주택별 집짓기-목구조주택

목조주택(Wood Frame House)하면 보통 미국식 목조주택을 말한다.

이 목조주택은 현재 미국은 물론 캐나다, 일본, 호주, 뉴질랜드 등 전세계에서 가장 많이 사용하고 있는 공법으로 미국식 2×4공법이라고도 하고 경량 목구조 방식(Lightweight Wood Frame Construction)이라고도 한다. 미국식 2×4공법은 제재소에서 규격에 맞게 생산한 2×4각재를 구조재 즉 골조로 사용하는 주택이다. 그 각재를 구조적으로 안정되게 만든 후 표면에 구조용 판넬(Structural Wood Panel / 합판이나 OSB) 또는 내외장재를 정해진 모듈(4피트)에 맞추어 16인치 또는 24인치의 간격으로 시공한다. 그리고 샛기둥(Stud), 장선(Joist), 서까래(Rafter) 사이의 중공을 단열재로 충진한다.

지붕 마감재로는 아스팔트싱글(Asphalt Shingle)을 일반적으로 사용한다. 외벽은 구조용 판넬에 방습지를 시공한 뒤 사이딩(Siding)으로 마감하고 내벽은 석고보드(Gypsum Wall Board)를 사용해 마감하는 것이 보통이다. 이런 목조주택에 사용하는 목재는 표준화 되어 있다. 목구조 방식은 발룬구조와 플랫폼구조방식으로 나눌 수 있으며 현재 목조주택은 플랫폼구조다. 그외 플랫폼구조에 기둥보구조(Post & Beam Framing)방식이나 중(重)목구조(Heavy Timber Framing)방식을 혼용하여 사용한 방식 등이 널리 사용되고 있다.

목조주택 공법

1.발룬 구조(Balloon Framing)

미국식 2×4공법은 1830년경 시카고주의 엔지니어이며 목재상이었던 스노우란 사람에 의해 처음으로 고안되었다. 당시 스노우는 기존의 기둥보 방식(Heavy Timber Construction / Post & Beam)에서 칸막이 벽체에 사용된 비내력 부분의 각재들로 그 상부에서 전달되는 하중을 충분히 지탱할 수 있음을 깨닫게 되었다. 그래서 각재를 사용한 프레임으로 기둥의 역할을 대신하게 한 공법을 개발하게 되었다.

이 공법은 작은 단면의 각재들만 사용하고 그 간격을 좁혀 벽체에는 샛기둥(Stud), 바닥에는 장선(Joist), 지붕에는 서까래(Rafter)로 구성하게 하는 방식이었다. 이런 구조와 부재들은 목수들이 다루기에도 용이하였고 표준화된 못으로 쉽고 빠르게 조립할 수 있었다. 이런 신속한 공법은 발룬구조(Balloon Framing)라 부른다. 구조방식이 건물을 가볍게 구성하여 풍선처럼 날아갈 듯한 인상을 주는데서 비롯되었다.

발룬 구조의 특징은 외벽의 샛기둥이 기초에서 지붕에 이르기까지 두개 층의 길이로 된 단일부재를 사용한다. 그리고 이층바닥은 샛기둥의 중간에 끼워 시공하고 지붕의 서까래와 천정틀은 샛기둥 상부의 2겹 깔도리(Top and Double Plates) 위에 지지 된다. 이 발룬구조는 외벽마감을 스터코(Stucco) 등의 습식공법 자재로 마감할 경우 샛기둥 부재의 단일성으로 벽면에 금(Crack)이 가지 않게 하는 최적의 방법이다. 그러나 벽체와 바닥 장선의 결합방식이 화염 진행을 적절하게 차단하지 못해 화재 때 2개층에 달하는 샛기둥 간의 중공이 연도의 역할을 하게 되고 또한 이런 샛기둥의 길이가 길어 시공 때 다루기가 힘들다. 또 자재 값이 비싸 현재 거의 사용되지 않는다.

2.플랫폼구조(Platform Framing)

발룬구조는 화재에 약하고 또 작업이 까다로운 점이 있는데 이런 약점을 보완한 새로운 구조방식이 플랫폼구조(Platform Framing)다. 현재 미국식 목조주택은 이 플랫폼구조를 말한다. 플랫폼구조는 벽체가 평탄한 바닥 구조 위에 놓이게 되는 것으로 발룬구조와 다른 점은 연속 벽체 혹은 하부의 벽체 상부에 벽체 구조가 놓이게 되는 것이다. 발룬구조와 비교해 플랫폼구조의 장점은 세가지다.

