최근 수정 시각 : 2020-03-13 03:24:03

경량목 구조


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1. 개요2. 역사
2.1. 일본2.2. 한국
3. 구성
3.1. 사용 자재
3.1.1. 구조용 원목3.1.2. 구조용 공학목재3.1.3. 구조용 합판3.1.4. 못과 철물3.1.5. 각종 방수지
3.2. 구조
3.2.1. 바닥3.2.2. 벽체3.2.3. 지붕
3.3. 시공
4. 성능
4.1. 화재 사고 및 자연재해시4.2. 단열 및 방음4.3. 수명
5. 관련 정보6. 기타

1. 개요

Stick or Light Frame Construction

한국에서는 보통 목조주택을 일컬으면 이 미국식 목구조를 일컫는다. 미국에서 개발된 목조건축법으로 기계화 제재소에서 일정한 규격으로 가공한 목재를 가지고 건물을 짓는 방법이다. 본래 미국에서 개발되었기 때문에 대부분 미터법이 아니라 인치법을 사용하며, 인치법을 기준으로 가공된 목재를 사용한다. 굵고 두꺼운 목재를 사용하는 한옥이나 팀버프레임 등의 중목 구조에 대비해 가늘고 얇은 목재를 사용한다고 해서 경량목 구조(輕量木構造)라 한다.

2. 역사

유럽을 비롯하여 세계각지의 거의 대부분의 지역에서 건축물은 나무로 지어졌다. 대개 산업혁명 전까지는 동서양을 막론하고 쇠못이 그리 충분치 않았기 때문에 두꺼운 목재에 홈을 파고, 다른 목재에 장부를 만들어 서로 끼워 맞추는 방식으로 집을 지었다. 서양에서는 이를 따로 팀버프레임이라 한다.

한편 19세기 초반 미국에서는 수많은 유럽계 이주민이 몰려와 주택 부족 문제를 겪고 있었다. 콘크리트철근 콘크리트 공법은 아직 제대로 소개되기 전인데다, 벽돌이나 시멘트로 쓸 석재와 골재는 귀한 대신 나무가 많다 보니, 집과 건물들을 나무로 짓는 일이 많았는데, 전통공법은 나무를 깎고 다듬는 데에 시간도 많이 걸리고 전문적인 기술도 필요했지만 당시에는 솜씨 좋은 목수가 몹시 부족하였다.

시카고에 살던 조지 워싱턴 스노우(George Washington Snow, 1797 - 1870)는 어떻게 하면 집을 더 쉽고 간단하게 지을 수 있을지 궁리했다. 마침 산업혁명으로 원형 기계톱이 발명되어 기계화 제재소에서 무수히 많은 크고 두꺼운 나무들을 각목의 형태로 가공하여 팔기 시작했고, 나무에 박는 쇠도 공장에서 대량생산되었는데, 스노우는 이런 기술발전을 최대한 이용하기로 한다. 그렇게 해서 나온 것이 벌룬(Balloon)구조 공법으로, 스노우는 이 방법으로 1832년에 건물을 지어 보았다.

스노우가 발명한 방법은 제재소에서 일정한 규격에 맞게 미리 가공된 목재를 그냥 쇠못과 철물로 연결하여 집을 짓는 것으로, 구조도 전통공법인 팀버프레임보다 훨씬 단순하고 시공방법도 비교적 쉬웠기 때문에 초보자라도 조금만 배우면 시공할 수 있었고 건축시간 역시 크게 줄어들었다.
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19세기의 목조건물. 경량목 구조로 지어진 헛간과 축사. 당시에는 집 못지 않게 헛간과 축사도 많이 지어졌다.

이 기술로 집 뿐만 아니라 헛간과 축사, 창고도 지었고, 1833년에는 시카고의 건축가 오거스틴 테일러(Augustine D. Taylor)에 의해 교회도 지어졌다. 이렇게 유명해진 벌룬구조 공법은 같은 시카고의 건축가 반 오스델(John M. Van Osdel), 1880년에는 저명한 건축평론가 지크프리트 기디온(Sigfried Giedion) 등에 의해 건축계에서도 이름을 날리고, 최초 발명자인 스노우는 나중에 역사책에까지 실리게 된다.[1]
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벌룬구조

그런데 이 벌룬구조는 1층을 만들고 2층을 쌓는 방식이 아니라, 2층 크기의 벽을 통째로 세운 다음 2층 바닥을 만드는 방식이었다. 전통방식이던 팀버프레임에서 영향을 받은 것인데, 이렇게 할 수 있었던 건 당시 거대한 침엽수 숲이 많았던 데다 일하는 사람도 많았기 때문이다. 그런데 인구밀도가 늘어난 탓에 건물을 3층 높이까지 지으려 하자 한계가 드러났는데, 숲이 많아도 건물 3층 높이만큼 큰 나무는 적었을 뿐더러, 나무로 만든 벽이 3층 높이나 되면 무겁고 커서 일할 사람을 더 많이 필요로 했다.

