목재-콘크리트하이브리드건축

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목재-콘크리트

하이브리드(Hybrid) 건축

하이브리드 건축이란? 2

목재-콘크리트 하이브리드 건축의 종류 3

목재가 다른 재료와 같이 사용될 경우의 장점 4

목재 제품의 품질과 내구성 4

기술적 성능 5

건축적 유연성 5

하이브리드 건축 사례 6

다층 건물: 콘크리트 지층 + 목구조 상부층 6

콘크리트/조적조 건물 + 목구조 지붕 8

평지붕의 개축 9

새로운 층의 증축 10

단열성능의 향상 12

목조 비내력 외벽(Infill Wall)과 칸막이벽 14

일반적 고려 사항 15

건축 법규 16

수평하중 저항 시스템 16

화재 안전 17

치수 변화 17

목재 트러스 18

목재-콘크리트의 접합 18

목재 벽-콘크리트/조적조의 결합 18

목재 지붕-콘크리트/조적조의 결합 21

결론 22

캐나다우드 연락처 24

하이브리드(Hybrid) 건축이란?

일반적으로 하이브리드는 상이한 요소들의 조합을 의미하며,

건축에서 하이브리드라 함은 다른 재료나 기술의 조합을

의미합니다. 이 책자에서 하이브리드라 함은 경골목구조와

콘크리트/조적조의 조합을 의미합니다(사진1). 설계자는 목재와

콘크리트/조적의 가장 좋은 특성을 조합한 하이브리드 건축을

통하여, 한 가지 재료만으로는 어려운 높은 성능과 경제성,

거주자의 만족도를 달성할 수 있습니다.

사진 1 (출처: 캐나다우드) 목구조와 콘크리트/조적조를 조합하는

많은 방법이 있습니다. 이 프로젝트의 경우 1층 콘크리트 구조가

상부 경골목구조 층들을 지지하고 있습니다.

경골목구조 건축은 북미에서 오랫동안 안전하고 쾌적한 주택을

공급하는 중요한 역할을 해왔습니다. 경골목구조 기술은 방 한

연구와 규정 개발, 현장 경험 등에 의해 어떠한 기후 조건과

성능 기준도 만족시킬 수 있는 신뢰성과 내구성이

입증되었습니다. 이러한 경골목구조의 성능과 쾌적성,

경제성으로 인해 아시아와 유럽에서 경골목구조 건축에 한

관심이 높아지고 있습니다. 예를 들어 중국은 목조설계기준(GB

50005-2003)을 제정하여 경골목구조 건축의 장점을 살릴 수

있도록 하 으며, 경골목구조 건물이 안전하고 시공될 수 있는

기반을 제공하고 있습니다. 이에 더해, 아시아에서 축적해온

콘크리트/조적조 건축의 경험은 경골목구조 건축과 쉽게

조합되어, 증축이나 성능과 쾌적성, 외관 등을 향상하는데

적용할 수 있습니다.

주요 건설 공법 중 경골목구조는 자중에 비해 가장 큰 강도를

제공합니다. 경골목구조는 가볍기 때문에 기초에 한

요구사항을 완화시키고, 동일한 기초 위에 더 높은 건물을

시공할 수 있습니다. 기존의 기초가 콘크리트 또는 조적으로

증축할 경우 증가하는 무게를 지지할 수 없는 경우에도

경골목구조로 증축하면 주거공간을 추가로 확보할 수 있습니다.

이 책자에서는 경골목구조를 콘크리트/조적조와 통합하여

주거공간을 넓히고 건축물의 성능, 특히 냉난방 효율을

향상시키는 여러 가지 방법을 설명합니다.

3

목재-콘크리트 하이브리드 건축

목재-콘크리트 하이브리드 건축의 종류

일반적으로 경골목구조 건축물은 콘크리트 기초에 지어지기

때문에, 목구조와 콘크리트조를 조합한 건축의 역사는 깁니다.

경골목구조와 콘크리트조를 함께 적용한 하이브리드 건축에는

여러 가지 종류가 있습니다(그림 1). 1층 콘크리트 상업용 공간

상부에 주거용 공간(사진 2)을 구성하거나, 기존의 콘크리트

건축에 경골목구조 지붕과 단열재를 추가하여 단열성을 크게

강화하는 방법이 있습니다. 이에 한 추가 내용은 본 책자

6쪽을 참조하십시오.

그림 1

다층 주상복합(상가주택) 건물

기존 평지붕에목조 지붕 시공

신축 콘크리트/조적조건물에 목조 지붕 시공

기존 건축물에 경량목구조의새로운 층 증축

기존 콘크리트/조적조건물에 경골목구조와단열재로 단열성능 향상

목조 비내력벽외벽(Infill Wall)과칸막이벽

사진 2 (출처: 캐나다우드) 하이브리드 건축은 흔히 1층

콘크리트 상업용 공간과 상부의 경골목구조 주거용 공간으로

구성됩니다.

