예스24 블로그

우리의 한옥처럼 서양의 전통 방식의 목조 주택이다. 한옥과 비슷한 점과 다른 점이 재미있다

팀버프레임으로 지은 집에서 살아보고 싶다

본문요약

그 집에 들어서면…

팀버프레임 건축은 조금 특이한 구석이 있다. 팀버프레임주택은 겉에서 보기에는 일반 목조주택과 큰 차이가 없다. 하지만 집 내부에 들어서면 팀버프레임 골조가 보여주는 드라마틱한 광경에 잠깐은 발을 멈추게 된다

화려하게 화장을 입힌 집들하고는 차원이 다르다는 느낌이 든다. 팀버프레임주택에 가면 일단 편안하다. 화려한 것과는 조금 다른 기품이 느껴진다. 목재에서 배여 나오는 은은한 색감, 질감, 그리고 나무향기… 그것은 하나의 거대한 가구이다. 그래서 우리가 한옥에서 느끼는 것과 많이 닮아 있다. 그래서 나는 항상 주택을 설계할 때면 가능한 범위에서 화려한 장식을 배제하려 노력한다

프레임 디자인에서 설계, 엔지니어링, 레이아웃, 커팅, 레이징, 피니싱까지 팀버프레임의 전 과정

PART 1 팀버프레임 입문

로그케빈 제주: 팀버프레임 지붕틀. ALC에 적용된 킹포스트 트러스 지붕틀, ALC 주택임에도 목조주택 요소가 강하게 느껴진다. 사용 수종은 미송, 구조는 린스트럭쳐와 펄린시스템이다

Chapter 1. 목골건축 팀버프레임

팀버프에임은 서양식 목골건축을 말한다. 고대로부터 대대로 이어져 내려온 서양의 목조건축 기술이다. 우리네 한옥처럼

간단히 말하자면 짜맞춤구조의 서양식 목골건축이다

지금까지 단지 하나의 나무 조각에 불과하던 부재들이었지만 이제 팀버프레임으로 다시 태어나는 Phoenix처럼, Pygmalion의 그녀처럼

목재의 연결에 있어서 이 같은 짜맞춤 연결방식은 각 부재를 연결하는 가장 이상적인 결합법이다

도브테일 = 나비장(한옥) 결구방법

팀버프레임주택은 통상 10년에 한번 리 피니쉬를 하고, 30년에 한번 리노베이션을 한다. 그리고 잘 완성된 프레임의 내구연한은 대략 300년 이상을 바라본다

1mm의 오차도 허용하지 않는 정교함

한옥과의 차이점

1. 한옥은 대부분 Standing Structure(보가 기둥 위에 얹혀 지는 구조)가 주로 사용되며 비교적 단순하고 정형적인 구조와 외형을 가진다. 이에 반하여 팀버프레임은 스탠딩 스트럭쳐뿐만 아니라 Lean Structure, Truss, 절충형 구조 등 좀 더 다양한 구조적 형태를 가진다. 외형에 가장 큰 영향을 주는 지붕각과 패턴에서도 훨씬 다양하다. 따라서 2,3층 건물은 물론 5층 이상의 다층건축도 손쉽게 건축할 후 있다. (단 3층 이상 다층건축일 경우 국내 건축법의 제한이 따른다)
2. 형태적으로 한옥은 곡선 지향적이며 자연적인 선이 자랑이며, 팀버프레임은 기하학적이고 직선적인 맛이 있다. 또 처마를 예로 들어볼 때 목재의 부후를 방지하기 위해 한옥은 처마를 되도곩 기둥 밖으로 멀리 내보내는 방법을 택한다. 같은 이유로 겹처마 등이 발달하였으며 이것은 낙수에 의한 기둥뿌리의 부식을 방지하고자 하는 고려이다. 이것이 결과적으로 한옥의 가장 특징적인 디자인 형성을 만든다. 이에 반하여 트러스 구조가 기본인 팀버프레임은 Flare를 제외한 대부분의 서까래들은 기둥 선 밖을 넘지 않으며 따라서 목구조를 보호하기 위해서는 화학적 방호책을 추가로 고려한다
3. 부재의 사용에 있어서 팀버프레임은 한옥과 비교해 길고 상택적으로 가는 목재를 사용하며 가공 형태도 원기둥을 많이 사용하는 한옥에 비하여, 팀버프레이밍은 사 면의 각을 친 제재목을 주로 사용한다
4. 생활 패턴을 고려해 팀버프레임은 입식을 기본바탕으로 하고, 한옥은 좌식 생활 패턴이 기본이 되므로 그에 맞게 설계된다. 창문 턱과 천장 레벨을 예로 들어 보았을 때 한옥은 방바닥에 좌식으로 앉은 높이를 기준으로, 팀버프레임은 의자에 앉았을 때의 높이가 기준이 되어 적정비율을 정하게 된다. 새로이 입식 생활 패턴에 맞추어 설계되는 한옥이 제 멋을 가지려면 기존의 처마선보다 처마를 조금 더 내밀어야 비율상 적정하게 된다.(기둥뿌리와 처마선의 각도가 약 30도를 이루어야 한옥의 맛이 적정한 비율이다)
5. 공간 활용 면에서 보면 팀버프레임은 한옥과 비교해 조금 더 효율적인 평면을 얻을 수 있다. 2,3층 등의 다층구조를 이루기가 보다 쉬우며, 지붕각을 크게 하고 린 스트럭쳐(두 래프터가 서로 기대어 구조를 이룬다)를 사용할 시 박공 부분을 방이나 창고 등으로 활용할 수 있는 이점도 있다. 또한 같은 규모의 건축에서 볼 때 팀버프레임이 목재를 더 적게 사용해 목재 활용면에서 좀 더 효율적이다
6. 프레임 설계 시 엔지니어링을 통하여 계량적인 객관성을 갖는 등