첫째, 구조 부재의 길이가 짧아지고 가벼워져 작업이 용이하다.

둘째, 평탄한 플랫폼 위에서 조립되는 벽체는 정확하게 직각으로 할 수 있고 세워지기 전에 합판이나 대각 가새를 설치할 수 있어 벽체 프레임의 강성을 높일 수 있다. 또 플랫폼 위에서 작업을 할 수 있어 벽체를 신속하게 제작하고 용이하게 설치할 수 있다. 그러므로 보통 두사람 정도가 하나의 벽체를 5분에서 15분 정도면 설치할 수 있다.

셋째, 플랫폼으로 구성된 바닥구조는 하층부와 상층부의 벽체 구조사이에서 방화막 역할을 한다.

이렇듯 플랫폼이 구성하는 방화막에 의해 발룬구조에서 추가적으로 소요되었던 방화용 깔판이나 방화막이(Fire blocking) 등의 설치를 위한 인력과 시간을 절감할 수 있다. 이 플랫폼 구조의 시공은 두 단계로 이루어 지는데 통상적으로 콘크리트 줄 기초 위에 바닥 장선을 이용해 일층의 평탄한 바닥구조를 설치한다. 그러면 평탄면은 내력벽과 비내력벽의 조립과 설치를 위한 작업장이 된다. 건물이 중층일 경우 다음 층의 플랫폼은 하층부의 벽체 위에 새로운 평탄한 바닥면을 형성해 설치한다. 마지막으로 최상층 벽체의 상부에 지붕의 서까래와 천장틀이 지지 된다.


목조주택의 장점

미국에서 1백50년 이상의 역사를 지니는 경량목구조는 이제 미국의 전체 건축물의 90%이상에서 적용되고 있다. 특히 미국에서는 단독주택의 경우 많은 양이 이런 목구조로 건축되고 있으며 3~5층 정도의 공동주택들도 이런 경량목구조로 건축된다.이렇게 많은 보급을 보이고 있는 것은 경량목구조의 여러 장점 때문이다.

1.경제성(Cost Effectiveness)

목구조 주택의 가장 큰 장점은 무엇보다 그 외관의 아름다움이나 소재의 품질에 비교해 건축비가 저렴하고 경제성이 높다는 점이다. 경량 목구조 주택은 다른 구조방식보다 싸고 신속하게 시공할 수 있다. 이것은 건식공법에 의해 4계절 어느 때라도 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.

2.에너지 효율(Energy Efficient)

나무 자체가 갖는 낮은 열전도율에 의해 경량목구조는 에너지 효율이 높다. 목재의 단열성은 콘크리트의 7배, 철의 1백76배, 일반단열재의 1.5배다. 이런 기본적인 단열 성능에 샛기둥, 장선, 서까래 사이의 중공을 유리섬유나 암면 등과 같은 단열재로 충진함으로써 높은 단열성능을 발휘한다. 또 소요 폭 보다 넓은 부재를 사용해 단열재의 두께를 증가 시키거나, 고형의 단열재를 외부 마감전에 벽체 외부에 시공하는 방법 등으로 더 높은 단열성능 효과를 낼 수 있다.

3.내화성(Fire Resistance)

목재가 불에 약하기 때문에 목구조 주택은 화재에 약하다는 선입견을 가질 수 있으나 건축법상 화재에 대한 규정을 따르면 이를 충분히 방지 할 수 있다. 경량목구조의 내화구조는 일차적으로 내장 석고보드에 의존한다. 벽과 천장에 시공된 석고보드는 20분에서 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 타 들어 가는 것을 자연적으로 막아준다. 이와 같은 자연적인 목재자체의 내화성 때문에 대각재(Heavy Timber) 즉 굵은 통나무나 집성재(Glulam) 등은 그 자체가 내화구조로 미국 건축법에서는 인정해 주고 있다.

4.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 구조변경이나 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 여러가지 외장재료로 마감할 수 있다. 공간의 활용성도 뛰어나다. 경량 목구조에서는 배선, 배관 작업 등이 모두 벽체 내에 매립돼 벽체가 차지하는 면적을 최소화 할 수 있다. 그러므로 다른 어떤 구조체로 된 건축물보다 공간 활용성이 뛰어나다.

5.내구성과 보수의 용이성(Durability & Easiness in Repair)

경량목구조의 평균 내구 년수는 1백년 이상이다. 양질의 자재로 주의 깊게 시공되고 적정하게 관리된다면 2백년 이상을 유지할 수 있다. 아직도 미국에서는 2백년 이상 된 목조주택을 종종 볼 수 있다. 보수도 큰 공사가 필요없이 필요한 부분에 따라 간단히 이루어 질 수 있으며 간단한 도구만 있으면 자르고, 파고, 다듬고, 못질할 수 있기 때문에 주택에 필요한 관리를 스스로 할 수 있는 이점이 있다.

