경골목구조와 중목구조 — 숫자로 쓴 기준과 위임으로 쓴 기준

경골목구조는 규격재를 촘촘히 세워 벽·바닥·지붕을 판처럼 만드는 공법이고, 중목구조는 굵은 기둥과 보로 뼈대를 짜는 공법이다. 기준은 이 둘을 서로 다른 방식으로 규정한다 — 경골목구조 기준은 간격과 두께를 숫자로 직접 적고, 중목구조 기준은 바닥·전단벽·지붕·계단을 경골목구조 기준으로 위임한 뒤 기둥·보·접합부만 자기 조문으로 남긴다.

세 가지 상황에서 이 두 기준을 편다. ① 목조주택의 장선 간격과 덮개 두께를 정할 때. ② 대공간이나 중층 건축물에 집성재 기둥·보를 쓰면서 수평하중은 전단벽으로 받을 때. ③ 마감재를 정하고 나서 그 마감이 허용하는 처짐을 확인할 때.

이 글은 KDS 41 50 70 목구조 경골목구조와 KDS 41 50 80 목구조 중목구조의 조문을 인용한다. 재료의 허용응력과 보정계수, 접합부 설계식은 목구조 보정계수와 하중지속기간에서 다뤘고, 여기서는 부위별 치수 규정을 본다. 두 기준 모두 허용응력설계법에 근거하며, 이에 따르지 않는 건축물은 KDS 41 50 15·20·30으로 설계한다.

1. 경골목구조 기준은 치수를 직접 정한다

기초부터 숫자다 — "줄기초를 하는 경우에 기초벽의 두께는 최하층벽 두께의 1.5배 이상으로서 150 mm 이상이어야 한다", 그리고 "1층의 모든 벽 아래쪽에 토대를 설치한다"(4.1). 두 조건은 둘 다 만족해야 한다 — 얇은 벽이라고 1.5배만 지키면 150 mm 아래로 내려갈 수 있으므로 절대값이 함께 걸린다.

바닥은 부재의 등급과 너비, 간격이 모두 정해진다.

바닥장선에는 규격구조재(1종구조재) 2등급 이상으로서 너비 140 mm 이상의 것을 사용하고 바닥장선 상호간의 간격은 650 mm 이하로 한다. — KDS 41 50 70, 4.2 (1)

바닥장선에는 규격구조재(1종구조재) 2등급 이상으로서 너비 140 mm 이상의 것을 사용하고 바닥장선 상호간의 간격은 650 mm 이하로 한다. — KDS 41 50 70, 4.2 (1)

덮개를 붙이는 방법도 조문이다 — "바닥덮개는 바닥장선과의 사이에 내수접착제를 도포한 후 적정치수의 못으로 고정한다"(4.2 (3)). 못만으로 고정하지 않는다. 접착과 못을 함께 써야 바닥이 한 장의 판으로 움직인다.

그리고 벽이 어긋날 때의 처리가 붙는다 — "윗층의 내력벽 바로 아래에 내력벽을 설치하지 않는 경우 해당 내력벽 바로 아래의 바닥장선을 구조내력상 유효하게 보강한다"(4.2 (2)). 위층 벽이 아래층 벽에 얹히지 않으면 그 하중은 장선이 받는다.

구조내력상 중요한 부분의 덮개 재료도 지정된다 — 바닥·벽·지붕의 덮개에는 "KS F 2089의 사용경간에 적합한 경간등급에 해당하는 구조용 합판이나 구조용 OSB"를 쓴다(3. (1)). 두께만이 아니라 경간등급이 조건이다.

2. 구조벽은 치수뿐 아니라 배치까지 규정된다

경골목구조에서 수평하중을 받는 것은 벽이므로, 기준은 벽의 간격과 개수를 직접 정한다(4.3).

"인접한 수평하중저항구조(내력벽 또는 전단벽) 사이의 거리는 12 m 이하로 한다."