라궁호텔, 경주, 한옥의 현대화에 성공한 대표적인 곳이다

옛 골조를 그대로 이용하여 barnhouse (고 건축의 골조를 뜯어내어 다시 짓는 것) 형태로 새로이 지어지고 있다

10세기경에 이르러 주춧돌과 토대의 사용이다. 간단한 이 발명으로 인하여 프레임의 내구성과 수명이 획기적으로 늘어나게 되었다

Brace: 버팀재 또는 죔새

Post & beam 구조의 팀버프레임과 대별되는 북유럽의 횡치식(부재를 세우는 방식이 아닌 옆으로 눕혀 쌓는 방식) 건축인 Loghouse

Loghouse

1. 주로 벽체를 구축하는 데 기술의 중점을 둔다
2. 주로 목재의 양 끝단에서 Notch(서로 직각으로 교차하는 곳의 맞춤)

현대식 팀버프레임에서 많이 채택되고 있는 스킨(벽)자재는 일종의 샌드위치패널로써 스티로품과 같은 경질 단열재와 합판의 조합으로 된 SIP(structural Insulated Panel)라는 패널을 사용한다. 기존 프레임의 대부분이 인필드시스템으로 되어있는데 반하여 현대프레임은 아웃필드형식을 대부분 채택하고 있다. 이 형식은 공법상 프레임 외부를 스킨재로 감싸는 방법으로 프레임이 외부에 노출되지 않는다. 결과적으로 외부에서 프레임을 볼 수 없게 되지만 내부에서는 프레임 전체가 드러나 훨씬 볼륨 있는 분위기를 연출한다. 또한 프레임이 스킨재로 완전히 보호될 수 있으므로 내구성이 획기적으로 늘어나게 된다. 또한 가장 중요한 요소로는 이 공법을 사용하게 되면 단열성능이 일발 경골목구조에 비교해서도 훨씬 뛰어나게 된다는 것이다. 팀버프레임이 재등장하게 된 가장 큰 원인 중 하나가 이 스킨재의 사용이다

서울 시민의 숲 생태 습지원: 조이너리 중 30%는 철물로 70%는 전통방식. 글루램을 사용하지 않고 순수 솔리드목재를 이용한 프레임

팀버프레임 건축의 주재료는 목재이다

Solid wood, 천연원목. 라미네이트 목재인 글루램과 대비해 부르는 명칭

천역 목재의 결점: 옹(Knot)이나 웨인(Wane), Crack, Shake

목재 재료의 장점 (그래서 외유내강한 건축이 된다)

1. 인체에 독성이 없다
2. 질감은 부드럽고 따뜻하다
3. 빛깔은 온화하다
4. 피부에 직접 닿고 있어도 거부감이 없다
5. 위에 누워 잘 수도 있다
6. 심지어 먹어도 별 탈이 없다
7. 스스로 습도를 조절하는 성질이 있다
8. 음향적으로도 잡음을 흡수하여 집 내부를 포근하게 만든다
9. 문양은 전체적으로 같은 톤을 띄지만 고유의 무늬가 있어서 자연스럽다

팀버프레임의 우수성

1. 구조적인 튼튼함과 아름다움
2. 높은 단열성과 내화성능
3. 따뜻함과 친환경적 건축

집을 디자인을 할 때에도 그때그때의 시류에 편승하지 말고 기본에 충실하며 편안하고 원초적인 것이 좋은 집이 아닐까 한다

엄밀히 말하자면 팀버프레임 건축 자체와 단열성능과는 큰 상관관계가 없다. 하지만 팀버프레임 건축에서 통상적으로 쓰이는 스킨재로 SIP, SSP(StressSkin Panel)라는 패널자재가 많이 쓰이는 데, 원래 냉동창고용으로 제작된 이 재료는 구조적으로는 조금 취약하지만 아주 높은 단열성능을 가지고 있다. 따라서 이 패널이 팀버프레임과 함께 사용한다면 팀버 골조의 튼튼함과 높은 단열성능의 두 재료가 서로 보완되고 잘 융합된다

외부 패널링 공법은 또 한 가지 이점이 있는데, 항상 습기나 외기로부터 보호되어야하는 목구조의 속성상 습기가 배재된 상태를 유지할 수 있게 되어 프레임의 수명에도 아주 좋아서 프레임이 더욱 튼튼하고 아름답게 유지되는 일석 삼조의 효과를 가진다

중목구조의 건축은 화재의 확산속도가 느리고 유독가스를 발생하지 않으며 화재발생시에도 쉽게 붕괴 되지 않아 충분한 대피시간을 제공한다

목재의 주 원소는 탄소로써 공기 중의 많은 양의 CO2를 고체 형태로 붙잡아두게 되는 데 목조 건축물은 이러한 목재를 대량 사용하게 되고 결과적으로 CO2의 2차적인 저장고의 역할을 한다