그림 1 하이브리드 건축의 종류

목조 칸막이벽

4

목재가 다른 재료와 같이 사용될 경우의장점

목재가 콘크리트/조적조와 같이 사용될 경우에도 목조 건축이

주는 혜택을 동일하게 누릴 수 있습니다. 이에 한 자세한

내용은 IBS No. 6 “다세 목조주택”과 다른 책자에 기술되어

있으며, 본 책자에서는 간단히 소개하겠습니다.

목재 제품의 품질과 내구성

현 적 목재 생산과 건조 기술은 균질한 품질의

제품을 제공합니다. 공학목재는 더 높은 강도와

신뢰성을 가진 다음과 같은 제품들이 있습니다.

� 기계등급 구조재(MSR)와 핑거조인트 규격

구조재

� 목재 트러스

� 구조용 집성재( 루램)

� 단판적층재(LVL), 패럴램(PSL), 스트랜드적층재

(LSL)

� I형 바닥 장선과 바닥 장선용 목재 트러스

� 오에스비(OSB)와 합판수백 년이 넘은 목조건축물의 사례를 흔히 발견할 수 있습니다. 현 식

경골목구조 건물은 건물이 존재하는 한 어떠한 건물보다 사용자의 필요를 더 잘

만족시키며 내구성이 뛰어납니다. 목조건물 뿐만 아니라 모든 유형의 건물에는

적절한 수분관리 원칙이 적용되어 설계되고 또한 유지 보수가 행해져야 긴

수명을 유지할 수 있습니다.

5

목재-콘크리트 하이브리드 건축

기술적 성능

경골목구조 건축은 많은 장점이 있습니다.

� 뛰어난 에너지 효율로 냉난방비 절감: 단열하지 않은

콘크리트/조적조 (돌, 벽돌, 블록, 콘크리트)에 비해

경골목구조의 에너지 효율은 5배입니다.

� 작은 환경 향: 다른 구조재료에 비해 환경에 미치는 향이

미미합니다. 목재를 사용하면 에너지 소비, 공기와 수질 오염,

온실가스 배출을 절감합니다

� 높은 비강도(강도-무게 비): 경골목구조 건축물은 무게가

가볍지만, 1994년 일본 고베 지진에서 탁월한 성능을 보인

현 식 목조건축과 같이 지진이나 태풍 또는 허리케인과 같은

극한 하중에도 잘 견디게 설계할 수 있습니다. 목구조는

콘크리트/조적조보다 훨씬 더 가볍기 때문에, 하이브리드

건축은 같은 기초로 더 넓은 면적의 주거 공간을 확보할 수

있습니다.

� 차음 성능: 건물 설계에 있어, 특히 공동주택을 설계할 경우

공기 전달음과 충격음을 차단하는 방안을 고려해야 합니다.

어떠한 자재와 공법으로 지은 건축물도 요구되는 차음 성능을

만족시키기 위해서는 주의하여야 합니다. 목조건축은

요구되는 차음 성능을 용이하게 만족시킬 수 있으며, 이런

차음 성능은 콘크리트/조적조와 목조를 조합할 경우에도 쉽게

적용될 수 있습니다.

건축적 유연성

목조 건축은 탁월한 설계 유연성을 제공합니다. 특히 지붕 등에

매력적인 건축미학적 요소를 경제적으로 추가하는 것이

가능합니다. 이에 더해 경골목구조는 증축이나 창문 등의 요소가

추가로 필요한 경우 언제라도 시공할 수 있습니다. 또한 경골

목조건축은 다음과 같은 특성을 제공합니다:

� 실내 마감: 경골목구조에서 내벽(사진 5)은 일반적으로

석고보드로 마감됩니다. 석고보드는 페인트와 벽지 마감을

위해 경제적이고 매끈한 바탕면, 그리고 그 구성에 따라

일정한 내화성능을 제공합니다. 외벽에 설치한 석고보드는

기 막 기능을 하도록 설치되기도 하며, 단열재를 덮는

역할을 합니다. 경골목구조 바닥에는 비닐바닥재, 목재

마루판, 세라믹 타일, 카펫 등 여러 가지 바닥 마감재를

설치할 수 있습니다. 바닥 마감 이전에 콘크리트 등을

타설하여 차음과 내화 성능 등을 향상시키며 바닥 온돌

난방을 설치할 수 있습니다.

� 전기/설비 배관이 용이하다 : 실내

벽과 바닥 공간에 수직과 수평

방향으로 전기 배선과 배관, 난방

덕 트 등 을 설 치 할 수

있습니다(사진4).

� 공간 경제성: 경골목구조 벽체는

기후로 부터의 보호, 구조적 강성,

단열 그리고 실내 마감의 바탕을

제공하면서도 벽의 두께가 얇아서

주거면적을 최 화 할 수 있습니다.

예를 들면 38×140mm 목재

스터드 벽에는 RSI 3.5 (R 21) 값을

가진 단열재를 설치할 수 있습니다

(사진 3).