"경골목구조 건축물의 각 층에는 각 방향으로 2개 이상의 구조벽이 존재하여야 한다."

"구조벽에 사용되는 스터드의 간격은 650 mm 이하로 한다."

"구조벽의 덮개에는 KS F 2089에 적합하고 두께 11 mm 이상의 구조용 합판이나 구조용 OSB 또는 이와 동등 이상의 것을 사용한다."

"구조벽에 설치되는 개구부 하나의 너비는 4 m 이하로 한다."

각 방향으로 2개 이상이라는 조문이 핵심이다. 벽이 하나뿐이면 그 벽을 축으로 건물이 비틀리므로, 방향마다 짝을 요구한다. 그리고 12 m라는 거리 제한은 바닥이 힘을 전달할 수 있는 폭의 한계다 — 벽이 아무리 튼튼해도 바닥이 그 벽까지 하중을 실어 나르지 못하면 소용이 없다.

지붕과 천장도 같은 방식이다(4.4) — 서까래와 천장장선은 "2등급 이상의 규격구조재(1종구조재)"를 쓰고 간격은 650 mm 이하, 지붕덮개는 11 mm 이상, 그리고 "서까래 또는 트러스는 파스너를 사용하여 구조내력상 안전하게 윗깔도리에 고정한다". 지붕이 바람에 들리는 자리가 여기다.

지붕 개구부에는 두 겹의 제한이 걸린다 — "실험 또는 산정에 따라 구조내력상 안전하다고 확인된 경우를 제외하고 지붕에 설치하는 개구부의 너비는 2 m 이하로 하며 그 너비의 합계는 해당 지붕의 하단너비의 1/2 이하로 한다"(4.4 (5)). 하나의 크기와 전체의 합을 함께 잡는다.

3. 처짐 한계는 부재가 아니라 마감재가 정한다

표 4.2-1은 처짐 한계를 부재별이 아니라 그 위에 무엇이 붙어 있는가로 나눈다.

주요구조부조건한계

지붕 서까래서까래 밑면에 천장 마감재료가 부착되지 않은 경사각 15도 이상의 지붕L/180

천장강성이 높은 마감재료(드라이비트 등)가 부착된 경우L/360

유연한 마감재료(석고보드 등)가 부착된 경우L/240

바닥—L/360

실내벽 및 칸막이벽—L/180

외벽드라이비트가 부착된 경우L/360

다른 강성이 높은 마감 재료가 부착된 경우L/240

유연한 마감 재료가 부착된 경우L/120 (실내쪽에 석고보드가 부착되면 L/180)

기타 모든 구조부재—L/240

구조가 아니라 마감이 한계를 정한다. 드라이비트가 붙은 외벽은 L/360, 유연한 마감이 붙은 외벽은 L/120으로 세 배 차이가 난다. 부재가 견디는 한계가 아니라 붙어 있는 것이 깨지는 한계이기 때문이다.

표에는 계산 조건이 세 개 붙어 있다.

외팔보의 경우 경간은 "부재 길이의 2배"로 한다.

벽의 처짐한계를 결정할 때 적용하는 풍하중은 "건축물에 작용하는 풍하중에 0.7을 곱한 값"으로 한다.

천장 처짐 산정 시 "다락방이 없는 천장의 경우에는 1 kPa의 활하중을 적용"하고, 다락방이 있으면 바닥활하중을 적용한다(4.4 (6)).

풍하중에 0.7을 곱하는 조항은 사용성 검토용 하중을 따로 두는 구조다. 강도는 설계풍하중 전부로 보고, 마감이 깨지는지는 그보다 낮은 하중으로 본다.

4. 계단은 용도에 따라 치수가 갈린다

계단은 구조와 피난이 함께 걸리는 부위여서 표가 둘이다(4.5).