팀버프레임의 가장 큰 멋은 무엇보다도 당당하게 서 있는 골조이다. 팀버프레임 건축은 골조 자체를 숨기지 않고 낱낱이 드러내 보이고 있기 때문에 일반적인 건축과 다른 어려운 점이 많다. 하지만 동시에 가장 큰 장점이 되기도 한다. 골조가 드러난다는 점은 최초의 공정이 최종 마무리에 이르기까지 연결되어 있다는 것을 의미한다

PART 2 팀버프레임의 이해

팀버프레임은 우리네 한옥과 마찬가지로 중목구조의 건축이지만 프레임을 구현해가는 방법ㅇ 있어서 그 근본적인 아이디어가 완전히 다른 곳에서 출발한다. 예는 벤트구조는 수직벽체이다

한옥과의 차이점

1. 벤트는 먼저 지상에서 조립한 후 이것을 세워서 박공의 벽체를 만들고 또 다른 벤트를 세운 다음 이 두 벤트를 연결하여 프레임을 만들어 나간다
2. 다층구조로 건축물을 짓기 위한 시도에서도 이런 차이는 계속 확대되어 구조적 안정을 꾀하기 위하여 보다 직접적으로 부재를 활용한다
3. 인장력에 대응하기 위한 조이너리가 발달되었다

부재의 용어의 단순한 이해에서 벗어나 부재들의 사용처와 전체 프레임의 일부로써의 역할 등을 연관지어 보는 것이 좋은 방법이다

팀버프레임에는 동양식 가구구조와 같은 스탠딩 스트럭쳐도 있지만 여기서는 팀버프레임을 벤트구조를 예로 들었다

서양식 목골건축의 가장 특징적인 구법으로 벤트를 들 수 있는데, 이것은 ‘줄지어 선 보’ 즉 ‘보 열’ 정도로 번역할 수 있다

Bent는 땅에서 조립한 후 세워지게 되며 이 벤트가 프레임의 기준선으로 설정된다

Bay: 한옥구조상으로는 ‘보 칸’으로 번역할 수 있다. 통상 아파트 등에서 2베이, 3베이라고 칭하는 그 베이 개념의 원형이다

Aisle: 벤트를 가로지르는 공간. ‘도리 칸’으로 번역할 수 있다

팀버프레임 부재

포스트/크라운 포스트/킹 포스트/퀸 포스트

Beam: 보, 도리 등 수평부재의 총칭이다. 빔은 플레이트, 거트 등으로 세분된다

Sill: 토대, 현대 프레임에서는 주로 방부목 등을 이용하여 부분적으로 사용되거나 생략되는 경우도 있다

Bent Girt: 보 부재, 포스트와 연결하여 벤트를 구성한다

Connecting Girt: 벤트와 벤트를 서로 연결하여 주는 빔. 굳이 한옥의 예를 들면 평방, 창방 등과 같은 역할

Plate: 래프터를 받아주는 도리부재

Tie Beam: 트러스나 린스트럭쳐에 있어서 인장력을 담당해주는 빔 부재

Anchor Beam: 퀸포스트 등에서 포스트의 간격을 유지시켜주는 버팀보

Summer Beam: 멍에의 일종, 조이스트의 하중을 모아 빔 부재를 전달한다

Joist: 장선, 바닥 하중을 빔부재에 전달한다

지붕부재들 역시 한옥구조에서 도리는 서까래 밑에 위치하여 서까래의 하중을 받쳐주는데 비하여 펄린은 프린시펄 래프터에 연결되어 서까래의 역할과 같이 지붕의 하중을 받아준다. 따라서 역할상 횡으로 설치된 서까래라고 볼 수 있다. 또 프린시펄 래프터 트러스나 벤트를 이루어 펄린 등의 하중을 포스트 등에 전달하는 부재이다. 한옥에서는 없는 부재이며 서까래와 형태상으로는 유사하지만 보의 역할의 일부를 담당

Purlin: 보통 도리라고 번역

Principal Rafter: 대서까래

Common Rafter: 서까래. 지붕의 하중을 릿지와 플레이트 등으로 전달

Ridge: 용마루보. 지붕 중앙 제일 윗단에 위치하여 펄린의 역할을 하며 스탠딩 스트럭쳐에서는 서까래의 하중을 받아 프린시펄 래프터나 킹포스트로 전달한다

서로 다른 두 지붕이 만나게 되면, 지붕이 서로 만나는 면은 벨리나 힙을 이루게 된다

Regular Hip or Valley라고 말하며 평면도 상에서 45도 표현된다

힙 래프터: 추며, 한옥에서는 팔작지붕 형태가 주종을 이루며, 팀버프레임에서는 모임지붕 형태가 월등히 많다

Vally Rafter: 골 추녀

Jack Rafter: 귀서까래

가세의 두 종류, 니브레이스와 스트럿이다

니브레이스 역할은 보통 포스트와 빔 부재를 연결하여 삼각형 구조를 이룸으로써 두 부재가 서로 직각을 유지하게 하여 주는 역할을 담당한다

스트럿의 역할은 압축력을 받는 곳에 사용하여 하중을 버텨주기 위하여 사용하는 부재

해머 빔 구조는 중간 기둥을 생략할 수 있어서 넓은 공간을 만들 수 있는 특징이 있다. 제작에 있어서 다소 어려움이 따르지만 결과물이 아름다워 많은 프레이머들이 도전하는 과제이다

