■ 한국전통적 공간의 재발견
한국의 건축역사에서는 목구조라는 우리 고유 전통양식이 근대에 이르기 까지 그 중심적 역할을 해 왔었다. 한국동란으로 인한 폐허를 대량 공급형으로 복구하면서 서구건축기술인 콘크리트조, 벽돌조로 건축되면서 지금에 이르러서는 목구조건물은 거의 사라졌으며, 문화재로 지정된 역사적 유산으로 보존된 것이 잔존되어 있을 뿐이다. 나무에 의하여 세워진 공간은 한국의 전통적 공간이다.
한국인은 선천적으로 나무로 엮어진 공간에서 나무의 촉감을 느끼면서 살아온 생활습성 때문에 본능적으로 나무의 느낌을 사랑하는 국민성이 있다. 그리고 나무로 엮어진 구조를 아름답게 느끼며 나무기둥과 보와 지붕이 서로 결합된 이음구조를 마치 생물체의 골격을 연상케 하도록 아름답고 정교하게 축조하는 기술은 한국전통 건축미의 핵심이기도 하다. 또한 국토의 70%가 산과 나무로 조성된 수려한 자연환경과 아름답게 생활공간 속으로 순화되도록 발전되어온 공간은 자연경관과 유기적인 관계를 유지토록 하는 구조이다.
오늘날 새로운 복고문화의 일원인 한류가 세계로 벋어가면서 한국인이면 누구나 한국의 고유음식과 한국의 고유한 음율 가락을 긍정적 우리의 맥으로 인정하는 것과 마찬가지로 나무, 즉 목구조건축을 한국전통공간의 모체로 접근하기 시작하고 있다.
역사적으로 건축의 진화적 변화에서 인류역사를 통해서 나무라는 보편적인 재료의 특성은 그 특유한 따듯함의 물성으로 시각적, 감각적, 후각적 특성을 가져, 건물의 사회적, 물리적, 문화적 배경에 의하여 이용되어 왔다. 이와 동시에 목재의 유연함과 견고함을 동시에 갖고 있는 특성이 있다.
어원에서 볼 때, 구축(tectonic)은 목수(木手), 건축가(建築家, builder)를 의미하는 그리스語의 'tekton'에서 목조 기원설을 반영하고 있으며, 목구조가 건축의 발생에 전제된 개념으로 인식된다고 할 수 있다.
목구조에서 각 부재들의 결구방법과 재료의 노출은 공간구성과 함께 미적 가치로 드러나는 건축 표현의 본질이라 할 수 있으며, 이러한 배경에서 건축을 결합의 예술(Art of Joining)이라고도 불리고 있다.
기둥과 보가 만나는 기둥∙보구조(Post and Beam Structure)에서의 공간의 구성기술은 오늘날 IT 첨단산업의 기술상품과 같은 개념이다. 뿐만 아니라 한국전통건축에서 서까래의 배열과 지붕의 흐름은 한국고유의 산수배경과 적절한 조화를 이루고 있다. 이는 나무기둥 사이로 개방된 벽으로 자연채광과 외부자연경관의 조망은 목구조 구성된 동양건축만의 특성이다.
■ 목재의 종류(Type of Lumber) 및 구분
목구조에 사용되는 나무는 크게 두 종류로 침엽수와 활엽수로 구분한다.
침엽수(Softwood)의 주요종류
일반적으로 바늘형 잎을 가진 침엽수는 겨울에도 낙엽이 지지 않는 사계절 푸른 상록수를 의미한다. 침엽수 제재목은 주로 건축 구조용으로 사용되며 기타 토목, 가구, 실내장식, 토목파렛트 깔판 등 산업용으로도 다양하게 이용되고 있다.
국내의 소나무, 향나무, 편백나무 등과 캐나다 서부 및 미국의 북서부를 중심으로 자라는 더글러스 전나무, 솔송나무(Hem Fir), 폰데로사 파인, 아이다호 백 소나무, 슈가 파인, 엥겔만 스프르스, 인센스 시더, 웨스턴 레더 시더 등이 있으며 남부 지역에서 주로 생산되는 남부산 소나무(Southern Yellow Pine) 가 있다.