사진 5 (출처: J. Burrows) 석고보드는 고품질의 마감 바탕과

여러 가지 혜택을 제공합니다.

사진 4 (출처: J. Burrows) 실내벽에 각종 배관을 쉽게 설치할

수 있습니다.

사진 3 (출처: J. Burrows) 경골목구조는 콤펙트하다 - 골조,

단열재, 기 막과 증기막, 내외장재를 작고 가벼운 공간에 모두

설치할 수 있습니다.

6

하이브리드 건축 사례

다층 건물: 콘크리트 지층 + 목구조 상부층

하이브리드 건축은 일반적으로 콘크리트조 1층 위에

경골목구조로 1~3개 층(때로는 5개 층까지)을 올려 시공하는

것입니다(사진 6). 이러한 방식은 한 건물에 두 가지 용도가

허용되어 1층은 상가로, 상부층은 주거용으로 사용할 수

있습니다. 다층 하이브리드 건축은 가볍기 때문에 기초로

전달되는 하중을 줄이면서 건축법상 요구되는 강도와 화재 안전,

단열, 차음 성능을 만족시키는 기술입니다. 하이브리드 건축은

솟구치는 지, 에너지, 건축 비용에 한 환경적으로도

지속가능한 해결 방법입니다.

International Building Series (IBS) No 6. “다세

목조주택”은 경골목구조 다층 주거용 건물의 장점을 설명하고

있으며, 여기서 설명되고 있는 모든 장점은 사진 7과 8과 같은

하이브리드 건축의 목구조 부분에도 적용됩니다.

사진 6 (출처: APA-공학목재협회) 하이브리드 건축은

콘크리트조와 목조 건축의 가장 좋은 장점을 살린 구조입니다.

사진 7과 8 (출처: Neale Staniszkis Doll Adams

건축사사무소) 준공된 건물의 외관은 하이브리드 건축의

설계 유연성을 잘 보여줍니다.

사진 9와 10 (출처: Neale Staniszkis Doll Adams

건축사사무소) 콘크리트 구조의 1층(사진 9)과 경골목구조

상부층(사진 10)은 모두 쾌적한 환경을 제공합니다.

7

목재-콘크리트 하이브리드 건축

일부 지역에서는 특별 조례를 제정하여 경골목구조로 6층까지의 건축이 가능합니다. 최근 하이브리드 건축의 사례로는 상업용

공간으로 사용되는 콘크리트조로 지은 1층 위의 상부 5개 층에 46세 의 주거공간을 경골목구조로 시공한 총 6개 층의 건물이

있습니다.

사진 11과 12 (출처: William Wilson 건축사사무소) 이 주상복합 하이브리드 건물의 바닥면적은 15×30m, 높이는 19.8m,

연면적은 3,020m2입니다. 콘크리트조의 1층은 높이가 3.8m이며, 경골목구조로 지은 상부 주거 층의 높이는 3m입니다.

사진 13 (출처: Q-WEB) 소규모 건물에서도 콘크리트조로 지은 1층 위에 경골목구조로 주거 공간을 추가할

수 있습니다.

Photo 13

8

콘크리트/조적조 건물 + 목구조 지붕

경골목구조 지붕은 경제성과 건축적 유연성, 가벼운 하중,

장스팬 등의 관점에서 탁월합니다. 경골목구조 지붕은

콘크리트/조적조 건물에 쉽게 설치할 수 있습니다(사진 14와 15).

이런 방식의 하이브리드 건축은 유럽에서 매우 일반적이며,

아래와 같은 목조 지붕 시스템을 선택할 수 있습니다:

� 공장제작 목재 트러스와 목질 지붕덮개

� 보(구조용 집성재)와 중도리(구조용 규격재, 구조용 집성재,

단판적층재, 또는 I장선)에 목질 덮개(합판 또는 오에스비)를

결합

� 규격 구조재 서까래와 목질 덮개

목조 지붕은 설치가 빠르며, 건축법 규정을 모두 만족시킵니다.

콘크리트에 연결철물을 묻어 설치하고, 목조 지붕은 못으로

고정합니다. 이런 유형의 하이브리드 건축은 콘크리트/조적조

벽의 장점과 목조 지붕의 장점을 모두 살린 방식입니다:

� 높은 수준의 단열 성능

� 경량

� 큰 비용 부담 없이 폭넓은 건축적 표현 가능

� 쉽게 구할 수 있는 목구조 - 콘크리트/조적조 연결철물

그림 2

그림 2는 두 개의 다른 처마 형태를 보여 줍니다. 목재 트러스는 위의 두 형태 뿐만 아니라 다양한 처마 형태로 제작 가능합니다.

Photo 14

Photo 15

사진 14와 15 (출처: 캐나다우드) 이 사진들은 중국에서 목재

지붕 트러스를 콘크리트/조적조 건물에 적용한 사례를

보여줍니다.