Hammer Beam: 해머 빔 구조의 수평부재

Hammer Post: 해머 빔 구조의 수직부재

팀버프레임 구조에 대한 여러 가지 분류와 용어가 나타나지만 대략 세 가지 관점

1. 지붕을 포함한 전체적인 골조구성에 대한 분류

• 스텐딩 스트럭쳐
• 린 스트럭쳐
• 절충형 스트럭쳐
• 트러스 스트럭쳐

2. 서까래의 구성에 의한 분류

• 펄린 구조
• 래프터 구조

3. 다층 구조를 이룰 때 축조 방법에 의한 분류 등

• 벌룬 구조
• 플렛폼 구조

구조가 지양하는 목표는 효율적인 목재의 이용과 넓은 이용 공간을 창출하는 것이 주요 목표

목재의 굵기와 길이가 제한적인 만큼 가용한 자원을 충분히 이용하여 하중의 집중을 피하여 구조를 안정시키고 결과적으로 보다 넓고 큰 공간을 만드는 것은 생각만큼 간단한 일은 아니다

스탠딩 스트럭쳐

1. 자립 구조
2. 통상적으로 보가 기둥 위에 얹혀 지는 구조형식

한옥을 예로 보면 용마루 보는 대공에 의해 받쳐지며 대공은 대들보에 의해 받쳐진다. 대들보는 기둥 위에 놓이고 모든 하중이 기둥을 타고 기초로 전달된다. 팀버프레임에서도 동일한 개념이다. 지붕의 하중은 서까래를 거쳐 릿지와 플레이트에 집중되며 킹포스트나 퀸포스트, 벤트 빔을 거쳐 포스트에 전달된다. 따라서 릿지와 플레이트 그리고 대공을 받쳐주는 빔의 엔지니어링이 관건이다

린 스트럭쳐

지붕 구조를 린 스트럭쳐로 만들면 지붕 밑 박공부분을 건축면적으로 활용하는 데 훨씬 유리하다

구조 공학상 린 스트럭쳐는 기대기 구조이다

예각의 지붕각이 지배적으로 나타나게 된 것은 미적인 면이 아니라 구조와 건축면적의 효율적 활용에 따른 필연적인 결과였다. 또 높은 지붕각에 대하여 위와 같이 공간의 효율적 이용에 따른 구조적 이유가 더 크다는 것이 설득력 있다

기본적으로 팀버프레임에서는 압축부재보다는 인장부재의 엔지니어링과 장부설계에 보다 깊은 고려가 필요하다

타이빔 끝단을 강화시킬 수 있는 방법이 많이 고려되는 데 이 방법 중 가장 흔히 쓰이는 방법으로 타이빔 끝단의 길이를 연장시켜 지지 면을 늘려주는 방법

절충형 스트럭쳐

절충형태의 구조는 린 스트럭쳐를 기본으로 일부 스탠딩 스트럭쳐와 혼용된 형태로 나타난다

트러스 스트럭쳐

트러스는 전단력을 배제하고 부재의 압축력과 인장력으로 구조 계산을 하게 된다

중간에 기둥을 생략하여 만들어지는 이런 트러스는 기존의 골조와는 확연히 다른 넓은 공간을 제공해 준다

해머빔트러스는 골조 그 자체만으로도 충분히 장식적이다

펄린구조

펄린구조에서 지붕의 하중은 펄린이 받아 프린시펄 래프터에 전달 한 후 포스트로 보낸다

래프터구조

한옥의 가구구조와 거의 유사하기 때문에 이해하는 데 어려움은 없다

래프터 형식의 특징은 래프터를 길게 내어 처마를 내밀 수 있다

벌룬구조

다층 목구조에 있어서 벌룬 스트럭쳐냐 플렛폼 구조냐 하는 문제는 다층의 구조를 하나의 벤트로 짜서 일괄적으로 세울 것이냐 한 개 층을 먼저 세운 후 다음 층을 그 위에 세울 것이냐의 문제이다. 플레이트가 포스트 위에 놓여질 것인가 아니면 포스트 중간에서 연결할 것인가 하는 문제이다

벌룬구조는 포스트가 단일 부재로 다층을 형성하는 구조

장점

1. 기본 구조상 각각의 층이 분리 조립되는 플랫폼구조보다 구조적으로 보다 안정된 구조를 이룰 수 있다
2. 목재의 수축에 대한 이점
3. 긴 목재를 보다 효율적으로 사용

단점

1. 포스트로 사용하는 부재는 목재의 길이가 가지는 한계성 때문에 2층 이상의 구조는 거의 사용하지 못한다
2. 긴 부재를 치목하게 되면 다루기가 수월치 않고 조립 역시 힘들다

플렛폼구조

플렛폼구조에서 층간의 결속력은 떨어지게 된다

비교적 단목을 사용할 수 있어 조작과 조립이 편리한 것이 장점

미송이라는 것은 단순히 미국산 소나무를 말하는 것이 아니라 미국에서 수입한 침엽수 수종군 전체에 대한 총칭이다

Spruce, Douglas Fir, Hem Fir, Pine 등

한옥 목수들은 홍송을 잣나무로 일컫는 데 반하여 일반적으로 목재상에서 발하는 홍송은 더글라스 퍼를 말한다

오크(참나무:Oak)

화이트 파인 (소나무:White Pine)

더글라스 퍼 (홍송:Douglas Fir)