그 밖에도 여러 문제점이 있었는데, 첫째 불이 나면 1층과 2층이 분리되지 않아 불이 번지는 속도가 매우 빨랐고, 둘째 바닥층계가 벽의 기둥(Stud)에 매달려 있어 만드는 도중에 추락할 수도 있었으며, 셋째 2층 높이의 벽이 워낙 크기 때문에 엄청나게 많은 인원을 필요로 하며, 넷째 바닥층계가 양쪽 벽에 매달려 있다 보니 기둥으로 받쳐 주지 못한 가운데가 처지는 일이 종종 생겼다. 게다가 1~2층이 한번에 세워지기 때문에 1~2층의 방구성을 다르게 하는 것도 힘들었다.(가령 2층에 테라스를 만든다거나)

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그래서 1930년 1층과 2층을 나누는 플랫폼구조(Platform Frame) 공법이 개발되었다. 이 방법은 1층을 먼저 만들고 그 위에 바닥 장선(Floor Joist)을 깔고 다음에 2층을 만드는 방식으로, 애초에 2층 바닥을 벽에 매다는 방식이 아니라 1층 벽 위에 얹어 놓는 방식이다 보니, 집을 짓다가 2층 바닥이 통째로 추락하여 다칠 걱정도 없어졌고 가운데가 쳐지는 일도 매우 줄어들었다. 특히 세워야 할 벽의 높이가 1층 높이로 줄어들고 가벼워져 보다 더 적은 인원으로 안전하게 공사를 진행할 수 있었다.
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널판지와 가세(Brace)를 대준 경량목 구조
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합판을 덮은 경량목 구조

또한 1928년에는 합판이 사용되면서, 건물의 가로 하중을 잡아주기 위해 대각선방향으로 기둥을 고정해주는 가세(Brace)와 외부에 덮는 널판지를 대신했다. 그 전에는 널판지를 줄에 맞춰서 일일이 박아야 했지만 합판을 사용하고 나서부터는 일이 편해졌다.
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타이벡 시트지

그 외에 과거에는 방수를 위해 타르역청을 발랐으나 1960년 이후에는 방수용으로 내 외부벽에는 폴리에틸렌 소재의 방습지[2]와 지붕 방수용 방수시트(Underlayment)가 쓰인다. 1960년 이후에는 공기유압으로 못을 박아 주는 네일건이 보급되어 망치로 못을 박는 일이 줄어들었다.[3]

2.1. 일본

일본에서는 경량목 구조를 화조벽공법(枠組壁工法), 2X4구법(構法)이라고 부른다. 공법은 건물 전체를 만드는 시공방법, 구법은 건물의 뼈대만 만드는 방법 가리킨다. 일본에서는 개항 이후 19세기 무렵 홋카이도 개척 때 많은 건축물들이 미국인 건축가들의 참여하에 지어졌다.
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삿포로시 시계탑

홋카이도 개척사청(開拓使廳)이 미국인 윌리엄 휠러(William Wheeler)[4]에게 의뢰해 병영 10여 동을 벌룬구조 공법으로 설계하였고, 개척사청의 아다치 키코(安達喜幸)가 설계도를 토대로 삿포로농학교(札幌農学校)와 연무장, 즉 현재의 삿포로시 시계탑을 설계하였다. 그 밖에도 현재 홋카이도대학 구내에 위치한 홋카이도대학 농학부 제2농장의 축사와 곡물창고 등도 벌룬구조 공법으로 지어졌다.

1909년에는 미국에 다녀온 하시구치 신스케(橋口信助)가 서양풍 주택을 설계 및 시공하는 <아메리카 집>이라는 회사를 만들었고, 1910년대에 정부에서 <주택개량운동>을 펼치면서 서양풍 주택의 건축이 늘어났다.
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冨永家住宅(1920년대)

간토 대지진 이후에는 일본전통주택이 내진성에 취약하다는 여론이 생겨 서양풍주택이 주목받기 시작했고, 이즈음에 미국 유학생이 귀국후 미국식 집인 오타데저(大館邸)를 지었고, 도미나가 하츠조(冨永初造)라는 사람은 미국상사에서 근무하다 귀국할 때 아예 자재와 설계도를 전부 화물선으로 싣고 들어와 미국식 주택을 지었는데, 현재의 토미나가케주타쿠(冨永家住宅)다.

2차세계대전 패망후인 1945년에는 주일미군 숙소를 경량목 구조로 짓기도 했고, 1965년에는 일본의 홈즈사와 후지타구미(蕂田組) 등의 주택건설회사가 미국산 구조목재를 이용한 목골조 제작법을 개발하여 건설대신에게 인가를 받고 주택시장에 내놓았다.이후 에이다이산업(永大産業)이라는 회사에서 보다 미국기술에 가까운 형태로 건설대신에게 인정을 받아, 에이다이산업을 중심으로 미국산 경량목 구조 기술이 적극 도입되고, 1970년대 무렵부터는 건축기준법이 개정되고, 미국식 목조주택기술 도입이 자유로워지면서 건설건수가 급격히 늘어났다.

