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<목재>
나무(목재)는 천연재료로서 감촉이 좋고 외관이 아름답다.
흡음성이 있고 내약품성 등 환경에 대해 내구성도 강하며,
구조재로서 열팽창률이 작고,
단위 무게에 비해 강도가 비교적 뛰어나고
가공이 용이한 장점을 가지고 있다.
다만 흡수성이 높아 부식하기가 쉽고
함수율에 따른 치수변화와 뒤틀림이 생기며,
재질 또한 균일하지 못하여 부분적으로 강도 차이가 있다.
집을 짓는데 사용하는 나무는 너무 단단하거나 무른 것은 좋지 않다.
강한 목재는 터짐이 심하고 작업이 용이하지 못하고, 무른 나무는 작업은 용이하나, 구조적으로 안전하지 못하다.
1) 조직
나무의 줄기부분은 수피, 목질부, 수심으로 이루어져 있으며,
그 중에서 목질부가 건축용 자재로 이용된다.
■ 수피 : 내수피(안껍질)와 외수피(바깥껍질)로 구성되어 있다.
외수피는 죽어있는 세포이고 내수피는 잎에서 만들어진 양분이 지나가는 통로이다.
■ 목질부 : 심재와 변재로 구성되어 있다.
-심재 : 이미 성장이 멈춘 세포로 목질이 가장 좋고 강도와 내구성이 크며 수심에
가까운 진한 색깔을 띠고 있다. 나무의 질이 단단하고 수분이 적어 변형이 적다.
-변재 : 지속적으로 성장하는 세포다. 물과 양분을 줄기로 보내는 통로로 나무를
지지하는 역할을 한다. 무르고 연하며 수액과 탄력성이 많아 변형이 심하다.
■ 수심 : 목재의 중심부
가. 나이테
나무의 목질부에 형성된 띠로 수심을 에워싸고 동심원의 형태를 취하며 춘재와 추재로
구분한다. 춘재와 추재가 결합하여 하나의 나이테를 형성하는데 대부분 침엽수는
나이테가 명료하다. 나이테가 나뭇결을 형성하며 나뭇결 방향 등에 따라 강도가
다르다. 구조재로 사용하는 경우 사용위치에 따라 나무의 결 방향을 고려해야
최고의 강도를 얻을 수 있다.
■ 춘재 : 광합성 활동이 활발한 봄과 여름에 자란 부분으로 잘 생장한 세포로
이루어져 있으며, 세포막이 얇고, 색깔이 연하다.
■ 추재 : 색깔이 짙고 단단한 부분으로 성장이 둔화되는 가을과 겨울 동안 자란
부분이다. 세포막이 두껍고 조직이 치밀하다.
나. 흠
■ 옹이 : 나무의 줄기에서 가지가 뻗어 나간 곳에 생기는 것으로 옹이 경계부위는
강도가 떨어지고(압축강도는 강하나 전단강도 및 휨강도가 떨어진다.)
대패질도 힘들다.
■ 썩정이 : 수명이 오래된 나무는 나뭇가지가 말라 죽거나 부러진 후, 죽은 가지
속으로 비가 스며들어 썩게 된다.
■ 껍질박이 : 상처를 입은 부분이 아무는 과정에서 껍질이 말려 나무 내부로
들어가는 것으로 강도가 현저히 떨어진다.
■ 갈램 : 목재의 건조, 습윤 등에 따라 팽창, 수축, 변형된 덕으로 마구리갈램,
방사갈램, 심 갈램 등이 생긴다.
■ 지선 : 목재의 수지가 흘러나오는 것에 생기는 흠으로 가공 후 목재에 얼룩이 남는다.
■ 혹 : 균류의 작용으로 섬유의 일부가 부자연스럽게 발달한 부분이다.
2) 함수율/비중
목재의 강도는 수분 함량에 반비례한다. 그리고 목재는 많은 양의 수분을 함유하고 있어 건조에 따른 수축변화가 심하다. 벌목 후 그대로 사용하면 뒤틀리거나 갈라지기 쉬우므로, 재목으로 사용하기 전에 충분한 건조가 필요하다. 길이 방향보다는 횡방향으로, 심재 보다는 변재가 함수량이 많아 수축이 심하다.
또 목재의 강도는 비중에 비례한다. 비중은 목재의 수종에 따라 다르지만 보통 활엽수가 비중이 크다. 또한, 소나무와 같이 조직이 성긴 것은 비중이 작고, 느티나무와 같이 조직이 치밀한 것은 비중이 크다.