스프러스 (가문비나무:Spruce)

옐로우 파인 (Yellow Pine)

햄락 (전나무: Hemlock)

하드우드는 활엽수를 말하고 소프트우드는 침엽수를 칭한다

팀버프레임에서 사용하는 목재의 대부분은 소프트우드이다. 하드우드는 곧고 긴 대경 목재를 구하기가 어렵고 목재 자체는 단단할지 모르지만 잘 쪼개지고 변형이 심한 등의 성질이 있어 팀버프레임용으로는 과히 좋지 않다. 팀버프레임에 쓰이는 거의 유일하게 하드우드수종으로는 오크이다

산옹이는 목재 줄기에 난 가지의 기부의 흔적이 옹이이다. 계속 목재의 줄기와 성장을 같이 하던 가지가 남긴 옹이는 산옹이가 되고 여러 가지 이유로 가지가 성장을 멈추게 되면 줄기는 계속적인 성장을 하는 반면 연결된 가지는 성장이 멈추어 줄기에 파묻히게 된다. 이렇게 형성된 옹이는 죽은 옹이가 된다

산옹이라도 압축부에 사용되는 것은 인정된다 하더라도 인장부에 쓰이는 것은 되도록 피해야 된다

목재 무늬결에 대한 강도는 곧은 결이 측면에 위치할 때가 가장 강하다

QUARTER: 柾材 곧은결을 가진다

SLAB: 板材 둥근결을 가진다

어린 나무 부분은 밀도가 낮고 따라서 나이테 간격이 크다. 어린나부 부분을 미성숙재라 하며 밀도가 높은 부분을 성숙재라고 한다

미성숙재는 변형이 심하여 활엽수는 성숙재의 5배, 침엽수는 10배 정도의 수축율 차이가 발생한다

통상 목재 심부에서 30년 안쪽의 목재를 미성숙재라고 보는데 목재를 제재할 때에도 이 부분을 제외하고 제재하는 것이 좋은 목재를 얻는 요령이다

나이테 폭이 큰 쪽이 반응재이고 좁은 쪽이 정상재 혹은 대응재이다

침엽수는 인장반응재이고 활엽수는 압축반응재이다

미성숙재는 비정상재 성숙재는 정상재

성숙재와 대응재가 정상제이며 미성숙재와 반응재가 변형이 심한 비정상재이다

목재의 밀도, 강도

1. 인공조림목 < 천연재
2. 춘재 < 추재

춘재: 봄에 자란 목재. 세포가 크며 세포벽이 얇다

추재: 여름에 자란 목재. 세포가 작고 세포벽이 두껍다

동일한 삼판에서 벌목된 목재를 볼 때에 북사면의 목재가 남사면의 목재보다 추재의 비율이 높고 따라서 밀도가 높다는 것을 말한다

목재의 변형에 대한 보다 깊은 이해가 요구된다

양질의 목재를 얻으려면 한 목재 내에서 변재와 심재를 섞지 않는 선에서 제재해야 한다

고재 역시 나무인지라 주변의 습도에 영향을 받아 정도는 약하지만 변형이 일어난다

살아 숨 쉰다. 그래서 또 나무가 좋은 것이다

물리적인 방제는 목재를 수분으로부터 격리 즉, 슁글이나 루버, 사이딩, 빌딩 페이퍼 등으로 수분과 햇빛을 목재로부터 물리적으로 차단시키는 방법

화학적 방제는 오일스텐이나 방부액을 사요한 방부처리, 자외선 차단재의 도포 등 화학약품을 사용하여 방제하는 것

목재는 제제 후 6개월 내에 모든 변형의 90%가 이루어지며 최초 8주에서 12주 정도면 그 변형의 대부분이 일어나게 된다

최소한 급격한 건조는 피해야 한다

숙성방법

1. 최소 6주에서 8주간의 숙성시간을 지킨다
2. 적재 시 1인치 정도의 상기와 간격을 둔다
3. 햇빛이 직접 들지 않고 공기의 흐름이 좋은 곳을 선정한다. 또 표면이 바짝 마르면 간간히 표면에 물을 뿌려준다
4. 페인트로 마구리면을 도포하여 숨구멍을 막아준다
5. 오일스테인으로 표면을 처리한다. 오일스테인 등으로 표면을 처리하게 되면 청태도 방지하고 우천으로부터 보호도 된다

PART 3 프레임의 설계

목구조 엔지니어링에서 가장 중요한 세 가지 축은 목재(Timber) 자체와 가구구조(Structure) 그리고 연결구조(Joinery)이다

포스트와 빔 그리고 브레이스 각각 세 가지 부재가 서로 연결되어 삼각형의 형태를 이루면 프레임의 구조체는 안정된 구조를 이룰 수 있다

프레임 설계 시 모든 브레이스는 서로 대칭되게 양방향으로 설계하는 것이 기본

브레이스의 역할은 횡력에 대한 것만을 고려해 넣는다

통상적으로 롱브레이스의 각도는 60도를 기준으로 설계

브레이스는 설계 시 벽체를 만드는 데 있어서 커다란 장애요소로 작용하며 창호를 내는 데 있어서도 서로 간섭하게 된다

경략목구조에서 OSB합판을 이용하여 스터드와 플레이트를 못으로 결합하게 함으로써 횡력에 저항토록 설계한다. 이것을 전단벽이라고 하며 이 경우 코드에서 지정된 값을 만족하기 위해 개구부의 면적에서부터 사용하는 못의 사이즈와 개수에 이르기까지 규정에 따라 설계와 시공을 해야 한다

프레임이 여하튼 프레임에 가해지는 모든 하중을 분배하여 기초에까지 전달하느냐 하는 문제일 것이다.