9

목재-콘크리트 하이브리드 건축

평지붕의 개축

평지붕에 경사 목재 지붕 트러스를 설치한 사례는 쉽게 찾아볼

수 있습니다. 기존 건물의 평지붕에 목재 트러스를 설치하면,

신축 콘크리트/조적조 건축물에 목구조 지붕을 설치할 때와

똑같은 옵션과 장점이 있습니다.

경사 지붕은 물이 고여 새는 문제를 해결합니다(사진 16과 17).

또한 경사 지붕의 형태에 따라 평범한 건물에 아름다움을 더해

외관을 개선할 수 있습니다(사진 18). 목구조 경사 지붕은 외피의

일부인 지붕의 단열성능을 개선시킬 수 있는 기회를 제공합니다.

또한 지붕 트러스의 모양을 조금 변경하면, 건축물을 많이

높이지 않고도 지붕 공간을 주거 공간(그림 3)으로 활용할 수

있습니다.

사진 16과 17 (출처: 캐나다우드) 기존의 평지붕 위에 목구조

경사 지붕을 추가하면 평지붕에서 발생하는 문제들을 해결할 수

있습니다.

사진 18 (출처: J. Burrows) 목구조 경사 지붕을 설치하여

기존의 업무용 건물에 추가 바닥 면적을 확보하고 건물의

단조로운 외관을 개선하 습니다. 사진 왼쪽 부분에서 이전의

지붕선을 확인할 수 있습니다.

Photo 16

Photo 17

그림 3

그림 3 지붕 트러스의 형태를 변경하면 추가의 주거 공간을 확보할 수 있습니다.

추가의 주거 공간

10

새로운 층의 증축

경골목구조를 이용해 기존의 콘크리트/조적조 건물 위에 새로운

층을 쉽게 더할 수 있습니다. 경골목구조는 가볍기 때문에

건물의 기초를 보강하지 않고도 증축이 가능합니다. 기존의

콘크리트 평지붕이 구조적으로 적합한 경우에는 증축되는 층의

바닥으로 사용할 수 있습니다. 기존의 평지붕이 새로운 층의

바닥으로 부적절한 경우에는 기존의 지붕과 상관없이 목조

바닥을 시공할 수 있습니다(그림 4).

최근 중국에서는 현지의 건설업체에게는 아직 낯설은 자재와

기술을 소개하는 시범 프로젝트가 완료되었습니다(사진 19와

20). 이 프로젝트를 통해 목제 제품의 쾌적성과 에너지 절감,

친환경성 등 주요 장점을 홍보할 수 있었습니다. 최상층을

경골목구조로 증축하는 것은 기초를 보강하지 않고도 추가

공간을 확보할 수 있게 해 건물의 매매 가치를 증 시켰습니다.

시범 프로젝트는 신축 건물이지만, 이와 같은 종류의 하이브리드

건축은 현존하는 주택을 현 화하며 증축하는데 주로

적용됩니다. 그림 4 증축된 층의 단면.

지붕재목재 트러스단열재증기막석고보드내부 천장 마감

(필요한 경우) 목재 바닥 트러스를설치하여 평탄한 바닥을 확보

기존의 골조와 증축되는 목구조를연결하는 철물

기존의 콘크리트/조적조

외부 마감기 막스터드단열재증기막석고보드내부 벽 마감

Photo 19

Photo 20

그림 4

11

목재-콘크리트 하이브리드 건축

아시아 지역의 노후 주택들은 일반적으로 철근 콘크리트

평지붕(두께 100~200mm)으로 지어져 있고, 평지붕

주위는 높이 1~1.4m의 낮은 난간 벽으로 둘러싸여

있습니다. 이 난간 벽은 흙벽돌로 쌓고 표면에 시멘트

몰탈로 미장을 하 거나, 또는 건물의 품질이 좀더 나은

경우에는 철근 콘크리트입니다. 두 경우 모두 새로 증축되는

목구조가 기존 콘크리트/조적조에 구조적으로 안전하게

시공될 수 있는지를 확인하여야 합니다.

사진 19~22 (출처: 캐나다우드) 이 사진들은 중국에서 기존의

콘크리트 주택에 새 층을 추가하여 주거 면적을 1/3 만큼 확장한

증축 프로젝트를 보여주고 있습니다.

사진 23 (출처: 캐나다우드) 목재-콘크리트 하이브리드 건축은 오래된 주택을 개선할 수 있는 새로운 가능성을 제공합니다.

Photo 21

Photo 22 Photo 23

12

단열 성능의 향상

오래된 저층 공동주택들은 현재의 단열성능의 기준을 충족하지

못하는 경우가 많습니다. 단열이 잘 안 되는 이들 주택들은

쾌적하지 않고, 난방비용이 높으며, 여러 건물 성능이 낮은

문제점이 있습니다. 외관을 그 로 유지해야 하는 경우에는 실내

쪽에 단열재를 추가하는 방법이 선호됩니다. 실내 쪽에 단열재를

설치하면 주거 공간이 줄어들지만, 외벽의 전기 설비를

보수하거나 고품질의 내부 표면을 설치할 수 있는 기회를

제공합니다.

