스크랩 스틸하우스 구조

[바보아빠]

(다) 철골구조

1) 철골구조의 정의

기둥, 보, 내력벽, 서까래, 장선 등의 주요 구조부가 철강재(steel)로 구축되는 가구식 구조를 말한다. 이때 적용되는 철강재는 종류에 따라 다르나 일반적으로 많이 사용되는 스틸하우스는 냉연강판에 아연도금을 한 강재를 주로 사용하며 열연강재에 방청도장을 하여 사용하기도 한다. 철강재의 물리적 성질은 냉연강판이 우수하여 박판(얇은 강판)으로 소형, 경량 부재로 사용하고 열연강재는 후판(두꺼운 강판)으로 H-Beam, C-형강, 각관형, 원형 강관류 등의 대형 부재로 사용된다.

2) 철골구조의 종류

가) 경량 STUD 철골구조 ( STUD형 스틸하우스)

아연도금 경량형강을 주로 사용하기 전인 1990년대 중반까지는 열연강판을 소재로 한 C-형강, 경량 H-Beam을 이용한 경량 철골구조를 주로 사용하였다. 이 후에는 철골구조에 가장 많이 적용되는 방법으로 주요 구조부가 두께 1mm 내외의 냉간성형 아연도금경량형강(ZSS강) 구조용 부재(SGC400이상)를 주로 사용하고 있다. 이 방법은 미국의 전통적인 목조주택 공법에서 유래된 것으로 단지 사용되는 소재만 다를 뿐 목조의 경량 목구조와 형식이 거의 같다. 각종 스터드, 장선, 서까래 등의 경량 구조재를 공장에서 생산, 가공을 하여 현장에 입고한 다음 현장 조립 및 특정 부재를 절단, 가공, 제작하여 벽체와 지붕 골격을 제작, 조립, 시공한다. 국내에서는 한국철강협회 스틸하우스클럽이 권장하는 공법으로 주택분야의 철강재, 특히 부가가치가 높은 냉연 강판류의 소비 진작을 위해 포스코가 적극 후원, 시장을 개척하여 한국철강협회 스틸하우스클럽을 중심으로 상당한 보급 확대와 발전이 되고 있다.

(사진 20 : 경량 스터드 철골구조로 완성된 주택, 포스홈 설계 시공)

(사진 21 : 경량 스터드 철골구조로 완성된 펜션)

(사진 22 : 경량 스터드 철골구조로 시공중인 펜션)

나) 경량 UNIT WALL 철골구조 (Panelising 스틸하우스)

스터드형보다 발전된 방법으로 주택의 골조 제작설계를 통해 벽체, 트러스 등 공장에서 생산된 단위 패널을 현장에서 조립하는 공법으로 단열재 충진, 매입 전기 배관, 합판과 같은 마감 바탕용 판재가 사전 시공되어 있어 현장에서의 공정을 단축시키고 시공자의 시공능력에 관계없이 균일한 품질의 제품이 시공되는 장점이 있다. 또한 제작 및 시공의 편의성을 위해 ㄷ자형이 아닌 요철형의 절곡된 스터드가 중첩 적용되므로 구조적인 성능이 더욱 우수하다. 시기나 기술 수준에서 스터드형 스틸하우스보다 앞선 일본에서 보편화된 공업화 주택의 시스템을 참고로 하여 1990년대 초반부터 국내에서 국내 실정에 맞도록 개발하여 “산내들 전원주택”, “동신 훼미리하우스”라는 브랜드로 주택의 경량 철골구조를 보급한 바 있다. 이후 많은 주택이 보급되어 왔으나 IMF 과정에 부도로 인해 보다 발전적인 공법이 계승, 발전되지 못하고 당시 참여한 기술진들에 의해 명맥이 유지되고 있다. 또한 이들 업체는 평면 개념의 패널라이징 시스템보다 앞선 큐빅(입체) 개념의 주택의 공장 생산, 시공까지 개발하여 보다 선진화된 공법으로 발전시켰으나 양산에 의한 생산과 보급에 이르지는 못했다. 이들 업체는 초창기에는 열연강판소재를 구조재로 사용하였으나 보다 물성이 좋은 열연 및 냉연 아연도금강판을 적용하여 보급하였으나 현재에는 냉연 아연도급강판을 주 소재로 한 패널라이징 스틸하우스의 개발과 시공도 함께 이루어지고 있다.

(사진 23 : 패널라이징공법으로 완성된 주택)

다) 기둥-보(Post & Beam)형 철골구조

가장 널리 알려진 철골구조 공법으로 대형 건축물에 적용되는 H-Beam과 같은 대형 강재를 주택에 적용하는 방법이다. 목조주택의 기둥-보 방식과 유사하다. 경량 형강 방식의 스틸하우스가 보급된 현재 주택에는 거의 사용되지 않고 있지만 넓은 스팬의 공간을 형성해야 할 경우 부분적으로 보로 사용하기도 하고 갤러리스타일의 주택과 같은 넓은 스팬, 높은 천정고의 확보가 필요할 경우 적용한다. 이 방법은 주택에서 부분적으로 적용되지만 대중이용시설, 학교시설, 식당과 같은 근린생활시설과 주거와의 복합건물에서는 많이 사용된다.

