목조주택 구조재

1. 서론
목조주택용 자재의 종류는 매우 많으며 그 중에서 구조용 목재 및 판재, 구조용 집성재, 철물(못, 볼트, 래그나사못, 기타 철물), 단열재, 석고보드, 외벽널, 지붕 마감재, 환기구, 방습지, 방수지, 문, 창문 등의 자재에 대한 특성과 사용방법에 대한 주의가 필요하다.

일반적으로 목조주택 한 채를 건축하기 위해서는 300～350 종류의 자제가 사용되어야 한다. 따라서 많은 자재들 중에서 목조건축이 다른 건축 방법과 구별될 수 있는 가장 대표적인 자재를 꼽는다면 구조용 목재를 들 수 있다. 구조용 목재에는 골조용 목재 부재와 덮개용 판재 등이 포함되며 이 구조용재들을 상호 긴밀하게 접합시킴으로써 구조성능이 나타날 수 있도록 하는 여러 가지 철물이 또한 중요한 구조용 재료 중의 하나로 취급될 수 있다.

2. 구조용 목재
목재는 살아있는 생명체인 나무로부터 생산되기 때문에 목재의 여러 가지 조직들은 한 때는 살아서 생명활동을 하던 세포로 구성되어 있다. 목재의 세포는 가늘고 긴 모양을 가지고 있으며 내부의 세포내강을 세포막이 싸고 있는 형태를 갖는다. 세포내강은 생명유지에 필요한 성분들이 채우고 있던 공간으로서 건조된 목재에서는 빈 공간으로 남아 있으며 세포막 내에도 우리 눈에는 보이지 않지만 미세한 공간들이 골고루 퍼져서 존재한다. 이러한 세포 내의 빈 공간을 통한 흡습과 방습으로 인하여 목재의 수축과 팽윤, 강도의 변화, 건조 결함의 발생, 실내 공기에 대한 습도 조절 작용 등의 특성이 나타난다.

세포막은 여러 층으로 구성된 층상구조로 이루어지며 각각의 층은 마이크로피브릴(micro fibril)이라는 가는 실 모양의 조직이 서로 결합되어 뼈대를 형성하고 그 사이를 리그닌과 헤미셀룰로즈 물질이 채우고 있다. 따라서 목재의 강도는 근본적으로 목재 세포의 세포막을 구성하는 뼈대 조직인 마이크로피브릴의 배열과 결합에 의하여 좌우된다고 할 수 있다. 세포막의 마이크로 피브릴은 주로 세포의 길이 방향(섬유 방향)과 평행하게 배열되어 있으며 이 방향은 나무의 생장 방향과 일치한다. 따라서 목재는 길이 방향으로는 매우 강한 강도를 나타내게 되며 길이에 수직한 방향으로는 비교적 약한 특성을 지닌다.

구조용 목재에서는 강도가 매우 중요한 고려 사항이며 목재의 강도는 생장 중이나 또는 건조 중에 발생하는 결함에 의하여 감소된다. 결함에는 옹이, 경사 나무결, 썩음, 갈라짐, 뒤틀림, 굽음 등이 있으며 이러한 결함의 정도에 따라서 구조용 목재들은 등급구분이 이루어진다.
대부분의 구조용 목재는 함수율 19% 이하로 건조되어야 하며 인공 열기 건조를 통하여 건조결함을 최소화시키면서 목재를 사용함수율 이하로 건조시킬 수 있다. 일반적으로 구조용 목재 등급 중에서 2등급 이상이 구조부재로 사용되어야 한다.

3. 구조용 판재
경골 목조주택은 구조용재로 이루어진 골조 위에 구조용 판재를 덮개재료로 사용하여 건축된다. 사실 목조주택의 구조 성능은 골조부재와 덮개재료의 접합을 통하여 나타난다고 할 수 있다. 덮개재료는 면에 수직한 하중에 대하여 휨 성능으로 저항하며 바람이나 지진과 같은 수평하중은 면에 평행한 면 전단 강도에 의하여 저항력을 나타낸다.