먼저 오래된 실내 벽 마감재를 조적면까지 제거합니다. 그 다음,

목재 스터드 2×2, 2×3, 또는 2×4등을 벽으로부터 25mm

띠어 설치합니다. 그리고 필요할 경우 전기 배선과 콘센트

박스를 설치합니다. 광물섬유 단열재는 배트(Batt) 또는

분사(Spray) 방식으로 설치합니다. 습식 분사 시 과다하게

설치된 부분이 있을 경우 평편하게 깎아낸 후 석고보드를

설치합니다. 건식 분사 단열재를 적용하는 경우, 석고보드에 낸

구멍 속으로 단열재를 분사합니다. 실내 습기가 건물 외피로

이동하지 못하도록 디테일에 주의를 기울여야 합니다.

목재 스터드와 단열재, 마감재(석고보드)를 설치하면, 주거

공간의 감소를 최소화하면서 콘크리트 벽의 단열값을 손쉽게

증가시킬 수 있습니다(그림 5, 사진 24). 전형적인 콘크리트 벽의

R값이 2정도인 반면, 동일한 벽에 목재 골조와 두께 7cm의

단열재를 설치하면 R값은 12로 증가합니다.

그림 5

단열 공간

새로 설치한 콘센트 박스/ 배선 (필요한 경우)

12.5mm 석고보드 실내 마감

기 막과 코킹

38×38 또는 38×64 mm

목재 스터드

분사 시공 단열재

스터드를 콘크리트/조적조와

25mm 이격

기존의 콘크리트/조적조 벽

그림 5 새로 설치된 목재 스터드, 단열재, 석고보드는 주거

공간의 감소를 최소화하면서 단열 값을 극적으로 증가시킬 수

있습니다.

사진 24 (출처: Forintek Canada Corp.) 콘크리트/조적조 벽에

설치된 목구조는 새로 설치된 단열재와 마감을 지지합니다.

단열재는 배트형 또는 분사 시공용 모두를 사용할 수 있습니다.

13

목재-콘크리트 하이브리드 건축

1996년 캐나다에서는 86년 된 조적(벽돌)조 4층의 30세

공동주택의 실내 쪽에 단열재를 추가하기 위한 개보수 공사를

하 습니다. 단열재 추가가 해당 건물의 장기 성능에 미치는

향을 확인하기 위해, 특히 실내 벽의 결로와 주기적 열 응력이

조적조 벽의 내구성에 미치는 향을 상세하게 분석하기 위해

연구를 진행하 습니다.

연구는 외부에서 건물의 공극을 통한 물의 침투와 공기가

실내로부터 빠져나가면서 발생하는 수분 이동을 상으로

진행되었고, 첫 단계로, 물 분사시험을 행하여 조적 벽이

외부로부터 물 침투에 취약하다는 사실을 알게 되었습니다.

따라서 조적 벽의 보수를 포함한 빗물 침투에 한 책을

강구하 습니다. 두 번째 단계로, 석고보드를 누기를 방지할 수

있도록 시공하 습니다.

보강된 벽의 성능을 평가하기 위하여 벽 단면의 여러 지점에서

열, 공기, 수분 상태에 한 정보를 수집하고 평가하 습니다.

또한 천장 공간의 목재 장선의 함수율도 측정하 습니다. 벽

단면에서 측정된 상태와 강우와의 상관관계를 결정하기 위해

비에 의해 젖은 패턴도 기록하 고, 또한 지역의 기상 조건과

실내의 상 습도와 온도도 조사하 습니다.

건물의 입면과 층을 표하는 여섯 개의 지점의 상태가

관찰되었고, 건물에 설치된 다채널 데이터 수집 장비가 30분

간격으로 15개월 동안 정보를 축적하 습니다.

14

목조 비내력 외벽(Infill Wall)과 칸막이벽

저층 콘크리트조 공동주택 건설에 경골목구조 비내력 외벽(사진

25)과 실내 칸막이벽(사진 26)을 효과적으로 적용할 수

있습니다. 경골목구조 벽은 단열, 구조, 차음, 화재 안전 기준을

얇은 벽 두께로 만족시켜 실내 공간을 최 화합니다. 또한

경골목구조 비내력 외벽은 골조, 단열재, 기 막/증기막, 창문,

문, 실내 마감 등을 시공현장이 아닌 공장에서 미리 제작하고

설치할 수 있고, 이를 콘크리트조의 개구부에 맞추고 고정하면

되기 때문에 경제성이 높습니다. 경골목구조 비내력 외벽과

칸막이벽은 가볍기 때문에 기초 공사비도 절약 됩니다.

마지막 단계로 다양한 외부 마감재를 설치할 수 있습니다.

