목조건축물은 하중을 지지하는 뼈대가 목재로 이루어진 건축물을 말한다. 목조건축물은 그 뼈대를 이루는 방법에 따라 경골목조건축과 기둥-보목조건축, 매스팀버목조건축 등으로 구분할 수 있다.

 

1.1. 경골목조건축

 

경골목조건축(Light-Frame Wood Construction)은 작은 단면의 각재를 반복적으로 사용하여 만든 벽과 바닥, 지붕으로 하중을 지지하는 구조형식으로 지은 목조건축이다. 두께 38mm(공칭 2인치)에 너비가 89mm(4인치) 구조용 목재를 기본 골조부재로 사용하기 때문에, 때로 2×4공법이라 불리기도 한다. 경골목조건축은 골조부재에 합판이나 OSB, 구조용파티클보드 등의 판상 재료로 된 덮개를 못으로 접합하여 수평하중과 수직하중을 효과적으로 지지한다.

경골목조건축은 목수들이 현장에서 또는 공장에서 미리 조립한 구조체를 사용하여 경제적으로 쉽고 빠르게 건축할 수 있다. 관련 법령에 적합하게 경골 목구조 벽과 바닥, 지붕을 시공하면, 구조적으로 완전한 구조체를 이루게 되므로 지진하중에도 효과적으로 대응할 수 있다.

경골목조건축은 1830년대 미국에서 처음 개발되었다. 초기에 1층과 2층 스터드를 통재로 시공하는 벌룬구조(balloon construction)로 지어졌다. 구조용합판이 상용화되던 1950년대부터 플랫폼구조(platform construction)가 개발되어, 현재 대부분의 경골목조건축은 플랫폼구조로 시공되고 있다. 북미에서 목조주택의 90% 이상을 경골목조건축으로 짓고 있다. 우리나라에서는 1980년대 중반 경골목조주택이 처음 도입된 이래, 1990년대 초부터 시공이 증가하여 현재 가장 많이 시공되는 목조건축의 구조형식으로 자리잡고 있다.

플랫폼구조 경골목조건축은 벌룬구조의 내화성능 등 약점을 보완하면서 탄생하게 되었다. 기초위에 1층 바닥 플랫폼을 만들고, 그 위에 벽과 지붕을 차례로 설치한다. 2층 이상의 경우 1층 바닥 위에 벽 골조를 설치하고, 벽 위에 2층 바닥 골조를 설치한 후, 그 위에 천장과 지붕 골조를 설치하는 순으로 공사를 진행한다. 장선과 스터드, 서까래 등 골조 사이에 단열재를 채워 단열성능을 충분히 확보할 수 있는 장점이 있다.

플랫폼구조가 가지는 장점으로는 1) 구조부재의 길이가 짧고 가벼워 작업이 쉽다, 2) 건물의 층수와 높이가 다르더라도 표준 치수의 스터드를 사용하므로 경제적 시공이 가능하다, 3) 바닥 플랫폼 위에서 벽체를 제작하고 조립하게 되어 공사가 빠르고 정확하다, 4) 각 층의 플랫폼 바닥구조가 화염막이 역할을 하여 내화성능을 확보할 수 있다.

 

 

 

 

1.2. 기둥-보목조건축

 

기둥-보목조건축(Post & Beam Construction)은 구조용 목재로 된 기둥과 보로 이루어진 구조 형식의 목조건축을 말한다. 기둥-보목조건축은 한옥을 비롯한 전통 목조건축과 일본재래공법 목조건축, 구조용집성재 목조건축, 유럽과 북미에서 지어지는 중(重)목구조 건축 등을 포함한다. 구조부재의 접합방식이나 부재의 치수가 변화되고 있으나, 기둥으로 대표되는 수직부재와 보로 대표되는 수평부재가 하중을 전달하고 지지하는 원리는 동일하게 유지되고 있다.

기둥-보목조건축은 건축물의 모든 하중이 기둥과 보를 연결하는 접합부를 통해 전달되므로, 건축물의 구조 안정성을 확보하기 위해 기둥과 보를 연결하는 접합부의 설계와 시공이 매우 중요하다. 기둥-보목조건축은 열린 공간과 넓은 실내를 조성할 수 있는 것이 장점이다. 하중을 지지하는 기둥과 보가 내외장재 기능을 동시에 할 수 있어 내장 공사 비용을 줄일 수 있는 장점도 있다.