목구조에서 이 목표를 달성케 하는 3가지 기본적인 요소

1. 목재 자체의 강도 (Timber Strength)
2. 골조 디자인(Structural Design)
3. 결구방법(Joinery)

골조디자인은 결구법이다

사하중과 설하중, 횡력 그리고 그 세가지가 합쳐진 복합하중

사하중은 목부재 자체의 무게에 의한 하중

설하중은 겨울철 눈이 왔을 때 눈 무게에 의한 하중

풍하중은 건물의 측방에 대해 미치는 하중으로 보통 바람에 의한 가해지는 하중

하자의 발생은 언제나 부재나 연결부에 있어서 가장 약한 부분에 발생하게 된다

올바른 타이의 위치는 래프터를 3등분하여 위에서 2/3 지점 밑에 위치하게 되면 벌어지려는 힘에 대응하는 인장부재로 사용되는 것이며 그 위에 설치되는 경우에는 래프터의 처짐을 방지하기 위한 압축부재로 설계해야 한다

킹포스트 트러스 아래 공간을 중간 기둥 없이 활용할 수 있으며 수평으로 길게 뻗은 타이빔과 수직의 킹포스트가 조화를 이루어 웅장하고 시원한 공간을 만든다

내진 설계를 할 경우에는 주로 펄린구조가 많이 이용

퀸포스트는 중간의 포스트가 두 개 사용되므로 보다 넓은 스팬의 건물을 만들 수 있다. 건물 중앙에 길고 높은 에일을 만들 수 있기 때문에 큰 건물의 경우 이것을 이용하여 계단실이나 통로로 사용하는 경우도 많다

롱 포스트

1. 2층 공간을 사용하게 되는 경우 많이 쓰인다. 건물의 스팬의 중간에 포스트가 놓이게 되므로 보다 큰 스팬의 건물을 만들 수 있다.
2. 거실부를 개방하여 높은 천장의 공간을 만들었다.
3. 거실부와 같이 높은 천장이 필요할 때 2층 바닥의 일부를 오픈하여 높은 천장을 만들 수 있다

해머빔 포스트

1. 중간의 기둥 없이 넓은 스팬의 공간을 만들 때 사용하는 프레임
2. 골조 자체가 조형적으로 아름답기 때문에 스팬을 넓히는 목적 말고도 장식적인 목적으로도 많이 사용된다

씨저 트러스: 기둥 없이 넓은 스팬의 건축을 만든다

킹 포스트와 래프터 시스템은 지붕 전체의 하중이 프린시펄 래프터에 집중 되는 것과는 달리 모든 커먼 래프터에 하중이 분산되게 한다

롱 포스트와 래프터 시스템: 래프터가 건물 외벽 선을 넘어 길게 뻗어갈 수 있기 때문에 더운 지방에 유리하다

퀸 포스트는 릿지는 필요가 없게 되어 생략한다. 중간의 두 기둥이 평면 계획을 방해하는 요소가 될 수 있지만 플레이트의 길이를 늘이는 여러 가지 방법을 사용하여 이런 단점을 극복할 수 있다. 중앙의 에일 공간을 활용할 수 있다

크럭 프레임: 영국의 특징적인 목골건축의 한 형태로 크럭 프레임이 있다. 크럭프레임은 휘어진 목재를 이용하여 프레임을 짠다

조이너리를 설계할 때는 프레임을 구조적으로 안정화시키는 것이 최우선 과제이다. 조이너리를 필요 이상으로 복잡하게 만들지 않는 것이 기본이며 조립 가능성과 목재의 건조에 따른 수축까지를 염두에 두어야 한다

한옥의 장부가 위에서 밑으로 내려 앉히는 결합이 많은 것에 비교해 팀버프레임의 장부는 서로 끼워 넣은 후 펙으로 고정시키는 구조가 많기 때문에 조이너리는 압축력 뿐아니라 인장력에도 대응할 수 있게 되는 것

Mortise and Tenon: 테넌은 장부를 말하며 모티스는 장부구멍을 말한다. 가장 기본적인 결합

Lap Joint: 랩조인트와 하프 랩조인트는 두 부재의 두께가 같지 않거나 하중을 고려하여 안배하고자 할 때 쓰인다

Dove Tail Joint: 안옥에서는 이것을 주먹장이라 한다

Scarf Joint: 잛은 두 부재를 이어 긴 부재를 만들 때 사용되는 결구법

Tusk Tenon & Soffit Tenon: 수평 부재를 결구시킬 때 구조적으로 가장 안정된 연결법. 구조역학적으로 보의 하중에 가장 영향을 덜 미치는 중심축에 모티스와 테넌이 위치하여 구조적으로는 안정되나 조립이 까다로운 단점이 있다

Open Mortise & Tenon, Corner Joint: 모티스엔 테넌의 한 방향을 터 옆으로 끼워서도 조립이 가능하게 변형한 형태. 릿지 없는 래프터 상단의 연결이나 씰 단의 코너부 등에 주로 사용