1995년 고베 대지진 당시에는 일본 전통 목조주택보다 경량목 구조 주택이 지진에 더 잘 버텨서 인식이 매우 좋아졌다.

2.2. 한국

한국은 해방과 한국전쟁 후 미국으로부터 많은 양의 철근과 콘크리트가 지원물자로 들어와 콘크리트와 한옥양식이 가미된 개량가옥들이 많이 지어졌다. 현재도 시골에서 찾아볼 수 있는데, 뼈대는 한옥 목구조에 벽은 콘크리트로 채우고 지붕은 슬레이트판을 깐 형태이다. 그런데 이마저도 아파트 건축이나 단순 조적조 및 철근 콘크리트 단독주택에 밀려 목조건축은 관용이나 종교, 문화유적 건축용 한옥으로만 남아 있던 상황이었다.

그러다가 1988년 서울올림픽 이후 매체나 관광을 통해 북미의 목조주택을 본 돈 많은 사람들의 주도로 서울 외곽 남한강 상수도보호구역에 별장으로 경량목 구조 주택과 통나무 주택이 지어지기도 했다. 그러나 이 때의 목조주택은 제대로 배우지 않은 채 모양만 보고 흉내내어 지은 것이다 보니 결함이 많은 불량주택들이 대부분이었다.

이후 1990년 미국 임산물센터(AP&PA)가 서울사무소를 개설하고, 미국산 자재와 기술을 전파하였고, 1990년대 후반에는 정부에서 일산신도시를 개발하면서 그 일대에 북미형 단독목조주택단지가 생긴다. 워낙 거대했기 때문에 이 시기를 기점으로 미국인 기술자나 미국 교포들이 대거 유입되어 기술이 전래되었고, 캐나다우드를 비롯한 해외 목재 공급회사들이 한국으로 진출하여 영업을 개시하였다. 백종원이 목조주택사업을 하던 때도 이 시기이다.

그러나 본격적으로 건설량이 늘어났음에도 처음이었기 때문에 실수가 매우 빈번했고, 2004~5년을 기점으로 경량목 구조 기술을 알려 주는 직업학교나 이를 전문적으로 가르치는 교육인들이 생겨나면서부터 조금씩 체계화되었다. 2006년에는 최현기가 국내 최초로 경량목 구조 실무 교본을 발행하였다.

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2010년 이후에는 큰 회사들의 주도로 대형 목조건축물을 짓는 일이 많아졌고, 최근에는 철원의 DMZ 두루미 평화타운이 경량목 구조로 지어지기도 하였다.# #2

2017년에는 이성암이 국내에서 두번 째로 실무교본을 발행하였다.

3. 구성

3.1. 사용 자재

3.1.1. 구조용 원목

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북미에는 침엽수림이 많으므로 자연스럽게 사용자재도 침엽수목을 많이 사용한다. SPF(Spruce-Pine-Fir)라는 명칭이 흔히 쓰이는데 각각 가문비나무(Spruce), 소나무(Pine), 전나무(Fir)를 가리킨다. 3수종을 뭉뚱그려 사용하는 이유는 3수종이 한데 모여 자라는 숲이 많으며, 기본적으로 크게 소나무과 수종이기 때문에 특성이나 강도면에서 비슷하기 때문이다. SPF말고도 다른 수종을 사용하기도 한다. 예컨데 더글라스퍼(Douglas fir : 개솔송나무)나 햄프톤퍼(Hampton fir : 햄프톤셔에서 자라는 전나무)를 사용하는 경우도 종종 있다. 생산지역에 따라서 품종도 세밀하게 분류된다.

목재를 제재하는 규격은 인치를 기준으로 하는데, 제재 규격은 각목 항목의 인치 부분에 잘 나와 있다.

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미국 임산물 협회에서 목재의 길이나 두께에 따라 어느 정도의 하중을 견딜 수 있는지 각종 실험을 통한 자료를 내놓는았데, 구조설계를 할 때 이걸 기준으로 삼는다. 표는 외부에 노출되는 정원 데크의 보가 어느정도 길이까지 중간 받침 없이 시공가능한지 나타낸 것이다.

3.1.2. 구조용 공학목재

원목은 비에 맞아서 부피가 늘어나거나, 강한 햇볕에 수분이 증발하면서 수축하여 휘거나 틀어지는 일이 종종 있고, 나무의 크기 역시 한계가 있어 건물을 더 크게 만들지 못한다. 그러나 화학적 방법을 거쳐 가공한 공학용 목재를 사용하면 원목만으로 짓는 것 보다 훨씬 더 거대한 건물을 지을 수 있다.