활엽수(Hardwood)의 주요종류
활엽수는 넓은 잎을 가진 나무 그룹으로 대개 열매나 과일을 생산하고 겨울에는 잎이 떨어지는 낙엽수를 말한다. 활엽수는 나뭇결이 미려하여 내장재 및 가구, 악기 제조용으로 널리 사용되고 있다. 그 종류는 • 레드 오크(Red Oak) • 화이트 오크(White Oak) • 단풍나무(Maple)• 호도나무(Walnut) • 튜율립 우드(Tulipwood) • 벚나무(Cherry) • 오리나무(Alder) • 물푸레나무(Ash)등의 40여종으로 구분된다. .
목조건축에서 건조목(Kiln Dry / S-Dry)을 사용할 필요성
1) 목재 수축에 의한 구조적, 마감재와의 긴밀성, 시각적 손상방지, 2)목재의 구조적 강도 증가, 3)못과 철물의 유지력 증가, 4) 접착성 및 도장성(칠)이 강해짐, 5) 전기절연성의 증가, 6)각종 충해방지 7)부후 및 변색 방지
■ 경골목구조(Lightweight Wood-Frame Construction)의 특성
1830년경 시카고에서 엔지니어이면서 목재상 주인이 그 당시 까지 기둥∙보 방식의 목구조를 원목을 균일한 소단면 각재로 제재하여 시공이 간편하고 저렴하게 대량 공급할 수 있는 방법으로 경골목구조를 개발하였다. 일반적으로 경골목구조는 플랫폼(Platform) 구조와 버룬구조(Balloon)로 나누어진다.
경골목구조(일반적으로 2×4구조라 하며 규격재에 의한 구조)의 주요 특성은 첫째 ▪ 가변성과 응용성 : 구조체의 경량성에 의한 디자인의 유연성과 증축, 구조변경 등이 용이하며 벽체 등의 공장 제작이 용이하여 대량 공급이 가능하다.
둘째 ▪ 에너지 효율 및 내화성 : 목재의 단열성과 유리섬유 등 단열재를 사용하여 에너지 효율성이 높으며 내화석고보드를 설치하여 1시간이상의 내화성능을 갖는다. 또한 단위 건축자재 생산과정의 소요 에너지가 가장 낮아 친환경 재료며 재활용이 가능한 재료이다.
솃째 ▪ 경제성 : 시공과정의 단순화와 공사 기간의 단축으로 인건비가 절감되며 자재의 시스템화, 모듈화 등으로 건축 시스템의 합리화로 경제적 건축이 가능하다.
■ 공학목재(Engineered Wood)의 유용성 및 특성
목조건축이 산업기술의 결합과 보편화로 공학목재가 탄생하는 새로운 해법을 찾게 되었다. 공학목재의 대표적인 성과라고 할 수 있는 집성목(Glulam)은 다양한 이유에서 일반목재를 대체한다.
1) 구조재를 마감으로 활용할 수 있는 다양한 디자인과 일반목재(Timber)나 규격재(Dimension Lumber)로 불가능한 긴 경간(span)을 가능케 한다.
2) 목재의 작은 규격으로 더 큰 부재 생산이 가능하며 제품의 균일성이 좋으면서 강도, 강성이 증가하며 구조적인 성능과 검증을 예측하기 용이하다.
3) 대부분의 공학 목재는 수축을 최소화하기 위해 평형함수율 약 8%~12%의 함수율로 제작함으로 수축과 그에 관련된 문제점이 적어 일반목재를 대체하는 강도, 강성이 높은 자재로서 치수안정성, 뒤틀림, 비틀어짐, 갈라짐, 굽음, 수축이 매우 적은 특성을 갖고 있다.
현재 대부분의 공학목재들은 수입재이지만 앞으로 우리나라에서도 경제성이 없는 국산 간벌재를 공학목재의 주재료로 사용하여 제품을 생산하는 생산시 설들을 설치될 것이다. 이와 함께 공학목재의 국산화를 위해 다각도로 노력을 하고 있으며 이러한 공학목재를 설계할 수 있는 전문 건축사들과 전문 시공자들의 양성의 요구도 늘어나고 있다.
■ 공학목재(Engineered Wood)의 종류
▪ 합판(Plywood) : 합판은 공학목재의 시초라고 할 수 있다. 가장 폭 넓게 사용되는 공학 판넬로서 목재 단판을 목리방향이 서로 수직방향으로 교차되도록 적층을 이 루어 접착하여 제조한다. 이 때 항상 흘수 층으로 겹치며 합판의 표면층은 길이 방향을 이룬다. 목재단판의 방향을 교차하여 적층함으로써 탁월한 강도 및 전면적 에 걸쳐 고른 강성을 갖게 된다. 이로 인해 다양한 규격 및 내외장 용도로 사용되고 주로 지붕, 바닥, 벽의 덮개재로 적용되며 따라서 구조용 합판에는 노출등급 구분 되어 있어 반듯이 그 용도에 인증된 합판을 사용하여야 한다.내장용(Interior)등급은 건축의 외부 구조체(벽, 지붕)를 덮는 재료로 사용되어서는 아니 되며 반드시 실내 작업용으로만 사용되어야 한다.