Rafter Foot: 팀버프레임에서는 프린시펄 래프터에 걸리는 하중이 과중하다. 조이너리 중에서 가장 까다롭고 중요한 부분이다

English Tie Joint: 포스트와 플레이트 타이빔을 동시에 연결한다. 이런 연결법은 가장 강한 연결을 이루어 튼튼한 프레임을 만들 수 있다. 단지 포스트 헤드 연결부의 단면이 커지는 관계로 포스트의 단면이 증가하는 단점이 있다

PART 4 팀버프레임의 시공

톱밥 속에 숨겨진 나무토막들을 밟으면 발목을 접지를 염려가 많다

줄자의 끝단에서부터 측정하지 않고 10cm 선에서부터 측정하는 것이 기본이며 이유는 정밀도를 높이기 위한 방편

Combination Square: 자주 사용하다 보면 헐거워지는 단점이 있기 때문에 정밀도 보다는 견고한 것이 좋다

전동 드릴: 회전수가 느리고 토크가 좋은 저속드릴이 팩 천공에 적합하다. 또 역회전 기능이 있는 저속드릴이면 더욱 좋다.

P B3는 B열 3행에 위치한 포스트

플랫폼구조로 2층에 똑같은 위치에 기둥이 위치한다면 P2 B3

CG는 Connecting Girt

BG는 Bent Girt

T는 Tie Beam

ST는 Strut

KB는 Knee Brace

PR은 Principal Rafter

Mill Rule: 도면에서와 똑같이 목재를 정치수로 재단

Mapping Rule: 가장 일반적으로 사용하는 레이아웃 방법으로 목재의 오차를 일일이 기록해 두었다가 연결되는 목재를 가공할 때 다시 하나하나 그 오차만큼 더하거나 빼가면서 레이아웃 하는 것

하지만 이 정도 오차라면 부재는 결합이 불가능하다. 경험해본 결과 1~2mm 정도면 어떻게 가능도 한데 3mm 오차라면 특히 브레이스와 같이 삼각형 구조를   이루는 부재라면 더욱더 조립이 불가했다

Square Rule: 목재를 아예 조금 크게 재단한 다음 목재끼리 연결되는 부분만 정치수로 다듬어 치목하는 방법

서양식 목조건축에서 기준선은 항상 외곽선을 기준으로 삼는다

모든 마감은 프레임이 수축한다는 가정 하에 마감처리 해야 한다

원형톱을 사용할 때 주의할 점은 항상 원판과 톱날의 직각을 살피라는 것이다

톱날이 목재를 지나갈 때 목재 섬유질이 약한 목재들은 목재 끝부분의 이빨이 잘 떨어진다는 것이다. 이 점을 염두에 두고 항상 작업칼로 마킹을 확실히 해 주어야 한다

톱날의 깊이도 자르기 전에 계속 점검할 사항이다

끌로 장부를 팔 때는 레이아웃 선에서 3mm 정도 안쪽에서 작업을 시작하여 장부를 펴고 난 다음 재차 레이아웃 라인을 재가동하여야 의도한 대로 정확하게 작업을 할 수 있다

암장부의 깊이는 숫장부보다 5~10mm정도 깊게 판다

완전히 가공된 부재들은 샌딩, 오일스테인 등 표면 마감처리를 하게 된다

레이징 후에는 되도록 빨리 지붕을 덮어 우천으로부터 프레임을 보호해야 한다

조립 후 펙 작업 커넥팅 커트, 플레이트 등은 조립 후 펙을 삽입하여 견고하게 고정한다

팀버프레임은 SIP 혹은 SSP(Structural Insulated Panel, Stress Skin Panel)이라는 재료로 벽체를 구성하게 됨으로써 기존 목조주택보다 월등한 성능의 단열성과 기밀성을 보장해주는 팀버프레임 주택을 지을 수 있게 되었다

SIP는 두 장의 합판 사이에 하드단열재인 우레탄보드나 EPS 등을 적층하여 만든 자재로 원래는 냉동창고에 사용하려 개발된 자재이다

구조적인 역할이 필요없는 팀버프레임의 경우에는 방풍과 방수, 방음 그리고 단열성능 등이 벽체를 선택하는 가장 중요한 요소가 된다

스터드와 플레이트 자체를 실내 습기가 통과하지 못하게 완전히 비닐 시트로 밀폐시켜 시공하며 더 나아가 혹시하고 있을 수 있는 벽체내의 습기를 외부로 유도하기 위한 구멍을 외부 합판에 군데군데 뚫어 놓는다

경량 목구조는 단열에 있어서 몇 가지 문제점을 안고 있다. 가장 큰 문제점은 스터드 자체의 단열성능이 떨어진다는 것

상대적으로 가격이 싸기 때문에 사용될 따름이다. 유리섬유 단열재는 공기의 흐름을 막아주거나 잡아두는 역할은 전혀 하지 못하다

경량목구조의 유리섬유 단열은 나쁘지는 않지만 최선의 선택은 아니라는 것이다

In-filled System

1. 인필드 형식1: 골조가 외부에 노출되며 벽체면은 골조와 같은 레벨이거나 내부로 들어가서 시공된다.