■ 침엽수 : 0.3~0.5, 활엽수 : 0.5~0.9
■ 오동나무 : 0.3 < 삼나무 0.4 < 소나무, 해송 0.5 < 참나무류 0.65 < 가시나무 0.9
3) 종류
가. 수종별
① 침엽수
건축재료로 많이 사용되는 침엽수는 수목이 곧게 자라서 큰 자재를 얻기 용이하고 벌목 후에도 건조가 빠르며, 수액의 점도가 높아 부패가 잘 되지 않는다. 또한, 나무마다 독특한 향기가 있고 춘재와 추재의 구분이 뚜렷하여 결이 곧고 아름답다. 하지만 춘재와 추재의 강도 차이가 심해서 가공상의 문제점도 있다. 소나무, 낙엽송, 전나무, 가문비나무 등과 일본, 대만 등지에서 많이 사용하는 삼나무가 있다.
② 활엽수
주로 장식재나 가구재로 사용하여 침엽수보다 강도는 우수하나 나이테가 명확하지 않고 불규칙하며 큰 자재를 얻기 힘들다. 또한 건조에도 상당한 시간이 소요되며, 성장시 가로방향으로 퍼지면서 성장하는 것이 많아 취재율이 낮다. 느티나무, 참나무, 벚나무, 밤나무, 대추나무, 오동나무, 참죽나무, 피나무 등의 다양한 수종이 있다.
나. 산지별
① 국산목
한옥용 목재는 전통적으로 소나무를 즐겨 사용한다. 소나무는 탄력이 풍부하고 내습성이 강하며 가공이 쉬워서 구조재 뿐만 아니라 가구재로도 많이 사용된다. 소나무에는 육송(陸松, 赤松), 홍송(잣나무), 해송(곰솔, 黑松)등이 있고 중국이 자생지인 백송이 있는데, 건축용으로는 보통 육송을 쓴다. 육송 중에 소위‘춘양목’으로 알려진 적송(홍송)을 고급으로 친다. 춘양목이란 경상북도 봉화군 춘양에서 생산된 소나무를 말한다. 이곳의 소나무가 질이 좋아서 산지를 딴 이름이 생겨난 것이다. 적송(홍송)은 주로 태백산맥 동쪽 해발 500-800m의 높은 지역에서 자란다. 태백산맥 줄기를 따라 금강산에서 양양, 명주, 울진, 봉화에 이르는 지역이다. 잘라낸 면이 붉은 색을 띠므로 적송(홍송)이라는 이름이 붙여졌다. 나이테의 간격이 좁고 치밀하며 열악한 환경에서 자란 만큼 변형이 적다. 같은 적송이라 해도 영동 지방 소나무가 영서 내륙지방 소나무보다 나무의 터짐이나 뒤틀리는 정도가 훨씬 덜하며, 껍질이 얇고 결이 곱다. 결속력도 강하여 집을 짓는 재목감으로 적합하다.
② 수입목
요즈음은 수입목을 많이 사용한다. 국내생산량이 절대적으로 부족하며 특히 단면적이 큰 부재는 국산목의 입수가 수월하지 않다.
북아메리카산 다글라스는 다섯 등급으로 분류. 최상급인 A등급은 미국과 캐나다에서만 쓸 수 있을 뿐 다른 나라에 수출은 금지되어 있다. 우리나라에는 채산상 주로 D등급의 것이 수입되고 있다. 다글라스는 일반적으로 육송보다 강도가 높다. 강도가 높다고 좋은 것은 아니다. 강도가 높으면 가공성이 떨어지므로 한옥과 같이 조각 등의 손작업이 많은 경우에는 불리하다.
③ 국산목(육송)과 수입목
수입목은 육송에 비해서 섬유질이 곧은 편이기 때문에 갈라짐이 일직선으로 길게 일어나기 쉽다. 따라서 기둥만큼은 육송을 사용할 필요가 있다. 육송은 섬유질이 얽혀 있는 편이므로 일직선으로 길게 갈라지지 않는다. 서까래는 육송을 쓰는 것이 유리한데, 그것은 적당히 휜 부재를 사용해야하기 때문이다. 수입목은 우리와 다른 생장환경에서 자랐으므로 우리의 환경에(사계절이 뚜렷한 등) 그 성능을 충분히 발휘하지 못하는 수가 있다.