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이런 공학목재는 사진과 같이 대형 스타디움을 지을 정도로 매우 튼튼하다. 공학목재를 사용하면 기둥이나 보를 길게 만들어 더 넓은 공간을 만들 수 있다. 게다가 나무의 조직이 많이 남아 잘 휘거나 틀어지는 원목과 달리, 공학목재는 목재조직을 파쇄하여 다시 붙여 놓은 것으로 틀어짐과 변형이 매우 적어 관리와 가공도 편리하다. 공학목재도 종류가 여러 가지인데, 구분하면 아래와 같다.

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공학목재 중 목재를 제재하고 남은 피박을 한 방향의 결로 모아 접착제로 압착해 만든 것을 PSL(Parallel strand lumber)이라고 한다.

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패럴렐(PSL)과 마찬가지로 목재를 제재하고 남은 피박으로 방향과 상관없이 판으로 만들고, 그것을 더 두껍게 만들어 세로로 세운 뒤 위아래로 합판을 덧대어 만든 구조용 보를 단면이 영어 대문자 Ⅰ와 닮았다고 해서 아이조이스트(I-Joist)라고 한다. 영어권에서는 보통 TJI라는 이름으로 많이 쓰인다.

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목재의 조직을 최대한 많이 살려 접착제로 압착한 구조용 목재는 글루램(Glulam)이라고 한다.

3.1.3. 구조용 합판

크게 O.S.B와 일반합판으로 나뉜다.

파일:OSB-Sq(3).png

OSB는 Oriented Strand Board의 준말인데, Strand는 원목을 대패나 제재기 등으로 제재하고 남은 피박 찌꺼기를 의미하며 OSB는 목재 피박을 응축한 보드를 가리킨다.

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그외 일반 구조용 합판(Plywood)은 통상 알려진 대로 일반적인 나무조직을 얇게 저며 펴낸 것을 접착제로 응축시켜 합친 것을 일컫는다.

보통의 합판은 OSB든 일반합판이든 간에 생산규격이 정해져 있는데, 벽체나 지붕에 시공되는 것은 보통 두께가 7/16인치(11mm 정도)이다. 바닥에 시공되는 것은 T & G라고 부르며 이것은 3/4 인치정도 되는 두께를 지니고 있다. 꼭 이렇게 시공기준이 다 정해져 있는 것은 아니고 인치의 16진법을 기준으로 생산규격의 두께는 제각각 다르다.

접착체 덩어리여서 몸에 해로운 물질이 많이 나오기 때문에 내장용으로는 크게 추천하지 않고 외장용으로 추천한다.

3.1.4. 못과 철물

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

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경량목 구조용 못의 규격은 그림과 같다. 미국에서는 3.5인치(89mm)의 16d못을, 한국에서는 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 넘기 때문에 짧은 못을 쓰고, 구조재는 그보다 더 두껍기 때문에 상대적으로 긴 못을 쓴다. 다만, 이것은 보통 그렇다는 것이지 지역이나 상황에 따라 더 긴 못이나 짧은 못을 사용할 때도 있다.

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망치로 직접 박아 주는 못이냐 공기유압을 이용한 네일건으로 쏘는 못이냐에 따라 못의 생김새가 다른데, 보통 망치로 직접 때려 주는 못은 우리가 생각하는 못의 모양이고, 네일건을 이용하여 쏘는 못의 경우 여러 개가 총알 마냥 플라스틱 탄띠에 얽혀있는 형태로 나온다. 탄띠에서 못을 뜯어내면, 나선형으로 못몸체에 홈이 파여 있는데, 유압으로 발사될 때 총알처럼 나선회전을 하며 목재에 박히기 위한 용도이다. 보통 일반 못에 비해 가늘기 때문에 손으로 망치질을 할 경우 못이 구부러져 망치질보다는 네일건을 이용하기 편한 구조이다. 대량 발사용으로는 기관총 탄열처럼 원형으로 둘둘 말린 형태도 존재한다.

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못은 정확히 못 박는 규정에 따라서 박는데, 목재의 굵기와 두께, 전체적인 구조에 따라서 못을 몇개씩 어느 간격에 어느 정도의 박을지도 전부 규정으로 나와 있고, 해외에서는 경우에 따라 건설 검사관이 와서 이것을 일일이 검사하는 경우도 종종있다. 못박기 규정은 Framing nailing schedule이라고 인터넷 검색을 하면 어렵지 않게 각종 규정집들을 찾아볼 수 있다.

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처음에 목구조물을 바닥의 기초토대와 연결하는 것을 앙카볼트라고 하는데, 영어권에서는 Foundation bolt나 Mud sill bolt 등으로 표기한다.

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그 외에 가로로 걸리는 일종의 보인 장선과 장선간의 연결유지를 위해 못을 박은 뒤 철물로 보강을 하는데, 연결철물을 스트롱타이(Strong Tie) 혹은 우드커넥터(Wood connector)라고 표기한다. 시공규정이나 방법은 매우 대중화되어 있어 인터넷 검색이나 유튜브를 통해서도 어렵지 않게 찾아볼 수 있다.

