성능을 발휘한다.

또 소요폭보다 넓은 부재를 사용해 단열재의 두께를 증가시키거나, 고형의 단열재를 외부 마감전에 벽체 외부에 시공하는 방법 등으로 더 높은 단열성능 효과를 낼 수 있다.

내화성 Fire Resistance

목재가 불에 약하기 때문에 목구조 주택은 화재에 약하다는 선입견을 가질 수 있으나, 건축법상 화재에 대한 규정을 따르면 이를 충분히 방지할 수 있다.

경량목구조의 내화구조는 일차적으로 내장 석고보드에 의존한다. 벽과 천장에 시공된 석고보드는 20분~2시간의 내화성능을 지닐 수 있다. 또, 일정치수 이상의 목재는 강철 등 다른 소재보다 열전도율이 훨씬 낮아 화재가 발생했을 경우에도 쉽게 불이 붙지 않고 목재 표면에 생성되는 챠콜물질의 보호막 작용으로 불이 목재 안으로 타들어가는 것을 자연적으로 막아준다.

이와 같은 자연적인 목재 자체의 내화성 때문에 대각재(Heavy Timber) 즉, 굵은 통나무나 집성재(Glulam) 등은 그 자체가 내화 구조로 미국 건축법에서는 인정해주고 있다.

설계의 가변성과 응용성 Design Flexibility & Versatility

구조체를 구성하는 각 부재들. 즉 장선, 샛기둥, 서까래 등은 기본적으로 가변성을 지니고 있어 어떤 형태의 건축물에서도 쉽게 조립되어 구조체를 형성할 수 있다.문, 창호, 벽체 등을 더하거나 제거하기에 용이해 구조 변경이나 증축을 쉽게 할 수 있다.

경량 목구조는 단순하게 지을 수 있다. 단 한 사람의 목수가 쉽게 부재를 취급할 수 있고 많은 부재들이 제재소에서 미리 일정한 치수로 가공돼 있어 현장에서 신속하게 조립 및 설치를 할 수 있다.

또 경량 목구조는 환경적 적응성이 뛰어나다. 실제로 혹한의 알래스카에서 열대의 하와이까지 목구조가 널리 사용되고 있다.

어떤 건축물이나 적용될 수 있고 목재, 스터코 혹은 벽돌 등 여러 가지 외장재료로 마감할 수 있다. 공간의 활용성도 뛰어나다. 경량 목구조에서는 배선, 배관 작업 등이 모두 벽체 내에 매립되어 벽체가 차지하는 면적을 최소화 할 수 있다. 그러므로 다른 어떤 구조체로 된 건축물보다 공간 활용성이 뛰어나다.

차음효과 Noise Resistance

경량 목구조의 차음 구조는 각 실의 용도나 점유 상태에 따라 각기 다른 적정한 방법이 사용된다.

첫째, 설비 덕트나 전기 배선과 같은 소음의 발생원의 배치를 적절히 조절한다.

둘째, 벽체 사이와 바닥 사이에서는 소음 전달을 감소 시키기 위해 여러 가지 구조 방법이 사용되고 있다.

벽제의 경우 두 줄의 스터드를 엇갈려 배치하거나(Staggered Wall) 1인치의 공기 층을 둔 채 두 겹으로 배치해(Separate Wall) 소음 전달을 차단하는 것이 효과적이다. 또한 소음채널(Resilient Channel), 감음판, 차음재, 소음 실런트 등을 사용하여 음 전달을 감소시키는 방법도 사용된다.

친화적인 실내환경

목재를 구조재로 사용하는 목조주택은 수분과 공기가 안팎으로 드나드는 성질을 가지고 있다.

실내의 습도가 높을 때는 외부의 수분을 흡수하고, 반대로 건조할 때는 목재가 가지고 있는 습기를 실내로 방출하여 쾌적한 상태를 유지시킨다. 밀폐된 아파트의 경우 환기가 제대로 안 되는 불편함이 있으나 목구조 주택은 환기를 자주 시키지 않아도 항상 신선한 실내공기를 유지한다.

목조주택의 종류

경량 목구조 방식 Lightweight Wood Frame House

2x4로도 불려지는 경량 목구조는 단면이 2인치x4인치(혹은 6인치)의 각재를 사용하여 수평 및 수직 격판이 상호 긴밀하게 결합되어 수평수직 하중에 저항하는 "상자형 구조(box system)"로서, 설계상 거의 제약이 없어 원하는 구조와 디자인을 연출할 수 있으며 지진에도 강한 저항능력을 가진다.