계단의 종류계단의 너비최대챌판높이최소디딤판너비

주택의 계단 — 공동주택1,200 mm 이상230 mm 이하150 mm 이상

주택의 계단 — 공동주택 이외750 mm 이상

공동주택 피난계단 — 실내1,200 mm 이상200 mm 이하240 mm 이상

공동주택 피난계단 — 실외900 mm 이상

피난계단은 챌판이 낮고 디딤판이 넓다. 일반 계단의 230 mm / 150 mm가 피난계단에서는 200 mm / 240 mm가 된다 — 디딤판이 90 mm 넓어진다. 급할 때 발이 온전히 놓이는 폭을 확보하는 값이다.

적용 조건도 조문이다 — "공동주택의 세대수 또는 기숙사의 침실수가 6을 초과하는 경우" 피난계단을 설치하고, "공동주택 내에는 나선형의 계단을 설치할 수 없다"(4.5 (3)(4)). 그리고 계단은 "통행 및 가구운반 등을 위한 적절한 상부공간을 확보"해야 한다.

5. 중목구조 기준은 위임으로 쓰였다

중목구조 기준을 펴면 절반이 다른 기준을 가리킨다.

부위중목구조 기준의 규정

바닥"바닥의 설치방법은 KDS 41 50 70(4.2)에 따른다"

전단벽"수평하중을 구조용목질판상재가 설치된 전단벽으로 지지하는 경우 … KDS 41 50 70(4.3)에 따른다"

지붕 및 천장"KDS 41 50 70(4.4)에 따른다"

계단"KDS 41 50 70(4.5)에 따른다"

처짐주요구조부의 처짐이 "KDS 41 50 70(표 4.2-1)의 값을 초과할 수 없다"

기둥·보 구조라도 수평하중은 결국 전단벽으로 받는다. 그래서 전단벽의 산정과 설치는 경골목구조와 같은 조문을 쓴다. 기준이 중목구조 고유로 남긴 것은 뼈대와 접합부다.

기초와 기둥의 연결에는 시공 순서까지 들어 있다 — "기둥과 기초 사이에는 기둥을 기초에 고정시킬 수 있는 철물을 사용하여야 하며 철물의 하부 또는 철물 고정용 앵커볼트는 기초 콘크리트를 부어넣을 때에 함께 매립하는 방법으로 고정하여야 한다"(4.1 (1)). 굳은 뒤에 뚫어 박는 방식이 아니다.

기둥과 보에는 배치에 관한 조문이 반복된다 — "건축물의 하중을 가로 및 세로 방향으로 분산시킬 수 있도록 기둥을 배치하여야 하며 기둥과 기둥 사이에 보의 설치 및 기둥-보 접합도 가로 및 세로 방향으로 유효하게 이루어져야 한다"(4.2 (3), 4.3 (4)). 한 방향으로만 짜인 골조는 다른 방향에서 힘을 전달하지 못한다.

보에는 세 가지가 더 붙는다.

"보에 사용되는 재료는 직사각형 단면 부재를 세워서 사용하는 것을 원칙으로 한다"(4.3 (2)).

"보 부재에 따냄은 가능한 피하여야 하며 꼭 필요한 경우에는 KDS 41 50 20(4.4.1.3)에 따른다"(4.3 (5)).

"보의 처짐은 활하중만 고려한 경우에는 부재길이의 1/360, 활하중과 고정하중을 함께 고려한 경우에는 부재길이의 1/240 이하"여야 한다(4.3 (6)).

보의 처짐 한계만 하중 조합별로 두 값이 규정된다. 경골목구조 표는 부위와 마감으로 나뉘지만, 중목구조의 보는 활하중만 볼 때와 전체를 볼 때를 나눈다 — 크리프가 붙는 고정하중을 포함하면 한계를 완화한다.

접합부에는 조립 상태가 조문으로 들어간다.