6.차음 효과(Noise Resistance)

경량 목구조의 차음 구조는 각 실의 용도나 점유 상태에 따라 각기 다른 적정한 방법이 사용된다.
첫째 설비 덕트나 전기배선과 같은 소음의 발생원의 배치를 적절히 조절한다.
둘째 벽체 사이와 바닥사이에서는 음 전달을 감소시키기 위해 여러가지 구조 방법이 사용되고 있다. 벽체의 경우 두 줄의 스터드를 엇갈려 배치하거나(Staggered Wall) 1인치의 공기 층을 둔 채 두 겹으로 배치해(Separate Wall) 소음전달을 차단하는 것이 효과적이다. 또한 소음 챈널(Resilient Channel), 감음판, 차음재, 소음 실런트 등을 사용하여 음 전달을 감소시키는 방법도 사용된다.


시공상 주의할점

미국식 2×4공법인 플랫폼 구조를 이용한 경량 목구조 방식의 시공 순서와 각 공정 상의 중요한 점들에 대해 알아 본다.

1.기초공사

토공사는 기초 및 지하실 등 지하 구조물의 설치를 위한 절토, 사토, 성토 등의 공정으로 진행된다. 지반 위에 상부구조물의 하중을 지탱하기에 충분한 기초 구조물을 구성하여야 하기 때문에 지반이 요구되는 지내력(Soil Bearing Capacity)도 검토해야 한다.

경량목구조에 일반적으로 사용되는 기초는 1층 바닥을 목구조로 할 경우의 크롤 스페이스(Crawl Space)형 기초와 콘크리트 위 온돌설치를 위한 콘크리트 슬랩(Concrete Slab)형 기초가 있다. 이때 외벽부분의 기초판(Footing)과 기초벽(Foundation Wall)은 주로 줄기초(Continuous Footing) 방식이 사용되고 내부의 기둥(Column)부분은 독립기초(Isolation Footing)방식이 사용된다.

우리 나라의 온돌 설치에 가장 적절한 슬랩형 기초에서 슬랩의 두께는 최소 4인치 이상이어야 하며 습기의 침투를 방지하기 위해 잘 다져진 지반 위에 약 6인치 정도 두께의 자갈 층을 깐 뒤 6㎜ 폴리에틸렌 방수 막을 시공하고 철물보강재(Wire Welded Fabric)로 보강하여 적정한 강도를 유지해야 한다.

기초의 옹벽면, 지하실이 있는 경우 외벽면 등에는 방수층 및 단열층을 형성하여야 하는데 동결심도, 지하수면, 지하실의 용도 등을 고려하여 방수의 방법을 결정한다.
토목공사는 대지 내 배수, 하수처리, 전기, 상수, 통신, 가스 등의 각종 배관 공사 등과 동시에 이루어져야 하고 콘크리트가 양생되기 전 적절한 위치에 앵커볼트를 심어 상부 목구조를 지탱할 수 있도록 준비해야 한다.

2.목구조공사 (골조공사)

토대(Sill Plate)로 사용될 목재는 강압 방부 처리된 방부목재(Pressure Treated / Mud Sill)를 사용하고 콘크리트 면과 접하는 부분에는 패드(Sill Sealer)를 부착하여 콘크리트와 방부목재의 직접적인 접촉을 피한다. 토대는 콘크리트에 잘 정착된 앵커 볼트로 고정하되 이 토대의 수평상태가 건물전체의 수평상태를 결정하므로 주의 깊게 설치한다. 토대는 일반적으로 2인치(실제치수 1.5인치) 두께의 방부목재를 사용하지만 슬랩형 기초에 온돌을 시공할 경우엔 4인치(실제치수: 3.5인치) 두께의 방부목재를 사용하여 온돌 두께만큼 여유 공간을 확보할 수 있다.

벽구조는 외벽은 단열효과, 외장재료, 창호내부의 마감 등을 고려하여 2×4 혹은 2×6 샛기둥을 사용한다. 2×4 벽체에 사용되는 단열재는 일반적으로 R-11등급을 지니고 있는 솜 단열재(Batt Insulation), 2×6 벽체엔 R-19 등급의 솜 단열재를 사용한다. 내벽은 보통 2×4 샛기둥을 사용하는데, 화장실 등 설비 공간이 계획된 경우 설비 배관의 통행을 위한 벽체는 2×6 샛기둥을 사용한다.