다. 부재별 수종채택
한옥의 부재는 부재에 따라서 강도를 더 요구하는 것, 미관이 우선시 되는 것, 조작이 용이해야 하는 것 등, 소용되는 성질을 조금씩 달리 한다. 따라서 하나의 건물에 한 수종의 목재로 통일하지 않고 부재별로 다른 수종을 채택하는 것이 가능하다. 특히 경제적인 건축을 원하고자 할 때는 부재별로 적절한 수종을 채택하는 방법이 중요시 된다. 아래의 표는 주요 골조부재별로 사용 가능한 수종을 정리해 본 것이다.
표) 부재별 채택수종
부재명
1차
2차
3차
기둥
육송
다글라스
미송
보
육송
다글라스
미송
장여, 도리
육송
미송
외송
추녀
육송
다글라스
미송
서까래
육송
편백나무
낙엽송
판재(박공/개판/풍판)
육송
수입육송
외송
선재(평고대/연암)
육송
다글라스
미송
동자주/대공/보아지
육송
미송
외송
인방재
육송
미송
외송
* 1차의 수종이 추천 우선이며, 2차, 3차로 갈수록 단가를 고려한 선택이 된다.
4) 벌목과 제재
가. 벌목
처서가 지나 낙엽이 지는 가을이 나무 베기에 가장 좋은 시기이다. 그 다음에 겨울이 시작되는 11월경부터 다음해 2월초까지가 벌목시기로 좋다. 나무의 물(수액)이 내려가 수분이 적어진다. 이 때 벌목을 하면 해충의 피해와 색깔의 변질이 적다. 강도도 좋아 목재로써의 수명도 오래간다. 또한 원목이 가장 잘 건조되는 시기이기도 하다. 여름에 벤 나무는 잘 건조되지 않고 습기가 많아 해충의 피해가 많다. 또한 청(푸른곰팡이)이 들고 쉽게 부패하며 잡목과 풀이 우거져 운반하는데도 어려움이 따른다.
나. 제재
제재에 앞서 나무굽이나 결을 찾아 켜야만 목재 강도를 높여 준다. 나선형이나 물결무늬 나뭇결에 따라 제재하는 것이 중요하다. 이는 작은 하중에도 목재가 부러지거나 쪼개지는 결과를 가져오므로 켤 때 나무의 상태를 파악하여 켜는 것이 아주 중요하다.
다. 목재의 단위
양(부피)을 재는 단위로 재(才. 사이), 입방미터(㎥), 보드피트(B.f) 등을 사용하며, 길이를 나타내는 단위로 척이나 미터를 사용한다.
1재 = 1치 × 1치 × 12자 = 0.00334㎥
1㎥ = 299.5648재(≒약 300재)
1 Board feet : 1" × 12" × 12" = 0.706재
1자(尺)=303㎜, 1치(才)=30.3㎜, 1푼(分)=3.03㎜
5) 건조
목재를 잘 건조해서 사용하는 것이 구조물의 변형(뒤틀림, 변색, 썩음, 갈라짐 등)을 막고 수명을 연장할 수 있는 가장 근본적인 방법이다.
가. 자연건조
벌목한 목재의 껍질을 벗긴다(탈피작업). 탈피작업을 한 목재는 대략 1년 이상 건조시켜야만 재목으로 사용할 수 있다. 원목을 필요한 치수대로 제재하여 건조시켜 사용할 경우, 건조 과정에서의 변형을 고려하여 여유 있게 제재하여야 한다.
나. 인공건조
가구용으로 사용되는 목재를 건조할 때 주로 이용한다. 목재를 건조실에 넣고 열이나 증기로 건조시키는 방법으로 짧은 시간에 많은 양의 목재를 건조시킬 수 있다. 고온건조법, 고주파 가열 등의 방법이 있다. 건축용 목재는 자연 건조된 나무를 사용하는 것이 가장 좋다.
다. 건조상태의 유지
집을 짓는데 필요한 목재의 함수율은 24%이하를 원칙으로 하고 있으며, 이를 유지하도록 잘 관리해야 한다. 함수율은 외부의 기후변화에 따라 수시로 변한다. 겨울보다는 여름이, 특히 장마철에는 함수율이 커진다. 옥외에 노출되는 부분이 지면과 가까운 부분이 함수율이 높게 나타난다.