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이것은 H클립이라고 하는 것인데, 합판클립이라고도 부른다. 주로 합판 간 간격을 벌리고, 합판간 결속을 강화하거나 틀어짐을 잡아 주는 역할을 한다.

3.1.5. 각종 방수지

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

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벽체에는 폴리에틸렌 소재의 타이벡을 덮는다. 타이벡지에는 미세하게 구멍이 뚤려있는데, 입자가 작은 수분은 통과하게끔 만든 것이다. 재료가 폴리에틸렌이기 때문에 겉모양은 종이지만, 불에 그을릴 경우 불에 타지 않고 고온에 녹는다. 회사 상표가 찍힌 부분을 앞면으로 구분하지만, 특별히 앞뒷면에 따라 방수성능이 달라지지는 않는다. 회사 묻고 답하기[5]

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최근에는 타이벡 시공을 하지 않게 아예 겉표면에 덮는 합판에 방수처리를 하여서 나오는 ZIP보드가 개발되어서 나오는데, 이 경우 합판을 설치한 후 합판간 연결부위를 방수테이프로 덮기만 하면 방수가 된다. 타이벡을 덮을 필요 없이 방수테이프만 시공하면 되므로 인건비도 크게 절감되는데, 방수합판의 가격이나 편의, 기호 등의 문제로 타이벡을 완전히 대체하지는 않고, 타이벡 시공과 방수합판 시공이 혼재되어 있는 상황이다.

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지붕에는 통상 역청 소재의 방수시트(Bitumen Roofing felt)를 시공하는 것이 일반적이나, 방수방법에 따라서 부직포가 달린 방수시트를 시공하는 경우도 있고, 위처럼 방수합판을 사용하여 연결부만 방수테이프를 붙이고 별도의 방수지를 안 덮는 경우도 종종 있다.

3.2. 구조

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한 건물을 통채로 살펴보면 보통 위와 같이 구성되어 있다. 세밀하게 구분하면 아래와 같다.

3.2.1. 바닥

기초토목공사를 어떻게 하느냐에 따라 바닥의 형태를 어떻게 하느냐도 조금씩 차이가 있지만, 보통 경량목 구조의 바닥은 이렇게 구성된다.

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바닥에서 길게 가는 목재뼈대를 장선(Joist)라고 한다. 보통은 바닥에서 어느 정도 간격을 띄운
뒤, 장선을 예컨대 16인치 가량의 일정한 간격을 두고 설치한다. 장선 사이에는 지면에서 올라오는 열기나 냉기를 차단하기 위해 단열재를 집어넣고, 그 위는 층계용으로 제작된 3/4인치 정도의 두께를 갖춘 합판을 덮는다. 이는 2층이나 3층의 바닥을 만들 때에도 동일하다.

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

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지하실이 없으면, 사진처럼 바닥면을 콘크리트만으로 즉 슬라브(Slab)로 두는 경우도 있다. [6] 국내에서 많이 취하는 방식이나, 반대로 북미에서는 지하실을 두는 경우가 많다. 겨울철에 땅이 어는 깊이보다 더 깊은 크기를 콘크리트로 채워서 확보하려면 콘크리트와 철근이 많이 들어가고 결과적으로 비용이 더 많이 들기 때문에 간단하게 더 깊이 파는 대신 공간을 비우고 지하실을 만든 뒤 목구조로 층계를 형성하는 것이다.

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콘크리트 바닥과 목재면이 직접 맞닿을 때, 콘크리트기초로부터 올라오는 습기를 차단하기 위해 토대(Mud Sill) 위에 씰실러(Sill Sealer)라는 바닥용 방수지를 설치하고 그 위에 방부목을 설치한다. 한국에서 제일 익숙한 방식이나, 몇몇 지역의 경우 건축법규상 여기에 폴리에틸렌 필름이나 타이벡을 덧붙인다.

3.2.2. 벽체

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가로로 길게 들어선 상판을 위는 탑플레이트(Plate) 아래는 바텀플레이트라고 부르며 그 사이에 기둥으로 서있는 것을 스터드(Stud)라고 한다. 창문이나 문을 만들때에는 기둥이 없으므로 좌우로 하중을 분산하기 위에 문과 창문 위에는 헤더(Header)라고 부르는 일종의 보를 만들어 설치한다. 그리고 분산된 하중을 지지하기 위해 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(枷) 혹은 브레이스(Brace)라고 한다. 임시 브레이스의 경우 외부에 합판을 설치하여 횡하중과 수직을 잡아줄 수 있게되면 바로 떼어낸다.

기둥인 스터드 간의 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 잡아 주기 위한 합판이 딱 가로 4피트와 세로 8피트로 가공되기 때문에 그 간격에 정확히 맞추기 위해 이런 간격을 유지하고 있다. 간격이 꼭 16인치일 필요는 없고 2피트로도 한다.