각 샛기둥의 중심 간격은 그 부재의 표면에 시공될 합판이나 석고보드 등의 정해진 모듈(4 피트)에 맞게 16인치 또는 24인치 간격으로 시공한다. 샛기둥의 하단부에는 밑깔도리(Bottom Plate)를 상단부에는 위깔도리(Top Plate) 및 이중깔도리(Double Plate)를 설치하고, 문이나 창호 등의 개구부 윗부분은 상부의 하중을 지지하기에 충분한 폭의 끝막이보(Header)를 설치 한다.

벽체를 시공 할 때 주의할 점은 벽체의 직각 상태와 수직상태를 유지하는 것이고 수직상태 유지를 위해서 외벽은 합판이나 OSB등의 벽덮개(Wall Sheating)를 먼저 시공한 뒤 세우고 세워진 벽체를 수직계(Level)로 수직을 맞춘 후 가새(Temporary Bracing)로 임시 고정한다.

바닥구조는 두께 2인치 폭이 8, 10, 12인치인 장선을 중심간격 16인치로 시공하는데 장선의 폭이나 장선의 스팬(Span)은 하중과 처짐을 고려한 구조계산을 하여 결정한다. 장선은 일반적으로 제재목(Sawn Lumber)이나 공학목재인 I-Joist를 사용하고 바닥덥개(Sub Flooring) 용으로 3/4인치 두께의 재혀쪽매(T&G) 합판이나 OSB를 장선 위에 접착제를 바르고 스크류 형상의 못으로 시공하여 장선과 합판의 격리를 방지한다.

지붕구조에서 지붕은 일반적으로 트러스(Truss)나 서까래를 사용하는데, 트러스는 공장에서 제작된 것을 사용하고 현장에서 제작할 경우 구조적 성능 및 접합방법에 관한 충분한 검토가 요구된다. 서까래로 지붕을 구성하는 경우 서까래의 구조적인 배치 방법과 환기방식 등을 신중히 고려해야 하며, 특히 다락방 혹은 경사천장을 구성하는 경우 각별한 주의가 요구된다. 서까래 부재는 일반적으로 두께 2인치에 폭이 8, 10, 12인치 중 택일하는데 간격은 16인치나 24인치 중 한가지로 서까래의 스팬도 바닥 장선의 스팬처럼 하중과 처짐을 고려한 구조계산을 하여 결정한다.

지붕 골조가 완성됨에 따라 1/2인치 두께의 합판이나 OSB 등의 지붕덮개(Wall Sheathing)를 깔고, 그 위에 방수층을 형성한 후 아스팔트싱글 등으로 마감하는 것이 일반적이다.

3.외장 및 지붕공사

골조가 완성되면 외벽 벽덥개에 방습을 위한 방습지(Building Paper)를 붙인 후 창문과 출입문을 설치한다. 창문은 못이나 스크류를 사용하여 고정하고 나무 쐐기(Shim)를 사용하여 틀어짐을 막는다. 창문 주위의 누수 방지를 위한 후레싱(Flashing)과 실런트를 철저히 시공하여야 하고 벽과 창틀 사이의 공간은 단열재로 밀실하게 채워 열손실을 막아 주어야 한다. 외벽 마감재로는 사이딩(Siding), 스터코(Stucco), 벽돌 등이 널리 사용되고 있다.

사이딩으로는 목재, 비닐재 및 성형제품 등이 많이 쓰이며, 목재 사이딩에는 오일 스테인(Oil Stain) 계의 도료를 칠하여 내구성을 높이도록 한다. 스터코 바름은 와이어 메쉬(Wire Mesh)를 바탕면으로 하여 부착력을 높여주어야 하고 수축팽창에 의한 갈라짐을 방지하기 위하여 팽창 조인트(Expansion Joint/Control Joint)를 두어야 한다.

벽돌을 외장재로 사용할 경우에는 본체와 1인치 정도의 공간(Air Space) 띄우기와 하단부에 물빠짐 구멍(Weep Hole)을 설치해야 한다. 지붕공사는 경사각에 따라 난이도 차이가 생기는데 경사각이 30도 이상이면 작업용 발판을 별도로 설치해야 한다. 지붕재로는 아스팔트 싱글이 널이 사용되는데 다양한 패턴과 가볍고 저렴하고 또한 일정수명 후(약 20년) 그 위에 덧붙이는 방법으로 쉽게 재시공을 할 수 있는 이점이 있다. 그 이외의 재료는 우드싱글, 이과 등이 있다.