골조부재와 판재가 접합된 구조체가 바닥이나 벽체 지붕 등의 구조부를 구성하며 이러한 구조체를 격판(diaphragm)이라고 한다. 따라서 목조주택은 수직격판 및 수평격판으로 구성된다고 할 수 있으며 이들 격판요소의 구성과 격판과 격판 사이의 접합이 목조주택의 구조적 안전성을 확보하는 가장 중요한 요소가 되고 있다.

구조용 판재에는 합판과 OSB가 포함되며 이들 재료 중에서도 등급인에 의하여 등급구분이 이루어져서 덮개용 재료의 등급에 적합한 자재를 선택하여야 한다. OSB는 원래 구조용으로 사용되지 않는 포플러 종류를 구조용으로 사용하기 위하여 개발된 제품이며 현재 많은 양의 OSB가 목조주택의 구조용 덮개로 사용되고 있다. 합판이나 OSB 중에는 실내용 제품이 있기 때문에 반드시 등급인을 통하여 자재를 확인하여야 한다.

4. 공학목재(engineering wood)
목재 자원이 점차 줄어들면서 목재를 효율적으로 활용하고자 하는 시도가 다양하게 이루어지고 있다. 이러한 목적으로 개발되어 공학적으로 그 허용응력을 확실하게 설정할 수 있고 공장에서 원하는 목표치대로 제조되는 목재 제품들이 공학목재이다. OSB도 공학목재에 속하며 집성재, LVL, PSL, LSL, I형 장선 등의 다양한 제품들이 생산되어 일반 목재로는 적용이 불가능한 길거나 넓은 치수, 높은 강도, 아름다운 외관 등이 요구되는 용도에 사용되고 있다. 공학목재는 계속 새로운 제품들이 생산되어 목재의 단점은 극복하고 장점은 최대한 살리는 방향으로 활용되고 있다.

5. 철물
목구조는 구조부재들 사이에 적당한 접합이 이루어져야만 전체가 하나의 구조체로 작용하여 외력에 대한 저항성능을 나타낸다. 이러한 구조부재의 접합을 통하여 서로 하중을 분담하고 복합적인 상호 보완작용을 나타냄으로써 하나와 하나의 합은 둘 이상이 되는 결과를 낳게 된다.

맞춤접합의 약점을 보완하기 위하여 사용되는 방법이 여러 가지 철물의 사용이다. 과거에 철물의 대량생산이 이루어지기 전에는 철물의 사용이 오히려 비용 증가와 함께 여러 가지 불편한 점이 많았지만 철선의 제조와 이를 이용한 못의 대량생산이 가능해지면서 경골 목조건축은 새로운 발전의 전기를 맞이하게 되었다.

못과 함께 현대 목조건축에서 빼놓을 수 없는 특성 중의 하나는 다양한 철물들의 사용이다. 기초와 바닥, 바닥과 벽체, 벽체와 지붕 등 구조체들 사이의 접합을 보강하여 일체화된 구조를 이루기 위한 여러 가지 모양과 성능의 철물들이 제조되고 있기 때문에 이들을 잘 활용하면 보다 튼튼한 주택의 건축이 가능하다.

6. 결론
목조건축용 자재는 표준화 및 규격화되어 있으며 자재에는 해당 등급 및 규격을 표시하도록 되어 있기 때문에 모든 자재의 선택에서 등급과 규격의 확인이 필수적으로 이루어져야 한다. 특히 목조건축 자재들은 대부분 수분에 매우 취약하기 때문에 현장에서의 자재 관리 및 취급이 자재의 품질 및 주택의 하자 발생에 매우 큰 영향을 미친다. 좋은 주택의 건축은 올바른 자재의 선택에서부터 출발되는 것이다


구조재 등급마크 설명
■ 목조주택 구조재로 사용되는 S.P.F란

캐나다에서는 여러 종류의 제재목들이 서로 유사한 특징을 갖고 있으므로 함께 성장하고 벌목되어 가공됩니다.
S.P.F는 Spruce(가문비나무),(Pine(소나무), Fir(전나무)수종 그룹으로 캐나다 전체 수목의 3/4을 차지하고 있습니다.
S.P.F의 수종은 북쪽 기후에서 자라며 성장속도가 매우 느리며 외관이 깨끗하며 백색에서 담황색까지의 색이 있고 조직상태가 곧고 재질이 부드럽습니다.
구조용 목재는 19%이하의 함수율과 목재의 수축과 변형의 결함을 최소화 한 캐나다 및 유럼 제품을 공급하고 있습니다.

