[목조건축 포럼] 구조용 집성재의 내화구조

목조건축 포럼 3번째 시간에는 구조용 집성재가 내화구조를 이루는 원리에 대해서 알아보도록 하겠다. 국내에서 지어지는 목구조는 크게 경골목구조(Light Frame Constructi
on)와 중량목구조(Heavy Timber Construction)로 나누어 부른다. 물론 건물이 대형화되거나 고층화되면 필연적으로 하이브리드 목구조를 사용하게 되지만 지금은 편의상 ‘경골목구조’와 ‘중목구조(중량목구조)’라 불리는 두 가지 방식으로 설명해 보겠다. 

우선 경골목구조는 북미식 목구조라고도 한다. 예전 TV에서 ‘오케이목장의 결투!’ 같은 서부영화를 보게 되면 마을 사람들이 힘을 합쳐 마을회관쯤 되어 보이는 건물을 짓는 광경이 나온다. 바닥에서 목재 스터드 여러 개를 못을 이용해 고정시켜 커다란 벽을 만들고, 이렇게 만들어진 벽체를 밧줄을 이용해 들어 올린다. 그리고 기억자로 만난 벽을 서로 연결하면 벽식구조의 건물이 지어지게 된다.

이런 벽식구조의 목구조를 경량목구조라고 부른다. 반면에 기둥과 보로 이루어진 목구조도 있다. 우리 한옥의 전통목구조는 기둥과 기둥 사이에 보를 걸고 일부 벽을 만들어 짚이나 기와를 얹으면 건물이 완성되는데, 이런 기둥·보 방식의 구조를 중목구조라 부른다. 일반적으로 주택 정도의 건축물은 대부분 경골목구조로 충분히 지을 수 있다.

반면에 공공에서 사용되는 대형 건축물이나 목조의 구조미를 살리기 위한 목구조 건축물들은 중목구조의 구조 방식을 선호하게 된다. 이렇게 중목구조에서 사용되는 기둥, 보의 부재를 구조용 집성재라 한다.

건축법 제50조, 건축법시행령 제56조에서는 내화구조 대상건축물을 구분하고 있다. 대부분 300~500㎡ 이상이면 내화구조 대상이 되고 주택의 경우는 다세대주택 이상도 해당된다. 내화구조 대상 건축물이면 주요구조부와 지붕을 내화구조로 구성해야 한다. 내화구조의 성능기준은 ‘건축물의 피난 방화구조 등에 관한 규칙’에 용도별 내화시간의 기준이 정리되어 있다.

같은 법에서 내화구조로 인정받는 기준도 정하고 있는데, 목조에 대해서는 일반기준이 제시되어있지 않고 ‘한국건설기술연구원장이 인정하는 구조’에 해당하는 경우에는 인정가능하다고 되어 있다. 설명이 길었는데 이 말은 내화시험을 통해 내화성능이 확인된 구조에 대해서는 인정서를 발급하고 동일한 방법으로 시공된 구조물은 별도의 실험 없이 내화구조로 인정한다는 내용이다.

이 내화인정기준은 ‘한국건설기술연구원’ 홈페이지에 수시로 업데이트되고 있다. 공학목재(GLT, CLT 등)는 기둥과 보에 대해서 2시간 내화인증이 완료되었고, 13층 이상 건축물에 대한 3시간 내화기준에 해당되는 인증서는 아직 준비되어있지 않다. 

공학목재에서의 내화구조가 형성되는 원리는 지난 칼럼에서 말씀드린 방법과 동일하다. 즉 화재에 의해 불이 붙어 타는 표층이 숯으로 변하여 탄화층이 형성되는 현상 때문이다. 결국 1시간 내화는 약 40mm, 2시간 내화는 약 82mm의 두께의 탄화층을 추가로 확보해야 한다. 목구조의 안쪽 부분은 구조적 역할을 담당하고, 화재 시 표면은 두께만큼 타들어가도록 설계하면 되는 것이다. 내화성능이 반영된 목구조 건축물의 구조가 왠지 뚱뚱해 보이는 것은 구조재의 두께가 커진 이유 때문이다.

다음 칼럼에서는 경골목구조 건축에서 내화성능을 만족하는 방법과 문제점들을 살펴보도록 하겠다.