지붕공사의 주의할 부위는 천장, 굴뚝, 배기파이프 등 지붕을 관통하는 주위의 누수를 방지하기 위한 후레싱 시공에 세심한 주의를 요한다. 목구조 주택은 지붕 속 자연 환기를 위해 처마 및 용마루의 환기구 설치를 필히 해야 한다. 지붕에 떨어지는 빗물은 물받이 홈통(Gutter & Lead)을 설치하여 정해진 곳으로 흐르도록 한다.

주택 외장 공사의 완성도를 높이기 위해서는 창문틀 주위나 처마 등의 세부 몰딩(Moulding)과 굴뚝, 현관 포치(Porch) 및 데크(Deck) 등 부분 장식들의 마무리까지 세심한 손질이 필요하다. 특히 외장용으로 사용되는 못은 아연 도금한 못(Galvanized Nail)을 사용하고 외부 창문 등의 개구부의 틈새는 실런트로 콜킹(Caulking) 처리를 하도록 한다.

4.내장공사

목구조주택의 내장공사는 건식마감이기 때문에 공정관리가 비교적 단순하고 신속히 진행될 수 있다. 골조 공사가 된 상태에서 바닥, 외벽 및 지붕의 골조 사이의 중공에 단열재를 설치하는데 단열재의 장기 처짐을 막기 위해서는 꼼꼼하고 촘촘하게 채워주어야 한다. 단열재는 고형단열재(Rigid Insulation)와 솜 단열재(Batt Insulation) 등이 있고 목구조 주택의 단열재로는 유리섬유로 된 솜 단열재가 일반적으로 사용 된다.

그 다음 공정은 내벽과 천장에 1/2인치 석고보드(Gypsum Wall Board)를 붙이고 테이핑과 플라스터링(Taping & Plastering) 과정을 거친 후 페인트나 도배로 마감하면 내장 공사가 마무리 된다. 욕실이나 다용도실에는 방수 석고보드(Green Board)를 필히 사용하여야 하고, 벽난로 연통주위 부분 등은 5/8인치 TypeX 석고보드로 내화성을 유지한다. 바닥에 물을 사용하는 부위는 방수를 철저히 한 후 타일 마감을 한다.

그 외 내장공사는 바닥마감공사, 걸레받이, 천장, 문, 창호 등의 몰딩 공사, 계단 마무리 공사, 부엌가구(Kitchen Cabinet), 욕실가구(Vanity) 등의 영구 부착 가구공사 등이 있고 이때 사용되는 목재는 골조용으로 사용되는 침엽수 수종은 물론 다양한 활엽수 수종을 사용하여 실내 분위기를 다양하게 연출 할 수 있다.

5.설비공사

목구조주택의 설비공사는 급배수공사, 전기공사, 난방공사 등으로 구분되고 공정상 내벽 석고보드공사 전에 이루어 지는 초기배관배선공사(Rough Plumbing, Electric & Mechanical)와 석고보드 설치 후의 마감배관배선공사(Finish Plumbing, Electric & Mechanical) 순으로 진행된다.

특히 초기 배관배선공사는 골조공사가 완료되고 단열재공사가 되기 전에 이루어지므로 전원 투입시기를 잘 정해야 다음 공정에 지장이 없다.급 배수를 위한 수평 배관공사는 바닥장선 사이에서 이루어지고 수직 배관의 경우에는 벽체의 두께를 6인치로 하여 그 공간을 이용하면 되므로 별도의 배관공간이 필요 없게 된다.

욕조가 위치하는 바닥은 구조보강이 필요하며 수전류와 연결되는 배관 부위는 흔들리지 않도록 철저히 고정시켜야 한다. 욕조나 샤워부스에는 소음 발생이 많으므로 욕실의 벽과 바닥에는 차음을 위한 시설을 하도록 한다.

난방을 위한 배관은 온돌인 경우엔 PVC제품으로 하여 이음매가 없도록 하는 것이 중요하고 공기식 중앙 공급형은 덕트를 사용한다. 또 실별로 분배기를 설치하여 실내 난방의 균형을 잡도록 한다. 전기 배선 공사는 누전 등의 사고를 방지하기 위한 접지선을 필히 사용하여야 하고 콘센트나 스위치 박스는 목구조에 맞는 제품을 사용하도록 한다. 주택에서 사용되는 전압은 220V가 기준이 되나 가전 제품의 종류에 따라 110V용 콘센트를 별도로 시설할 경우도 사전에 검토가 있어야 한다. 목구조 주택에서의 전기공사는 화재 등의 재해에 직접 영향을 끼치므로 철저한 시공이 요구된다.