▪ 오에스비(OSB : Oriented Strand Board) : 무단판의 성능 등급이 매겨진 구조용 판넬로서 스트랜드 모양의 작은 나무 조각을 한 방향으로 배열하여 단판으로 제작 한 것으로 합판보다 훨씬 많은 공정을 거치게 되는데, 목편을 내수성 접착제를 사 용하여 판재의 형태로 적층한 것이다. 합판의 단판과 같이 목편을 이용해 최대의 강도, 강성 및 치수 안정성을 갖는 층을 이룬다.
목조주택의 대부분의 덮개재는 OSB를 사용하며 지붕용과 바닥용, 벽체용으로 나뉘어 진다. 이와 같은 공학 목재들은 특정 목적에 맞춰 생산이 되므로 제조업체는 품질관리에 각별히 유의한다. 이것은 등급된 이외의 용도로의 사용은 그 성능을 확신할 수 없다는 것을 뜻하는 것이다. 대표적인 예로 우리나라에서 간혹 OSB를 외장노출마감용으로 사용하는 경우도 있는데, OSB는 이러한 용도로 생산된 제품이 아니며 외장재로서 제대로의 기능을 하는데 한계가 있다.
▪ 집성목재(Glulam- 글루램) : 집성재는 1백년이상에 걸쳐 연구되어온 제품으로 최근에 들어서는 특수 접착제와 첨단소재의 개발 등으로 다양성과 기능성이 한층 향상되었다. 같은 단면 크기의 일반 제재목에 비해 강한 강도를 가져 대형 보나 장 선을 만들기 위해 제재목의 폭 면들을 서로 접착시켜 제작한 것 이다.
내진설계와 기둥-보 구조 방식의 디자인에 적절할 뿐 아니라, 향후 증가하게 될 대형원목의 부족분을 보충할 것으로 기대된다.
용도에 따라 직선, 곡선, 아치 등 다양한 형태 제작이 가능하며 구조 용재로 구조의 노출로 장식적인 효과가 뛰어난 장점도 있다.
구조용 집성재는 기계등급 규격재(통상 두께 19mm 또는 38mm)를 서로 수평으로 구성한 층재를 가압 접착하여 제조한다. 층재는 내수 접착제로 길이 방향으로 접착한다. 구조용 집성재는 일반 구조재에 비하여 허용응력이 높으며, 치수안정성이 크
고 치수 및 형태의 유연성이 크다.
용도가 다양하여 공동주택, 교회건축, 체육시설, 클럽하우스, 도서관, 학교 등에서도 사용되고 심지어 고압선 전주에서 교량까지 그 쓰임새의 폭이 넓다.
▪ 단판적층재 (LVL : Laminated Veneer Lumber) : 구조용 공학목재 중에서 가장 다용도로 사용되는 부재로서 얇은 목재단판을 장 방향으로 목리방향에 평행하도록 적층하여 접착시킨 것이다. 합판과 유사한 방법으로 만들어지는데, 용도에 따라 필요한 규격으로 재단하여 사용한다. 주로 I-형 장선의 플랜지나, 스터드재, 문틀의 헤더, 장선 외부 돌림재 등으로 사용된다.
▪ 패럴램(PSL) 및 스트랜드적층재(LSL) : 단판을 대략 2400mm길이와 12mm너비의 길고 폭이 좁은 스트랜드로 클립 한 것이다. 작은 결점은 제거하고 스트랜드를 방수 접착제로 완벽하게 코팅 하며 스트랜드는 부재의 길이방향으로 배열하고 직사각형의 빌렛(굵은조각)으로 만들어, 회전벨트의 압력기에 넣어 극초단파 과정을 통해 경화시켜 제조된다.