일반적으로 스터드의 규격은 스터드 사이에 설치되는 단열재의

두께에 의해 결정되지만, 높은 풍하중이나 창문의 크기에

의해서도 결정됩니다. 연구에 의하면 경골목구조 비내력 외벽은

유럽과 아시아에서 경량철골벽 또는 조적벽에 비해 가격

경쟁력이 있는 것으로 밝혀졌습니다. 그리고 공장에서

경골목구조 비내력 외벽을 량 생산하게 되면 경제성은 더욱

향상될 수 있습니다.

경골목구조로 실내 칸막이벽을 시공하면 공사비를 절감할 수

있습니다. 건물의 높이와 용도에 따른 목구조 칸막이벽의 시공에

한 규정을 확인하여야 합니다. 하지만, 부분의 저층과 고층

건물에서 화재안전 규정을 만족하면서 목조 칸막이벽을 시공할

수 있습니다.

사진 25 (출처: European Wood) 이 사진은 건물의 외벽을

경골목구조 비내력벽으로 시공한 사례입니다.

사진 26 (출처: Q-WEB) 이 사진은

콘크리트 건물에 목조 칸막이벽을

적용한 사례입니다.

Photo 25

15

목재-콘크리트 하이브리드 건축

일반적 고려 사항

하이브리드 건축은 서로 다른 특성을 지닌 두 가지 재료 즉

목재와 콘크리트/조적조를 조합하는 것입니다. 경골목구조로

지붕이나 한 개 층을 증축할 때 목구조를 콘크리트/조적조에

적절히 접합하는 것이 중요합니다. 그리고 수분관리, 기 성,

단열 등의 빌딩 사이언스 요소들도 반드시 고려되어야 하며,

목구조가 한 개 층이 넘는 하이브리드 건물의 경우에는

건조수축에 따른 치수 변화와 수평하중에 한 저항 등과 같은

사항들도 중요하게 검토되어야 합니다.

16

건축 법규

캐나다 브리티시 컬럼비아주에서는 6층 까지의 경골목구조

공동주택이 허용되고 있습니다. 하지만 북미에서 경골목구조

건물은 통상 4개 층 이하로 허가됩니다. 이는 하이브리드 건물의

경우 1층을 콘크리트조로 지으면, 그 위에 경골목구조로 3개

층을 시공할 수 있다는 것을 의미합니다. 하지만 일부

지역에서는 아래 조건을 만족하는 경우 경골목구조로도 더 높이

시공이 가능합니다: 1층과 상부 층 사이에 3시간 내화성능을

가진 구조 시공(예: 콘크리트 슬라브); 상부 4개 층은 주거용;

전체 건물에 자동 스프링클러 설치; 건물의 높이 19.8m 이하;

화재 진화용 진입로. 이에 더해 경골목구조 부위 특히 수평하중

저항 시스템 등에 관한 특별감리가 요구됩니다.

사진 27 (출처: MITHUN 건축사사무소) 이

하이브리드 건축은 지진이 자주 발생하는 지역에

위치하고 있으며, 예상되는 설계 하중에

저항하도록 설계되었습니다.

수평하중 저항 시스템

하이브리드 건축은 상 적으로 강성이 높은 콘크리트조

지상층과 유연한 경골목구조의 상층부가 조합된 구조입니다.

지진 하중이 발생할 경우에 비하여 정적 수평하중 분석이

필요합니다. 건축 법규는 콘크리트조와 목구조 부위를 2개의

별개 건물로 해석하여, 목재 부위의 지진 밑면전단력을

콘크리트의 밑면전단력에 추가하도록 규정하고 있습니다

(사진27). 수평하중 저항 시스템은 목구조 부위와 콘크리트 1층을

적절하게 결합하고, 목조 부위의 층간 상호 결합하여 건축물의

기초에서 지붕까지 연속적인 하중 전달 경로를 확보하는 것을

포함합니다.

하이브리드 건축에서 경골목구조 부위의 수평하중 저항 성능은

오에스비, 합판 등의 구조용 목질 판재 덮개를 설치한 전단벽과

격판에 의해 확보됩니다. 이들 구조 요소는 제품의 설계 범위

내에서 높은 강도와 강성을 나타내며, 최 구조 용량까지

도달해도 계속 높은 하중을 지지하면서 점진적으로 항복합니다.

이에 더해 경량목구조체들는 파괴에 이르는 과정에서 막 한

양의 에너지를 흡수합니다. 전단벽에 위치한 창과 문 등의

개구부에는 전단력의 전달을 위해 스트랩 등의 연결 철물을

설계하고 설치하여야 합니다.

하부 층의 목재 스터드 내력벽은 상부 층의 벽에 비해 더 큰

수직 하중을 지지해야 하고 또한 더 큰 전단력에 한 저항이

필요합니다. 따라서 아래 층은 목재 스터드를 더 좁은 간격으로

세울 필요가 있습니다.

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목재-콘크리트 하이브리드 건축

화재 안전

건축 법규는 경골목구조 건물의 높이와 면적을 제한하고

있습니다. 많은 국가의 건축 법규는 통상 경골목구조 공동주택을

4층까지 허용하며, 일부 국가에서는 높이 제한이 없습니다. 화재

안전 규정은 세 간 벽과 바닥 구조에 일정 내화성능을

요구합니다. 건축 법규는 건축물의 규모가 클수록 스프링클러와

내력구조 요소의 내화성능 등 안전에 한 규정을 강화합니다.