경량 목구조 공법은 가벼운 목재를 사용하기 때문에 붙여진 이름이지만, 2백년 이상의 역사를 자랑하며 오늘날 가장 과학적으로 발전된 일반적이며 대중적인 건축 양식으로서 미국, 캐나다 등 일반 주택의 대부분이 이 방식으로 건축 되었다.

기둥-보 구조 방식 Post & Beam

가장 오래된 목구조 방식 중 하나로 통나무 구조에서 발전된 건축 양식이다. 주로 상업건물이나 규모가 큰 주택 등에 사용되며 요즘에는 전형적인 플랫폼 구조와 혼용되기도 한다.

장점은 적은 수의 대단면 부재를 사용해 간 사이를 늘릴 수 있는 점과 목재를 노출하여 목재의 질감을 자연스럽게 표현할 수 있고, 기둥 사이에는 비내력벽 이므로 대규모의 개구부나 외부로의 조망을 위한 대형창을 만들 수 있다.

단점은 배관, 배선 등 설비 라인이 노출되는 경우가 생기고 수직 설비를 위한 샤프트(Shaft)가 요구된다. 또한 이 구조는 부재의 연결 부위의 설계와 시공에 각별한 주의가 요구된다. 하중의 전달이 결합 부위로 전달되므로 이곳에 세부 사항에 대한 구조적 계산이 필요하다.

중목 구조 방식 Heavy Timber Framing System

기본적으로 기둥-보는 구조 방식과 원리는 같으나, 구조용 목재가 통재(Heavy Timber)로 분류되는 최소한 규격을 지니는 목재들로 구성된다는 점이 다르다.

교회, 학교, 호텔, 레스토랑 등 특별히 높은 공간이 필요할 시 사용하는 공법으로 더글라스 or 글루램을 (Heavy Timber) 구조 설계에 맞게 치수를 정하여 기둥-보를 제작하여 고강도 볼트와 넛트로 연결하여 조립 시공하는 공법이다.

통나무 구조 방식 Log house

원형 또는 각형의 수평목을 내력벽으로 하고 나머지 바닥이나 지붕구조는 2x4 경량 목구조와 동일한 구조로 구성된다. 벽체가 통나무를 쌓은 구조이기 때문에 1개층 높이에서 7~12cm의 침하가 장기적으로 발생하게 되므로 창문틀 등의 개구부에는 침하를 고려한 디테일을 만들어야 한다.

통나무 구조의 특징은 구조목이 실내외 마감으로 노출되기 때문에 산장이나 식당 등 자연 속의 집에 어울린다.

발룬 구조 방식 Balloon Framing

1830년경 시카고의 엔지니어이며 건설업자이자 목재상이었던 스노우씨는 기존의 기둥-보 방식(Heavy Timber Construction)에서의 칸막이 벽체의 소단면 각재의 프레임이 구조체에 전달되는 하중을 지지하기에 충분하다는 것을 깨닫게 되었다. 이러한 발견은 대단면의 기둥을 불필요한 것으로 만들어버렸다.

수력에 의한 제재설비는 좀 더 작은 단면의 각재를 양산할 수 있게 하여 저렴한 가격의 구조재로 사용될 수 있게 하였다. 더불어 못이 기계로 생산되기 시작하여 못을 사용한 저렴한 목재 결합방식이 이용되기 시작하였다.

스노우씨는 이렇게 하여 하나의 새로운 구조 방식을 고안하게 되는데 그것은 작은 단면의 각재들만 사용하고 그 간격을 좁혀서 벽체에는 스터드(Stud)로, 바닥에는 장선(Joist)으로, 지붕에는 서까래(rafter)로 구성하게 하는 방식이었다. 이러한 구조 부재들은 목수들이 다루기에도 용이하였고 기계로 양산된 못으로 용이하고 신속하게 조립될 수 있었다. 이러한 신속한 공법은 발룬(Balloon) 구조라 이름 지워졌는데, 구조 방식의 우수성과 건물을 가볍게 구성하여 풍선처럼 날아갈듯한 인상에서 비롯되었다.

발룬 구조의 특징은 벽체 스터드가 기초에서 지붕에 이르기까지 두개층의 길이를 지니고 있다는 점이다. 이층 바닥은 이러한 이개층의 길이를 지니는 스터드의 중간에 끼워진 부재(ribbon)에 지지된다.

이러한 발룬 구조의 가장 커다란 약점은 벽체와 바닥의 장선의 결합 방식이 화염 진행을 적절하게 차단하지 못하여, 화재 시 이개층에 달하는 스터드간의 중공이 연도의 역할을 하게 되는 것이었다. 또한 이러한 스터드는 길이가 길어 시공 시 다루기가 힘들었던 것이 또 다른 약점이었다.