홈에 장부를 끼워맞추는 접합부의 경우에는 홈과 장부 사이에 이격이 없이 밀착되어야 하며 보로 전달되는 인장하중에 의해 장부가 빠지지 않도록 볼트, 드리프트핀, 래그나사못, 목재장부촉 등으로 고정하여야 한다. — KDS 41 50 80, 4.8 (2)

홈에 장부를 끼워맞추는 접합부의 경우에는 홈과 장부 사이에 이격이 없이 밀착되어야 하며 보로 전달되는 인장하중에 의해 장부가 빠지지 않도록 볼트, 드리프트핀, 래그나사못, 목재장부촉 등으로 고정하여야 한다. — KDS 41 50 80, 4.8 (2)

끼워 맞추는 것만으로는 접합부가 완성되지 않는다. 밀착이 압축을 전달하고, 고정 철물이 인장을 막는다. 그리고 목록에 없는 방법에는 문턱이 있다 — "명시된 것 이외의 접합부 및 접합방법에 대해서는 시험을 통하여 성능이 인정된 경우에만 사용할 수 있다"(4.8 (3)).

경골목구조의 접합부 조문도 같은 방향이다 — "KDS 41 50 10의 못박기 기준은 최소한의 요건이며 필요한 경우 별도의 구조계산을 통하여 이를 보강할 수 있다", 그리고 "못 이외의 철물을 이용한 접합부의 경우 해당 철물 제조업체에서 제공하는 허용강도에 따라 구조계산을 실시하여야 하며 이보다 더 높은 하중이 작용하여서는 안 된다"(KDS 41 50 70, 4.6). 못은 기준이 바닥을 정하고, 철물은 제조자가 상한을 정한다.

6. 정리

줄기초의 기초벽은 최하층벽 두께의 1.5배 이상이면서 150 mm 이상이고, 1층의 모든 벽 아래에 토대를 설치한다.

바닥장선은 2등급 이상 규격구조재, 너비 140 mm 이상, 간격 650 mm 이하이며 덮개는 내수접착제를 도포한 뒤 못으로 고정한다.

구조벽은 각 층 각 방향으로 2개 이상, 인접 벽 사이 12 m 이하, 스터드 650 mm 이하, 덮개 11 mm 이상, 개구부 하나 4 m 이하다.

지붕 개구부는 하나가 2 m 이하이고 합계는 지붕 하단너비의 1/2 이하이며, 서까래·트러스는 파스너로 윗깔도리에 고정한다.

처짐 한계는 마감재가 정한다 — 외벽은 드라이비트 L/360, 강성 마감 L/240, 유연 마감 L/120(실내쪽 석고보드 시 L/180)이고 바닥은 L/360이다.

벽 처짐 검토용 풍하중은 설계풍하중의 0.7배, 외팔보의 경간은 부재 길이의 2배, 다락 없는 천장의 활하중은 1 kPa이다.

공동주택 계단은 너비 1,200 mm 이상·챌판 230 mm 이하·디딤판 150 mm 이상, 피난계단은 챌판 200 mm 이하·디딤판 240 mm 이상이며 세대수 6 초과 시 설치한다.

중목구조는 바닥·전단벽·지붕·계단·처짐을 경골목구조 기준으로 위임하고, 기둥·보·접합부만 고유 조문으로 규정한다.

중목구조 보의 처짐은 활하중만 1/360, 활하중+고정하중 1/240이고, 장부 접합부는 밀착시킨 뒤 볼트·드리프트핀·래그나사못·목재장부촉으로 고정한다.

두 기준을 나란히 읽으면 규정의 형태가 공법의 성격을 따라간다는 것이 드러난다. 경골목구조는 같은 부재를 반복해 배치하는 공법이므로 간격과 두께라는 몇 개의 숫자로 안전을 확보할 수 있고, 중목구조는 부재마다 크기와 접합이 달라지므로 배치 원칙과 접합의 조건만 남기고 나머지는 계산과 시험으로 넘긴다. 그리고 두 공법이 만나는 자리가 전단벽이다 — 기둥과 보로 짠 뼈대라도 수평하중은 결국 판이 된 벽이 받는다.