북미의 건축 법규는 4층 공동주택에 스프링클러의 설치와

구조재료가 목재, 강철 또는 콘크리트인지에 관계 없이 동일한

내화성능(1시간)을 요구합니다.

하이브리드 건축은 흔히 1층과 상부 층의 용도가 상이합니다. 그

결과1층 바닥 위의 바닥/천장은 방화구획으로 통상 2시간

내화성능이 요구됩니다. 목구조로도 2시간 내화성능을 확보할 수

있지만, 하이브리드 건축에서는 1층과 1층 바닥 위의

천장/바닥은 전부 콘크리트로 시공하는 것이 일반적입니다.

하이브리드 건축에서 목조 부위의 화재 안전 규정은 순수하게

목재로 지은 비슷한 면적과 높이의 건물과 동일하게 적용됩니다.

화재에 한 통계와 분석에 따르면, 경골목구조 공동주택은 다른

재료로 지은 주택과 동일한 수준으로 화재에 안전하다는 것을 알

수 있습니다. 경골목조구 건물의 내화성능은 장기간에 걸친

경험과 실 건물 시험 등을 포함한 광범위한 연구를 통하여

확립되었습니다. 경골목구조 벽체와 규격재, I형 장선 또는

트러스로 구성된 바닥과 지붕은 방화석고보드를 사용하여 건축

법규에서 요구하는 2시간 내화등급까지 만족시킬 수 있습니다.

석고보드는 화재 발생 시 특정 시간 동안 구조 요소를 보호할

뿐만 아니라, 동시에 경제적인 실내마감 바탕을 제공합니다.

치수 변화

하이브리드 건물에서 목조 부위에서는 수축이 일어나는 반면

콘크리트 부위에서는 수축이 일어나지 않는다는 사실을 반드시

고려하여야 합니다. 이러한 현상을 인지하여, 설계와 시공

과정에서 수축으로 인해 실내 마감과 건물 외피가 손상되지

않도록 응하여야 합니다.

인공건조 목재 또는 I형 장선 등 공학목재를 사용하면 수축을

최소화할 수 있습니다. 어떤 경우에도, 현장에서 목재 제품을

보호하여 수분 흡수를 줄이면 완성된 구조의 치수 변화도

줄어들게 됩니다. 수축이 마감재에 미치는 향을 최소화하는 한

가지 방법은 목재의 수축이 진행될 수 있도록 실내 마감재의

설치를 가능한 한 지연시키는 것입니다. 예를 들어 품질 관리

지침서에 실내 마감재의 설치를 위해서는 목구조의 함수율이

12%이하여야 한다고 규정되어 있다면, 이동식 히터를 사용해

건조할 수도 있습니다.

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목재 트러스

모든 종류의 목재-콘크리트 하이브리드 건축의 공통점은 지붕에

목재 트러스를 사용한다는 점입니다(IBS No.2 목재 트러스

참조). 이는 목재 트러스의 적용이 어떤 건물에도 가장 탁월한

선택이라는 사실을 잘 입증해줍니다. 최신의 목재 트러스 설계

소프트웨어와 제조 과정은 필요한 강도를 충족하면서 다양하고

아름다운 지붕 형태를 가능케 합니다. 목재 트러스는 다양한

용도로 사용되며, 다른 재료의 구조 요소와 호환성도 높습니다.

목재 트러스는 다른 공학 목재, 강재, 그리고 콘크리트에도 쉽게

접합할 수 있습니다.

목재 트러스는 단독과 공동주택, 공공시설, 농업용, 상업용 건물

등에 광범위하게 사용됩니다. 목재 트러스는 사재와 현재의

삼각형 구조에 의하여 하중을 지점에 전달합니다(사진 28).

이러한 트러스는 비강도(강도-무게 비)가 높아 규격재보다 긴

경간이 허용되며, 이는 평면 계획에 더 큰 유연성을 제공합니다.

목재 트러스는 거의 모든 형태와 치수로 설계될 수 있으며, 단지

생산 설비와 운송과 설치 조건에 의해 제약될 뿐입니다. 목재

트러스는 재단된 부재를 틀 위에서 조립하고 연결 부위에 아연

도금된 강재 트러스 플레이트를 프레스로 압력을 가해

조립합니다.

목재-콘크리트의 접합

콘크리트 기초에 경골목구조를 접합하는데 앵커 볼트를

사용하는 것이 일반적이며, 이는 목재-콘크리트 하이브리드

건축에서도 동일하게 적용됩니다. 콘크리트 건물에 목조 지붕을

혹은 1층 콘크리트 구조 위에 다층의 경골목구조를 결합하던

간에, 목재와 콘크리트의 접합부는 반드시 예상되는 모든 하중을

지지할 수 있도록 설계되고 시공되어야 합니다.