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벽체 위로 합판을 덮으면 이런 모습이 된다.앞서 설명했다시피 스터드 간 간격은 16인치이므로, 3개째의 간격이 정확히 4피트이므로 생산되는 합판의 크기와 일치한다. 현장에서 합판을 자르는 수고를 덜기 위해 이런 방식이 사용되고 있다. 물론 방식에 따라서는 따라서는 스터드간 간격을 2피트로 두는 경우도 있고, 합판도 가로 세로 4 x 8피트 외에 높이가 9피트로 나오는 것도 있는 등 다양한 것이 존재한다. 그림에도 나오지만, 기호에 따라서 벽체의 합판은 가로로 설치해도 되고 세로로 설치해도 된다.

3.2.3. 지붕

지붕은 크게 게이블 루프(Gable roof)와 힙루프(Hip Roof)로 나뉘는데, 게이블 루프는 한국말로 한옥 용어를 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 래프터(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 래프터를 벽위에 얹히기 위해 예외적으로 홈을 파주는데 이것을 버드마우스(Birdsmouth)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 종종 있다.

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그럴 경우 뼈대는 이렇게 구성된다. 래프터의 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 밸리(Valley)래프터라고 하며, 그 사이에 들어가는 서까래를 작다는 의미로 잭래프터(Jack rafter) 혹은 힙래프터(Hip rafter)라고 부른다. 박공과 달리 대각선의 밸리래프터에 걸리지 않아 크기가 작지 않은 래프터는 잭래프터와 구분하여 커먼래프터(Common rafter)라고 한다.

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시공간의 편의를 위해 하늘에서 봤을 때 지붕 평면이 모이는 각도는 정확히 45도를 유지하도록 하는데, 이렇게 하면 지붕의 길이나 각도를 계산하기가 편하기 때문이다. 물론 반드시 이런 것은 아니고 설계에 따라서는 45도가 아닌 지붕도 더러 있다.

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

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소비자 기호나 설계에 따라서는 꼭 삼각형의 지붕이 아니라 둥근 모양이나 사각형의 형태를 띄기도 한다.

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목조주택이 많은 해외에서는 트러스(Truss) 구조의 지붕뼈대를 공장에서 미리 만들어 현장에서는 조립만하기도 한다. 이 경우 별도로 실링조이스트를 설치하거나, 래프터와 릿지를 만들고 설치할 필요없이 미리 만들어진 지붕을 크레인을 이용하여 얹기만 하면 일이 끝나기 때문에 편리하고, 또 트러스 구조 덕에 더 크게 만들기도 쉽다.

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우리가 흔히 연립주택으로 부르는 빌라나 아파트와 같은 개념으로 Condominium을 경량목 구조로 지을 때는 경사지붕이 아니라 평지붕으로 짓는 경우도 많은데, 그럴 때 지붕의 구조는 이렇게 구성하기도 한다.

3.3. 시공

미해군 경량목구조 교육 영상
경량목구조 주택의 건축과정 타임랩스1
경량목구조 주택의 건축과정 타임랩스2

그 외에 인터넷에서 Time lapse of home constructed start to finish라 검색을 하면 많은 건축과정 동영상 자료를 찾을 수 있다.

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건축과정을 빠르지 않은 속도로 설명을 해 가며 교육하는 영상은 미국인 래리 혼(Larry Haun, 1931 - 2011)이 해비타트에서 활동하면서 건축기술 보급 및 집짓기 봉사활동을 위하여 찍은 비디오 자료가 유명하고, 유튜브 등에서 전 동영상을 무료로 시청가능하다. 단 아직까지 한국어 자막이 없기 때문에 영어로 들어야한다.

실제건축현장에서는 못을 손으로 박지 않고 네일건으로 박는경우가 많으나, 래리 혼의 강좌는 대부분의 사람들은 네일건이 없다며 망치를 이용해 못을 박는 방법 위주로 가르쳐 준다.[7]

4. 성능

4.1. 화재 사고 및 자연재해시


6층 건물 지진 테스트

인장력과 하중 모두 뛰어나다. 고베 대지진에서 이 점이 부각되기도 하였다. 애초에 설계 기준에 내진기준이 반영되어 있는 데다가, 추가로 내진대비 비용과 방법이 간단하여, 철근 콘크리트보다 지진에 대비하기 더 쉽다는 장점이 있다.

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한국에선 목조주택이 생소하기 때문에 화재사고에 취약할 것이라는 선입견이 많은데, 구조상 경량목 구조는 화재에 취약할 수가 없다. 경량목 구조는 건축의 뼈대만 목재로 할 뿐, 다른 것은 대부분 방염(防炎)재료로 시공한다. 기둥인 스터드 사이에는 유리섬유가 들어가고 그 겉면에는 석고보드가 붙는데, 둘 모두 불이 안 붙는다.
유리섬유 화재실험 석고보드 화재실험

건물 벽면에는 방수지인 타이벡이 붙는데 이것 역시 폴리에틸렌 소재이기 때문에 불이 붙지 않고 녹으며, 외부 장식용으로 바르는 스타코나 시멘트 사이딩도 불이 붙지 않는다.