현대 기둥-보목조건축은 구조 신뢰성이 높은 구조용집성재를 비롯한 공학목재를 사용하는 경우가 많아 대경간 목조건축에도 적합하다. 구조용집성재는 부재 크기에 대한 제한을 두지 않고 설계할 수 있으며, 건축가가 상상력을 발휘하여 곡선부재를 활용하여 자유롭게 설계할 수도 있기 때문에, 목조건축에 다양할 설계를 반영하는데 탁월한 재료적 장점을 가진다. 기둥-보목조건축은 기둥과 보를 설치한 후 지붕 구조를 곧바로 시공할 수 있어, 비나 눈 등 악천후 조건에서도 현장 작업이 지연되는 것을 막을 수 있다.

최근 산림청을 비롯한 정부에서 국산목재를 이용한 공공목조건축 축조실연 사업을 정책적으로 재정지원하고 있다. 이들 공공목조건축에서도 지역 특성과 건축물의 용도, 규모에 적합하게 다양한 디자인을 적용한 기둥-보목조건축이 채택되는 경우가 많아 기대를 모으고 있다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3. 매스팀버목조건축(구조용 직교집성판목조건축)

 

매스팀버목조건축(Mass timber construction)은 공장에서 여러 층의 층재를 적층하여 제조한 거대 공학목재인 매스팀버로 건설된다. 통상 125mm에서 300mm 두께의 판상형 공학목재 등의 매스팀버로 이루어진 바닥과 벽, 지붕으로 이루어진다. 대표적인 매스팀버로는 구조용직교집성판(CLT)이 있으며, 이외에도 구조용못집성판(NLT)과 구조용집성재(글루램), 구조용목질복합재(SCL) 등이 있다.

매스팀버는 재생 가능하고 지속가능한 거대 공학목재이다. 건물의 수명이 다했을 때 해체와 자재 재활용이 용이하여 폐기물 감소에 기여하며, 목재제품의 수명을 늘릴 수 있어 탄소 저장 기간을 연장시킬 수 있다. 최근 각국의 건축법령에서 매스팀버를 규정하게 되면서, 매스팀버목조건축은 도시의 스카이라인까지 바꿔가는 변화를 일으키고 있다.

공장에서 제조한 매스팀버의 특성상 건축공사 현장의 효율성과 모듈러 또는 조립식 건축, 리모델링의 효율이 높다. 매스팀버목조건축은 공사기간을 단축하고 현장 안전성이 높다. 매스팀버를 활용하여 미국 밀워키에 건설한 25층 목조아파트 어센트(Ascent)의 개발자들은 다음과 같이 말한다.

"매스팀버목조건축은 전통 건설 방식에 비해 건설 차량 통행량을 90% 줄이고, 현장 노동력을 75% 감소시키며, 공사기간을 25% 줄여 건축비 절감과 수익에 도움이 되었다. 건설 과정에서 발생하는 탄소 배출량을 감축할 수 있었고, 지상에서 지붕과 벽부재를 조립하게 되어 작업자의 안전도를 크게 향상하였다.”

매스팀버목조건축은 화재 발생시 매스팀버의 외부가 탄화되면서 보호층을 형성하고 내부 강도를 그대로 유지하여 내화구조를 형성할 수 있다. 매스팀버목조건축의 내진성능은 다른 구조의 건축물에 비해 우수하거나 동일한 수준의 성능을 나타내기 때문에, 법령에 따라 적합하게 내진설계하는데 아무 어려움이 없다.

매스팀버목구조의 무게는 철골이나 콘크리트구조에 비해 훨씬 가볍고 튼튼하여 자재 운송과정 등에서 탄소 배출을 억제하며, 건축물의 기초 공사 비용을 크게 줄일 수도 있다. 매스팀버목조건축은 다른 구조보다 공장에서 조립 속도가 빨라, 모듈러와 조립식 건축에 유리하다. 좁고 접근하기 어려운 현장에서도 훨씬 적은 인력으로 신속하게 조립할 수 있다.

매스팀버는 단열성이 우수하여 에너지 효율적인 설계에 적합하고, 패널 부재의 특성상 기밀성을 높일 수 있다. 바이오필릭 디자인(biophilic design)에 적합한 목재의 특성을 살려, 건축물의 실내에 목재를 노출하여 거주자의 웰빙을 통한 생활 만족도를 높일 수 있다.