골조가 외부로 노출되어 열화되기 쉬우며 수축으로 인한 벽체와 골조간의 틈새가 예상되기 때문에 방풍 시공을 위한 대책이 강구되어져야 한다

2. 인필드 형식2: 단열 두께를 보강하기 위하여 외부에 하드형 단열재를 덧붙여 시공

인필드 형식의 가장 큰 제약 요소는 목재의 수축이다

이렇게 시공된 벽체는 팀버 기둥이 수축하게 됨에 따라 벽체와 팀버 사이에 틈이 생기게 되고. 이런 틈을 실란트로 메우게 되는 데, 대략 3년 정도의 시간이 흐르고 나면 팀버는 안정화되어 더 이상의 심각한 수축이 일어나지 않게 된다

기둥의 직경이 굵을수록 틈새의 크기가 커진다. 홈파기를 활용하는 방법 등으로 이런 단점을 보완해야 하지만 수축으로 인한 틈새가 벌어지는 것은 근본적으로 막을 수는 없다

문제점을 보완하는 방법으로 벽체 외부에 또 하나의 단열, 방수층을 형성하는 방법으로 흔히 외 단열형식을 추가하는 방법이 있다

추가하여 고민해야 할 점은 전기 설비 라인의 고려인데, 인필드 시스템은 골조 중심부에 구멍을 내던지 외부에 일부 홈을 내어 배선 통로를 내어야 하기 때문에 골조의 일부를 훼손시켜야 하는 단점이 있다

외부 경량목구조 벽체를 팀버프레임 외곽에 설치, 단열성능을 높인 공법: 미리 고려해야 할 점들이 많은 관계로 기존의 스틱프레임 시공단가로는 동일하게 적용하기 힘들다

수직 스터드 형식의 시공 상 불편을 개선하기 위하여 고안된 방법: 수평으로 스터드를 세우는 방식

하드형 단열재를 시공하는 만큼 맨 아래 단에서 하드형 단열재를 받아 줄 수 있는 2*12” 실이 필수적으로 설치되어야 한다

단열재를 설치할 때 하드 형식이므로 기밀성을 고려하여 단열재와 스터드 사이를 우레탄 폼 등으로 밀실하게 충전해야 한다

습기 차단을 위한 비닐이 석고보드 시공 전에 이루어져야 한다. 전기 배관은 하드 형태의 단열재를 사용하므로 약간 까다로운 면이 있는데 배선을 위한 공간을 고려해서 단열재를 배치한다

하드 단열재 지붕

1. 덱킹은 우선 T&G 형태로 가공된 구조목을 사용하여 펄린이나 래프터 위에 단단히 고정시킨다
2. 이 덱킹 위에 방습지를 시공한 후 곧바로 하드형 단열재를 시공한다. 연결부를 테이프로 밀실하게 마감한다.
3. 이 후 이 연결부 위에 네일러로 2*4 각재를 사용하여 시공해 주는데, 네일러가 단열재와 덱킹을 통과하여 프레임 부재까지 잘 고정될 수 있도록 한다

래프터 형식 지붕

하드형 단열재를 시공하는 경우에는 기밀을 위하여 단열재와 래프터 사이의 공간에 우레탄 폼 등의 처리가 요구되며 반면 블랏켓형으로 시공할 경우 공기 통로를 형성하기 위한 조치가 강구되어야 한다

SIP패널공법

SIP는 패널 각각의 강도는 높지만 패널 길이를 초과하는 스팬에서는 패널들은 서로 이어주어야 하는 데 이런 이음 부위를 갖는 구조에서는 구조적으로 취약성을 가질 수 밖에 없다

SIP 선정 시 고려할 사항

1. 패널 자체의 강도와 탄성을 가져야 한다
2. 패널의 재료끼리 박리가 일어나지 않아야 한다
3. 성능저하가 일어나지 말아야 한다
4. 투습력이 낮아야 한다
5. 단열 성능이 높아야 한다
6. 화재 시 난연성, 내구성은 물론 유독성물질의 분출이 없어야 한다
7. 시공성이 좋아야 한다
8. 가격은 기타 공법에 비하여 합리적인 수준의 자재이어야 한다

벽체 시공 시 넓이 1m 이상의 창호나 높이 1.5m 이상의 창 비교적 작은 규모의 창문을 시공할 때는 패널 연결부위와 간섭에 의하여 보강을 한다

호 개구부에는 반드시 구조재로 보강을 해 주어야 한다

내부의 단열재가 외기로 노출되어선 안 된다

핫루프는 패널 위에 지붕 방수 쉬트를 적용한 후 곧바로 지붕 마감재를 시공하는 방법

골드루프는 지붕 패널 위에 쫄대와 합판으로 공기의 흐름이 이루어 질 수 있는 에어벤트를 만들고 그 위에 지붕 마감재를 적용하는 공법이다

콜드루프 시공은 추가적인 비용이 다소 들더라도 2중으로 방수가 가능하며 단열에도 유리한 장점이 있다

팀버프레임은 기본적으로 골조와 스킨이 분리시공이 가능하다

스킨재료로써 황토벽, 조적, ALC 심지어 요즘 새로이 등장한 스트로베일 등 갖가지 재료들로 시공이 가능하다

단지 조적조 등 이질의 재료로 스킨을 적용할 때 주의해야 할 사항은 조적벽체와 프레임과 팽창계수가 다르고 목재의 수축으로 인한 변형을 고려하여야 한다

조적벽을 적용할 경우에는 조적 벽체와 프레임 사이에 적당한 유격을 주어야 한다

하지만 대세는 역시 SIP와 경량목구조가 아닌가 싶다