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건축구조별 이산화탄소 배출량 비교

더불어 화재사고 사망원인의 제일 큰 것이 유독가스 배출에 의한 질식사나 혹은 기절 등으로 인한 대피 실패인데, 경량목 구조는 평상시에도 이산화탄소 배출량이 적고, 화재시에도 유독가스를 배출량이 미미하다.

물론 완공되지 않았을 때는 화재에 취약해 조심해야 한다.

4.2. 단열 및 방음

흔히 주방에서 쇠젓가락과 나무젓가락을 생각하면, 뜨거운 냄비나 물에 오래 놔뒀을때 쇠젓가락은 열전도율이 높아 손으로 집지 못할 정도로 뜨겁지만, 나무젓가락은 그렇지 않아 집거나 만질 수 있다. 자연석이나 콘크리트, 벽돌의 경우 열전도가 금속보다는 느리게 되지만, 반대로 열의 보존율이 높아 고온에 노출되었을 경우 금속보다 물체의 온도가 내려가는 속도가 매우 느리다. 추운 기후일때도 이와 마찬가지로 다른 재료에 비해 쉽게 차가워 지지 않는다. 그래서 석재는 냉난방을 한 후의 기온 유지에 유리하고, 목재는 냉난방을 하지 않은 상태의 기온 유지에 유리한 점에서 차이가 있다.

물론 재료구성상 이렇다는 것이고, 실제의 단열성능은 창문의 종류나, 단열재에 영향을 더 많이 받는다. 예를 들어, 건물의 뼈대가 철근 콘크리트인데 같은 면적의 목조주택보다 더 두꺼운 단열재를 사용했다면 단열 성능이 더 좋을 것이고 외부기온에 영향력을 덜 받을 것이다. 굳이 차이가 있다면, 경량목 구조는 벽체의 기둥 사이에 단열재를 시공할 수 있는 데에 비해, 철근 콘크리트 구조는 벽체 사이가 아닌 벽체 바깥쪽 면이나 안쪽 면에 단열재를 붙여서 시공해야 되므로 벽이 더 두꺼워져 같은 규격의 단열재를 시공하였을 때 공간 활용률이 상대적으로 떨어진다.

경량목 구조의 단열 시공은 보통은 유리섬유 소재의 단열재가 기둥인 스터드 사이에 들어가고 바깥으로는 석고보드가 최종적으로 마감재로 부착되는데, 둘 모두 소재내부에 공기층이 형성되어 있어 실외의 기온이 집안에 직접적으로 영향을 주는 것을 차단한다. 공기층이 형성되어 있기 때문에 단열뿐 아니라 방음효과도 있다. 물론 철근 콘크리트와 마찬가지로 단열재의 특징상 소음은 줄여주지만, 물건을 떨어뜨리는 충격음 등에는 취약한 면모를 보인다.

그 밖에 처마와 지붕 위에 구멍(Vent)을 뚫어 단열이나 환기, 기온 조절 역할을 겸하기도 한다.

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지붕의 처마에 공기구멍을 뚫어 주고, 지붕의 최상부인 용마루 혹은 릿지에 구멍을 뚫어 주는데, 밑에서 차가운 공기가 유입되고 더워진 공기가 위로 배출되는 공기순환 구조이다. 뜨거운 공기는 올라가고 차가운 공기는 내려가는 성질을 이용한 것으로, 여름철에는 실내기온을 낮춰주고

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겨울철에는 공기를 순환시켜 지붕 위의 눈이 쉽게 얼지 않도록 한다. 그런데 실제 건물이 다 위와 같이 만들어지지는 않고

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사진출처 : 이성암, 목조주택 시공실무

캐나다 같은 경우 벽난로 구멍처럼 지붕 상부에 그냥 원형 구멍을 뚫어서 벤트를 만드는 경우도 있다. 뉴질랜드나 호주에서는 벤트를 뚫지 않고, 지붕 위로 별도로 공기가 순환하는 웜루프를 만들기도 한다. 이것도 통계적으로 그렇다는 것이지 아닌 경우도 있다.

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실내외 기온차가 큰 추운 지역에서는 지붕으로 외부공기가 유입되는 구조라 겨울철에 실내의 따듯한 공기와 만나 결로가 생기는 것을 방지하기 위해 사진과 같이 비닐 등으로 방수막 작업을 한다. 보통 캐나다와 알레스카에서 많이 하는 방법이다. 반대로 무더운 기후이거나 실내에서 에어컨을 많이 가동하는 집의 경우에는 하지 않는데, 지역과 기후에 따라서 차이가 있다.방수막 시공에 대해서(영어)

4.3. 수명

인터넷으로 공개된 영어자료가 매우 많기 때문에 사용 건축자재별 수명 등을 어렵지 않게 찾아볼 수 있다.건축자재별 평균수명 통계 이 중 경량목 구조나 목조주택에 관련된 수명을 살펴보면, 석고보드의 수명이 100년 이상, 앞서 사용자재로 설명한 PSL이나 I-Joist에 해당하는 공학목재 Laminated Strand Lumber가 100년 이상, 공장에서 일괄생산되어 나오는 지붕세트 구조목인 트러스가 100년 이상, 경량목 구조 주택을 패널식 공법으로 변경한 SIP(Structural Insulated Panels)구조 건축물의 수명이 100년 이상, 팀버프레임 건축물의 수명이 100년 이상이다.