 구조재 (Dimension Lumber)

 ♠SPF란?
Spruce(가문비나 무), Pine(소나무), Fir(전나무)의 수종들이 섞여
있는 수종 그룹이다. 화이트 스프러스(피세아 글라우카), 엥겔만
스프러스(피세아 엥겔마니), 롯지품 파인(피누스 콘토르타), 알파이퍼
(아비에스 라시오 카르파) 등의 수종들이 SPF란 명칭으로 사용된다.  
 

품명(Inch)  규격(mm)  비고
2" x 4" 38 x 89 S-DRY, S4S, KD 18%

길이 : 12~16ft(2ft단위)
용도 : 실내장식 및 노출마감용

2" x 6" 38 x 140
2" x 8" 38 x 184
2" x 10" 38 x 235
2" x 12" 38 x 285
 
 
 
 보 (Beam)
 
 품명(Inch) 규격(mm) 비고
Western Red Cedar(적삼목) 주문생산 인테리어 실내보
야외용 보
DF(더글러스 퍼)
HF(햄퍼)
S.P.F
 
 
 대단위 집성보 (Glue Lam)
 
 품명(Inch) 규격(mm) 비고
DF(더글러스퍼) 4"x10",4"x12"
6"x10",6"x12"
외 기타규격
공급가능 Header용
엔지니어링용
 
HF(햄퍼)
S.P.F
 
 
 I-Joist  
 
 품명(Inch) 규격(mm) 비고
2"x10" 16,18,20,24ft  장선용
(서까래용) 
2"x12" 16,18,20,24ft  
 
 
 LVL (Laminated Veneer Lumber)
  규격 2"x12"x20" 2"x12"x24" 2"x12"x28"
 4"x10"x20" 4"x10"x24"  
 
  Spruce 판재
 
▶ Fascia, Jamb, Trim, 인테리어 등의 각종 마감 자재로 사용
 
 품명(Inch) 규격(mm) 비고
1"x4" 19x89 S-DRY
2COM & Btr S4S
KD 18%
길이는 12ft, 14ft 
1"x6" 19x140
1"x8" 19x184
1"x10" 19x235
1"x12" 19x285
 
 
 

 
 Western Red Cedar (적삼목)
 
▶ Fascia, Trim 등 외부용으로 사용
 
 품명(Inch) 규격(mm) 비고
1"x4" 19x89 S-DRY
2COM & Btr S3S
길이는 12ft, 14ft, 16ft 
1"x6" 19x140
1"x8" 19x184
1"x10" 19x235
1"x12" 19x285

구조재의 등급구분 경구조골재등급 (Structural Light Framing) 경구조골재등급 (Light Framing) 일반용도 비고 Select-Structural     Clear No.1 Construction   수평재 No.2 Standard & Better 내력벽(Load Bearing Walls) 수직재 No.3 Utility 비내력벽(Non-Load Bearing Walls)     Economy 비구조용(Non-Structural Use)

구조재의 등급구분 명칭 구분 표기 수분함량 비고 Kiln Dried Lumber 인공건조 KD Kd15 KD-HT 19%이하 15%이하 로내에서 건조하여 규격이 일정 코아가 56도 이상 최소 30분 열처리 Air-Dried Lumber 자연건조 MC-15 S-Dry★ S-Green 15%이하 19%이하 19%이상 수분함량 15% 면처리전 수분함량 19%이하 면처리전 수분함량 19%이상 ★ 인공건조(Kiln Dry) 시킨 목재에도 표기 가능

자료제공 http://cafe.daum.net/huehousing