사진 28 (출처: 캐나다우드) 목재 트러스는 규격 구조재와 금속

플레이트로 구성되며, 높은 구조적 신뢰성을 가진 매우 다양한

형태의 지붕이 가능합니다.

Photo 28

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목재-콘크리트 하이브리드 건축

목재 벽과 콘크리트/조적조 결합

콘크리트 슬라브에 목재 전단벽을 부착하는 방법으로는

콘크리트를 타설할 때 앵커 볼트를 설치하거나, 콘크리트가

양생된 후 기계 또는 접착식 앵커를 시공하는 방법이

있습니다. 콘크리트 타설 시 앵커 볼트(그림 6)를 설치할

때는 앵커 볼트가 목재 토 의 가장자리에 너무 가깝거나,

볼트 구멍의 정렬이 잘못 되어 토 에 구멍을 크게 뚫어

볼트가 느슨하게 끼워져 전단벽의 성능이 저하되지 않도록

정 하게 시공하여야 합니다. 슬라브에 구멍을 뚫어 앵커

볼트를 설치하는 경우에는, 구멍을 뚫는 과정에서 철근에

손상이 갈 가능성이 있기 때문에 이를 보완하기 위해 추가로

철근을 배근하는 것이 좋습니다.

법규는 볼트와 토 의 구멍 사이에 유격이 없도록 규정하고

있습니다. 토 에 뚫린 구멍은 볼트 지름 보다 1.6mm를

초과하면 안됩니다. 벽의 볼트 구멍은 벽을 정렬하기 위해 큰

구멍을 뚫지 않아도 되도록 매설된 앵커 볼트의 위치와 정확하게

일치되도록 타공하여야 합니다. 만약 토 를 설치하기 위해 볼트

구멍을 크게 뚫은 경우에는 구멍의 유격에 때문에 수평하중에

의해 벽이 미끄러지는 것을 방지하지 위해 구멍의 틈을 메워야

합니다(사진 27). 이는 볼트 구멍에 금속관을 끼우고, 볼트와

금속관 사이를 몰탈 등으로 채우는 방법으로 보수할 수

있습니다. 일반적으로 콘크리트와 목재가 접촉하는 부위에는

상호 분리를 위한 막을 설치하던가 또는 방부처리된 목재 토 를

사용하여야 합니다.

그림 6

경골목구조 벽

경골목구조 바닥

� 12.5 mm 앵커 볼트＠ 1200mm 간격

그림 6 콘크리트 타설 시 설치된 앵커 볼트는 목구조와 콘크리트

구조를 연결하는 가장 일반적인 방법입니다.

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사진 29 (출처: Paul Knight) 구멍 속에 금속 슬리브를

설치하고 틈을 몰탈로 채워 하중 전달을 극 화합니다.

사진 30 (출처: 캐나다우드) 층간 하중 전달을 위해 전용

연결철물이 사용될 수도 있습니다.

그림 7

목재 기둥 또는 스터드

볼트

앵커 볼트

연결 철물 (한 쪽또는 양 쪽에 설치)

경우에 따라 상향력에 한 저항을 위한 연결철물(홀드다운)의

설치가 필요할 수도 있습니다(그림 7과 사진 30).

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목재-콘크리트 하이브리드 건축

목재 지붕과 콘크리트/조적조 결합

시중에서 판매되고 있는 다양한 철물을 이용하여 경골목구조

지붕과 경골목구조 벽체 또는 콘크리트/조적조 벽체와의 강한

결합이 가능합니다(그림 8). 어떠한 경우에도 지붕과 기초

사이에 연속적인 하중 전달 경로가 확보되어야 합니다.

그림 8

클립

앵커고정볼트

스트랩

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결론

경골목구조는 공기가 짧고, 경제적이며, 쾌적하고, 안전한

공동주택을 지을 수 있다는 점이 입증되어, 유럽과 아시아에서

큰 관심을 받고 있습니다. 경골목구조와 콘크리트 요소를 조합한

목재-콘크리트 하이브리드 건축은 설계자에게 건축물의 성능을

향상시키고 추가의 공간을 확보할 수 있는 다양한 방법을

제공합니다.

경골목구조는 기존 건물에 새로운 층을 증축하거나 혹은

평지붕을 경사 지붕으로 개량하는 어떠한 경우에도 경제적이고

효과적인 해결책입니다. 목재-콘크리트 하이브리드 건축은 상부

목재 주거용 공간과 하부 콘크리트의 상업 공간을 효과적으로

분리하면서도 경량의 건축물을 제공합니다. 또한 콘크리트

건물의 외부와 실내에 경골목구조 비내력 외벽(infill-wall)과

칸막이벽을 적용할 수 있습니다.

치솟는 에너지 가격으로 인해 경골목구조와 단열재는 열적

성능을 향상시키는 비용 효율적인 방법으로서, 에너지 절약으로

빠른 시일 내에 시공 비용을 회수할 수 있습니다.