(사진 26 : 기둥-보형 철골구조로 완성된 건축물)

3) 철골구조의 특징과 장점

가) 지진에 강하며 안전하다.

스틸은 자체 중량에 비해 우수한 구조 성능을 가진다. 따라서 건축물의 하중 부담을 줄이면서 강성을 키울 수 있고 유연하여 진동에 대한 저항력이 우수하다. 이는 목조주택과 유사한 성질, 같은 가구식 구조 방식으로 외부로부터 충격을 흡수하는 능력이 뛰어나다. 따라서 지진과 같은 재해시 피해 발생 억제에 유리하다.

나) 내구성이 우수하다.

스틸하우스는 얇은 강재로 된 부재를 이용하나 물성이 좋은 냉연강판에 아연도금을 하여 사용하므로 부식에 강하고 외기에 노출되지 않으므로 뛰어난 내구성을 지닌다.

다) 스틸하우스는 경제적이다.

스틸하우스는 벽이 얇기 때문에 내부면적을 최대한 넓게 활용할 수 있으며, 규격화된 저렴한 부재가 이용되고, 공사기간도 짧으며 연중 언제나 지을 수 있어 경제적이다. 주택의 등급에 따른 가격은 마감재의 질에 크게 좌우 되며 구조체 공사비는 사실상 경미한 차이를 보인다.

라) 변화가 많은 디자인을 잘 표현한다.

냉연 아연도금강재는 가볍고 가공성이 좋아 굴곡이 많고 복잡한 평면, 난이도가 높은 지붕의 시공에 적합하다. 물론 목구조에 비해서는 상대적으로 떨어지지만 철근콘크리트 구조에 비하면 매우 우수한 시공성 및 표현성을 가지고 있다. 이는 예전보다 소비자의 높아진 수준의 형태미를 표현하는데 시공성과 경제성 면에서 매우 우수한 방법이다.

마) 유지관리비가 적게 들고 보수가 쉽다.

스틸하우스는 외장재 및 도장재의 종류에 따라 시멘트 사이딩일 경우 5∼7년, 베벨드 사이딩일 경우 3년 정도 간격으로 한번씩 외부에 도장만 잘해주면 새 집 같은 느낌이 유지된다. 결로 방지를 위한 외단열을 추가로 하면 단열성이 보강되고 특별한 수리가 필요치 않아 유지관리비가 적게 든다. 보일러, 배관, 전기시설 등의 수명은 일반주택과 동일하고 문제가 생겼을 때 쉽게 수리가 가능하다. 각부에 사용되는 자재는 수명기간 내에 해당부분만 해체하고 교체하면 완전하게 원상으로 복구할 수 있다.

사) 내화성이 우수하다.

스틸하우스는 구조재 자체가 불연성이고 석고보드를 사용하여 화염을 차단하는 구성을 적용하고 있으며 화재발생시 유독 가스 발생 및 연소도, 화재 확산도가 낮아 탈출 가능성이 높다. 오히려 화재 위험성은 구조재가 아니라 각종 실내 마감재의 연소로 인한 유독 가스의 발생, 연료 기여, 화염 전파가 위험한 것이다. 그러나 일단 실내에서 화재가 발생하게 되면 높은 열로 인해 강재의 물성이 약화되므로 변형이 발생된다. 이는 철근 콘크리트와 같은 불연성 구조 재료도 마찬가지이다.

3) 스틸하우스의 단점

가) 스틸은 열전도율이 높으므로 결로방지를 위한 단열 보강을 하여야 한다.

단열재가 충진된 알미늄 사이딩이나 외단열 공법을 추가로 적용할 경우에는 별도의 단열보강이 필요없지만 시멘트 사이딩, 비닐 사이딩 등 단열성능이 떨어지는 외장재를 적용할 경우에는 외장 마감재 시공 전 외벽 면 바탕에 단열 보강 공사를 하도록 한다.

나) 가구식구조로 변형에 대한 대비를 하여야 한다.

목구조와 같이 기둥, 보. 서까래와 같이 가늘고 긴 부재를 결합하여 구조를 형성하는 가구식 구조는 풍압, 지진 등의 수평력에 대해 약간의 변형이 발생하게 되는데 이는 실내외 마감재의 균열을 발생시킬 수 있으므로 접합부의 강성확보 및 보강과 단위 부재의 적정성 결정이 매우 중요하다.

다) 목조주택보다 상대적으로 가공성이 떨어진다.

철근 콘크리트 공법보다는 가공성이 우수하여 변화있는 디자인을 소화하기가 용이하지만 목재의 가공성보다는 떨어져 복잡한 평면과 입면, 지붕의 형태를 구축하는데는 불편함이 있다. 때문에 목구조에서는 모임지붕을 잘 소화해내는 편이지만 철골조에서는 박공형의 지붕 디자인이 선호된다.

경량 철골구조 주택(스틸하우스)의 공정과정 (스틸하우스클럽 자료 인용)