플랫폼 구조 방식 Platform Framing

플랫폼 구조는 화재 시 취약한 내화성능과 시고 시 열악한 작업 성능을 지닌 발룬 구조의 약점을 보완하는 하나의 새로운 구조 방식이다. 이 플랫폼 구조에서는 벽체가 평탄한 바닥 구조 위에 놓이게 되는 것으로, 연속 벽체 혹은 하부의 벽체 상부에 벽체 구조가 놓이게 되는 발룬 구조와 다른 점이 되겠다.

플랫폼 구조는 두 단계의 시공 과정을 겪게 되는데, 먼저 통상적으로 콘크리트 줄 기초 위에 일층의 평탄한 바닥 구조를 설치한다. 그런 후 평탄면은 내력벽과 비내력벽의 조립과 설치를 위한 작업장이 된다.

건물이 중층일 경우 다음 층의 플랫폼은 하층부의 벽체 위에 새로운 평탄한 바닥면을 형성하며 설치되는 것이다. 마지막으로 최상층 벽체의 상부에 지붕의 서까래와 천정 틀이 지지되게 된다.

벌룬 구조와 비교하여 플랫폼 구조의 장점은 다음과 같이 세 가지를 들 수 있는데,

첫째는, 구조 부재의 길이가 짧아지고 가벼워져 작업이 용이하다는 것이다.

둘째는, 평탄한 플랫폼 위에서 조립되는 벽체는 정확하게 직각으로 제작될 수 있고, 세워지기 전에 합판이나 대각 가새를 설치할 수 있어 벽체 프레임의 강성을 높일 수 있게 된다.

벽체를 플랫폼 위에서 제작할 수 있는 이점은 그것을 신속하게 제작하고 용이하게 설치할 수 있다는 것이다.

모빌 홈 Mobile Home

모듈라 홈이라는 것은 공간을 유니트화한 두 개 이상의 구조체(모빌홈)를 공장에서 제작하여 현장으로 반입하고 크레인을 이용하여 상자를 쌓는 식으로 건축하는 조립식 주택이다. 미리 타설된 콘크리트 기초 위에 구조체를 고정시키고 각종 설비 라인을 결속하여 주택을 완성하는 것으로 일반적으로 현장에서 건축되는 경량 목조주택의 질과 유사한 정도의 수준을 지닌다.

공장제 판넬 공법 Factory Built Panelized System

모빌홈이나 모듈라 홈과는 달리, 구조 부재를 유니트화하는 판넬 공법은 공장에서 대량 생산하여 현장으로 운반된다. 이러한 구조 부재는 벽체, 바닥, 지붕과 같은 건축의 모든 부위를 기성화 할 수 있는 것이다. 현장에서는 소수의 인력과 소형의 이동 크레인만으로도 쉽게 조립하여 단층 주택의 경우 대개 단 하루만에 조립한다.

이러한 판넬에는 다음과 같은 세 가지 유형으로 나뉜다.

내력 판넬은 기본적으로 경량 목구조(Platform Frame)의 구조 개념에 의한다. 현장에서 조립되는 공법(Stick Frame)과의 차이점은 구조체를 공장에서 제작하여 현장으로 운반하게 된다는 것이다. 기본적인 판넬은 스터드와 상하부 두겁대(Plate) 그리고 외부 합판재로 구성된다. 판넬의 크기는 일반적인 층고인 8피트의 높이를 지니는데 그 길이는 운송여건에 의해서 제약을 받게 된다. 이러한 내력 판넬은 문, 창문, 사이딩, 단열재 그리고 설비 배관 등이 공장에서 미리 설치되어 현장에서의 작업을 크게 줄일 수 있게 한다.

가압판 판넬은 경량 목구조의 내부 벽체용으로 사용되는데, 양면에 합판이나 O.S.B(Oriented Strand Board)로 마감된 소규모 내력 판넬이다. 벽체에 작용하는 응력을 내부의 목재 프레임보다는 양면의 합판재가 부담한다.

샌드위치 판넬은 기본적으로 스트레이트 판넬과 유사하나 내부의 프레임이 목재가 아닌 스티로폴과 같은 단열재에 합판재를 부착하여 제작하는데, 외부면에 합판이나 O.S.B를 사용하여 구조적으로 가압판 판넬과 동일한 기능을 지니게 한다. 내부면에는 석고보드를 사용하여 평활한 마감면을 형성하게 하며, 이때는 내력 판넬의 기능을 상실하고 비내력 칸막이 벽으로 구성된다. 이러한 비내력 칸막이 벽은 기둥-보 방식에서 몇 개를 구성하는데 주로 사용된다.