잘 건조되지 않은 부재를 사용할 경우 조립하는 과정에서 비틀림이 생겨 건물이 틀어지는 경우가 많은데 이를 방지하기 위해서는 가새로 기둥과 기둥을 연결하여 고정시켜 놓는다. 목재의 조립이 끝나고 바로 기와를 얹어 놓는 것도 변형을 막는 좋은 방법 중의 하나이다.
6) 선별/반입
목재는 제재소에서 필요한 형태로 제재한, 소위 ‘제품’의 형태로 들여오거나, 원목의 상태로 들여온다. 일반적으로 서까래 정도 원목으로 들여오고 나머지는 대부분 제품으로 들여온다.
양질의 목재는 충분히 건조된 것(함수율이 낮은 것), 목재 양마구리의 단면 중심에 나이테의 중심이 위치한 것, 옹이가 많지 않은 것(옹이가 많으면 치목이 거칠어지고 보기에도 안 좋다) 등이다.
7) 관리/보관
목재는 습기와 직사일광을 피하고 통풍이 잘되게 보관하여야 한다. 직사광선을 피하고 직접 지면에 닿지 않게 모탕(받침목)을 깔고 井’자형으로 쌓아 보관한다. 그리고 사이사이에 1치각 두께(목재의 크기에 따라 가감)의 굄목을 사용한다. 사이가 너무 좁으면 통풍이 되지 않아 썩거나 곰팡이가 피기 쉽고, 너무 넓으면 변형이 일어나기 쉽다. 덧집을 짓고 바닥에 비닐을 까는 것도 좋은 방법이며, 또한 주변 소화시설을 두거나 소화장비를 비치한다.
트임을 방지하기 위해 초벌 가공한 부재를 한지 등으로 발라두기도 한다. 마구리에 토분먹임을 하거나 접착제를 발라 건조시키면 수분이 천천히 빠져나가므로 갈라짐이 적다. 대표적인 부재가 치목이 끝난 서까래이다. 원목으로 들어오기 때문에 아무래도 함수율이 높은 편이며, 가장 먼저 치목하므로 조립까지의 기간이 길어서 그만큼 변형되기 쉽기 때문이다.
바심질이 끝난 부재는 다른 부재와의 조립부분(장부 등)은 특히 약하므로 주의해야 한다.(부재 운반 등에 특히)
아울러 조립 후 손상이 우려되는 부분도 널빤지나 모포 등으로 덮어 눈, 비, 이슬에 맞지 않게 한다.
가. 변형
목재의 변형은 부재가 길고 단면이 작을수록 크다. 그리고 제품은 나이테의 중심이 부재의 중심과 일치하지 않는 경우가 많으므로 그 만큼 크다. 목재의 변형을 예방하는 데는 우선 함수율을 낮추는 일이다. 즉 건조를 충분히 해야 하는 것이다. 현재 자연건조법에 의하는 것이 일반적이다. 그러나 현실적으로 충분한 건조기간을 갖기 힘들기 때문에 거의 생나무에 다름없는 상태로 반입하고 있는 실정이다. 따라서 변형을 최소화하기 위해서는 보관/관리에 주의를 기울이는 것이 요구된다.(차선책) 특히 차광막은 꼭 설치하여 그늘에서 보관해야 한다.
나. 곰팡이
목재에 곰팡이가 피는 것을 ‘청난다’ 또는 ‘탕난다’라고 표현한다. 곰팡이가 피면 표면이 푸른색으로 변하고 속까지 스며들어 일단 나면 잘 지워지지 않는다. 구조적으로 크게 문제가 되지 않지만 미관상 문제가 된다. 청나는 것은 목재에 함유된 수분량(함수율)과, 기온에 관계가 있다. 함수율이 높을수록 기온이 올라갈수록 청나기가 쉽다. 그리고 소나무의 경우는 송진도 곰팡이가 피기 쉬운 조건이 된다. 청나는 것을 방지하려면 일단 함수율을 낮추어야한다. 특히 기온이 올라가는 봄철에 특히 조심해야 한다. 잿물로 수시로 표면을 닦아주는 것도 좋고, 토치램프로 표면을 살짝 그슬리면 더욱 좋다. 다만 후자는 대패질을 한 번 더 해야 하는 단점이 있다. 일단 청이 나면, 없앨 수는 없지만 락스를 섞은 물로 닦아내어 크게 번지는 것을 막아야 한다.
사진 출처: 공간건축디자인
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