▪ LSL(Laminated Strand Lumber) : 최신의 복합 구조재로 오에스비와 유사하게 아스펜의 넓고 짧은 스트랜드로 제조 된다. LVL이나 PSL 처럼, LSL은 강도를 예측할 수 있고 치수 안정성이 높지만, 강도가 그다지 크지 않다. 목조주택의 테두리장선과 창호의 헤더로 사용되기도 한다
▪ PSL(Parallel Strand Lumber) : 단판을 잘라 만든 스트랜드의 밀도를 높이고 서로 접착하여, 제품의 길이 방향으로 스트랜드를 배열하여 제조한 복합 구조재
▪ I-형 장선(I-Joist) : 소규모 건축물 및 주거용 바닥장선이나 지붕의 서까래용으로 널리 사용되고 있는 제품으로 I형태의 모양으로 규격재(Dimension Lumber)로 된 장선의 대안으로 사용되는 공학목재(Engineered Wood)의 한 종류이다. I-형 장선은 철골조에서 흔히 사용되는 I자 모양의 효과를 얻을 수 있어 크기나 무게에 비해 훨씬 큰 강도 를 얻을 수 있어 품질인증 등급이 표시된 제품이라면 모두 동일한 구조적 성능을 갖고 있는데 I-형 장선은 긴부재로 사용이 가능하고, 자체중량이 가벼워 현장에서 취급도 용이하다.
특히 I형태 구조로 이루어져 휨응력이나, 강성이 높은 특성을 갖고 있다. 규격재 장선의 대체부재로서 적절하며, 차음 바닥구조재 및 지붕 구조재로서도 손색이 없다.
▪ 경골목조트러스(Wood Truss) : 고품질 공학부재로서 외형의 제한이 없으며 긴 경간, 경량, 경제적이므로 목조주택의 지붕구조에서 서까래나 장선 대신에 흔히 사용된다. 목조트러스는 배열된 사재와 현재가 삼각형으로 배열되어 효과적으로 하중이 전달되는 구조요소이다. 경골 목조 트러스는 여러 치수의 규격재로 사재와 현재를 구성하고, 아연도 강철판에 톱이를 낸 트러스 접합 판으로 접합하여 제조한다.
▪ 연결철물(Fasteners) : 경량골조에서 골조부재를 서로 부착하고 덮개를 골조에 부착하기 위해 못, 대못, 스테이플 형태의 여러 작은 연결철물을 사용한다. 건축구조설계기준의 경량목구조 못박기 기준에 따라야 하며 다양한 금속철물의 사용으로 내진, 태풍 등에 구조적 보강으로 사용되고 있다. 대부분의 경량골조는 고정용으로 못(Nails), 연결철물(Connectors & Ties), 앵커볼트(Anchor Bolts), 기타(Bolt, Screws, Staple) 등을 사용되고 있지만 공학목재에서는 엔지니어 설계에 의하여 제작한 철물로 고정하여야 한다.
■ 한국 목조건축의 재현과 미래
목구조의 건축을 설계에 반영: 계획하기 전에 몇 가지의 기본적인 목재의 특성과 구조적 구법을 이해할 필요가 있다. 기본적으로 목구조의 기초는 철근콘크리-트로 구성되므로(단 목재 또는 철골 기초로도 가능함) RC와 목조의 결합은 재료의 이질성뿐만 아니라 접합의 기술적 문제까지 복합적으로 검토 되어야한다. 특히 목재가 콘크리트와 접할 경우 콘크리트가 내포하고 있는 습기를 목재로부터 격리 시켜야한다. 일반적으로 규격재(Dimension Lumber)는 못이나 간단한 철물 등으로 고정하고 있으나 구조용 각재(Timber)나 공학목재(Engineered Wood)의 연결은 필히 긴결철물을 이용함을 원칙으로 한다.
목조는 그 자재가 규격화되어 있어 RC조와 수평, 수직 결합 부분의 접합 디테일과 방습, 단열처리 등에 신중한 검토가 요구된다. 친환경 그린빌딩의 세계적 이슈와 함께 목조건축 재현의 움직임이 활발하다. 특히 일본은 지진에 적응하는 전통적 목조건축을 서양목조건축의 첨단기술과 접목시키는 연구개발이 활발하며 북미는 기본목재 2″×4″에 의한 목조 주거형태로 자유로운 조형과 공간을 창출하고 있으며 독일은 목구조술의 경험과 기술을 바탕으로 조립식, 판넬식 공업화를 위한 디테일의 목조건축이 뛰어나고 있다.
목조건축의 설계를 계획하고 실행: 나무의 재료적 특성, 열학적 특성과 구조적 디자인 디테일 등에 대한 기본적인 이해와 지속적인 정보 및 전문교육의 기회가 필요.