간단하게 경량목 구조를 발명한 19세기에 지어진 건축물 중 거의 대부분이 현재까지 잔존해 있고, 유럽에 남아 있는 팀버프레임 주택들도 현재까지 남아 있다. 굳이 경량목 구조가 아니더라도 현대화된 방수와 유지 체계가 갖춰지지 않은 일본과 한국, 중국의 전통적인 목구조 건축물 중에서 수백 년의 세월을 견뎌낸 목조건축물이 많다.

그러므로 내외장재를 교체하면서 방수와 방부만 잘되어 있다면, 목조주택 자체는 인간의 수명에 관계없이 통상 수백년의 세월을 버티는 것도 가능하다. 물론 부실시공 등으로 방수가 미비하거나 결로 등으로 수분에 장기간 노출되었을 경우에는 그렇지 못 하다.

5. 관련 정보

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최현기가 출판한 교본인데, 한국에서 특별히 다른 대체제가 없어 10년 이상 개정도 없이 교본으로 널리 쓰이고 있다. 시중에 다른 교본이 유통되고 있기는 하나, 한국에서는 이 교본만큼 사진과 시공위주로 설명된 책이 없다. 다만, 이 책은 철저히 경량목 구조 목골조만을 다루고 있어 내외부 마감에 대한 것은 다른 교본을 참조하여야된다.

해외에서는 경량목 구조 시공에 관한 저서가 상당히 많이 있으나, 이에 대한 번역, 소개 발행 등이 매우 부진한편이다.

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근래에는 이성암이 컬러인쇄된 실무교본을 새로이 출간했다.# 최현기 책에 비해서 내외부 마감 작업과 건축구조기준, 토목까지 세밀하게 다루고 있다. 초판 발행 후 오타나 어려운 내용들을 지속적으로 수정하여 개정판을 내놓을 예정이라고 한다.

목조주택 관련 서적 추천정보
목조주택시공자모임
캐나다우드 주로 캐나다산 목자재를 유통하는 회사인데, 교본을 발행해 건설기술 보급에도 영향력을 끼치고 있다.
한국목조건축학교
위키백과 경량목 구조 항목

6. 기타

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심슨 가족에 나오는 스프링필드 공립초등학교 건축물도 경량목 구조이다. 비단 이건물뿐만이 아니라 배경이 미국이기 때문에 대부분의 주택이 경량목 구조를 띄고 있다. 그리고 좀비사태가 발생하면 퍽퍽 뚫린다.


[1] 안드레아스(A. T. Andreas), <시카고의 역사>, 1885[2] 듀퐁사의 타이벡이 가장 유명하고 많이 쓰인다.[3] 다만 아직까지는 두꺼운 목재 부위 혹은 지붕의 기와 등을 시공할 때는 직접 못질을 해야 한다.[4] 삿포로농학교 2대 교감이다. 참고로 1대는 윌리엄 스미스 클라크.[5] Tyvek® HomeWrap®, Tyvek® StuccoWrap®, Tyvek® DrainWrap™ and Tyvek® CommercialWrap® are equally effective in both directions and the logo may be on the inside or outside. However, Tyvek® StuccoWrap® and Tyvek® DrainWrap™ have a specially engineered surface that should be placed with the grooves facing outwards in a vertical direction. 앞에 열거된 타이벡은 양면 모두 방수성능이 동일합니다. 다만, 수직으로 홈이 파진 상품은 수직을 잘 맞추셔야 합니다.[6] 습하고 물이 많이 지는 곳, 예를 들자면 텍사스휴스턴 같은 곳에서는 지하실을 만들지 않는다. 만들어 봤자 높은 습도 때문에 곰팡이가 슬기 쉽고 수시로 홍수가 나면 물이 차기 때문.[7] https://www.youtube.com/watch?v=T4QI1itQCw0 3분 30초경. 정확히는 "Normally we nail these floors off with a nail gun. but a lot of people don't have a nail gun. so No reason as you can't learn to be a fast nailer 일반적으로는 바닥합판에 못질을 할때는 네일건을 가지고 하지만, 많은 사람들은 네일건을 가지고 있지 않습니다. 물론 그래도 당신은 못을 빨리 박는 방법을 배울 수 있지요.(못을 빨리 박는 방법을 터득하지 못할 이유는 없지요.)" 라고 말한 뒤 손으로 쉽게 많은 양의 못을 쥐는 방법, 빠른 속도로 망치질 하는 법 등을 가르쳐 준다.