[논문]목구조 대공간 구조디자인의 현황과 사례

이주나

목구조 대공간 구조디자인의 현황과 사례
The State of the Art and Cases of Structure Design for Large Scale Timber Structure 원문보기

이주나 (서울시립대학교 건축학부 전공담당)

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문제 정의

최근에 CLT(Closs Laminated Timber)등 판형의 부재가 활발히 사용되기는 하나, 목구조의 부재는 제재목이나 집성재로 된 각재를 구조부재로 활용하는 것이 가장 일반적이다. 본 사례는 이러한 각재의 구성을 넘어서, 구조용 합판을 독특한 방식으로 조합하여 지붕 구조의 개성있는 형태 변화를 꾀하고 비교적 넓은 공간을 만들어낸 사례이다.
이 건물은 시작 단계에서부터 지역적 특성을 높이고 고급 레스토랑으로서의 편안한 분위기를 꾀하기 위해 이 지역의 목재(나가노현 낙엽송)를 이용하고, 안에서부터 밖으로 투명성을 높일 수 있는 섬세한 구조를 목표로 하여 설계를 시작하였다.
목재로 제법 크고 개방적인 공간을 만들면서도, 지역의 간벌재로 산출된 작은 부재나 저렴한 소구경 목재를 활용해 디자인 효과를 발휘하는 구조체를 만들기도 한다. 이러한 사례로, 녹음과 물에 둘러싸인 가루이자의 고급 레스토랑을 소개한다.

제안 방법

작가는 돔 구조에서 곧잘 사용되는 Reciprocal Dome 구조를 목재합판에 적용하는 아이디어를 제시하였다. [Fig. 2]에서 보는 바와 같이 구조용 합판을 조밀한 그리드로 집적하여 횡좌굴에 대한 보강을 함으로써, 보춤 1.2m, 두께 60㎜의 얇은 합판으로 약 24m 정방형의 사무실 공간을 만들었다.
조립재는 역학적인 효율이 좋은 반면에 접합개소가 많아져, 접합철물의 비용이 올라가고, 금속이 노출되면 목조 공간의 섬세한 의장을 손상시킬 것이 염려된다. 그래서 일본 전통의 접합 기술을 이용해 비용도 줄이고 아름다운 디테일을 검토하여 적용하였다 한다.
즉, 단차에 의해 방사 방향의 보에는 응력전달 경로가 불연속하게 되는 한편, 원주 방향은 단차를 이용해 춤이 큰 보를 넣을 수 있는 공간이 생긴 것이다. 그래서 지붕 단차 위치에 원호형의 철골 비렌딜트러스 구성을 가진 보를 배치하고 반원의 중심부에 해당하는 위치에 경사기둥을 배치하여 방사배열 보의 지지점을 구성하였다. 그리고 방화구획에 관한 조건과 지진력의 부담은 외곽부를 둘러싼 RC벽에 부담시키고, 전술한 비렌딜 보와 경사기둥을 연결하는 보, 이 두 지지점 사이에 목조의 2중 조립보를 방사 방향으로 조밀하게 채워 넣음으로써 드라마틱한 목구조의 구조디자인 효과를 발산하고 있다(Fig.
외벽은 연못을 향한 전망을 위해 전면 개방해야 했기 때문에, 정팔각형의 꼭짓점 위치에만 기둥이 있어야 했다. 따라서 꼭짓점 위치에 RC기둥을 세우고 그 위에 트러스 보와 브레이스의 역할을 겸하고 있는 래티스 보를 올려놓았다. 상하현재로서 역할을 하는 두꺼운 상하부 강재링에 중앙 래티스와 똑같은 낙엽송 90㎜ 각을 래티스 형상으로 연결시킨 것이다(Fig.
10). 보 춤을 줄이기 위해서 버팀대를 넣어 트러스를 만들고, 지붕을 직접 받는 상현재를 덧댐보 형식으로 함으로써, 중소 단면재를 조합한 것만으로도 성능 높은 조립보를 구성하였다. 미적으로도 흥미롭고 경쾌함을 가질 수 있었다.
여기에 고점 부분과 주각부에 금속링을 설치하고, 낙엽송 Φ90㎜ 목재를 경사지게 촘촘히 2방향으로 늘어놓은 다음 이들을 연결해, HP형의 래티스 조합기둥을 만들었다
이 연구의 일환으로 현재 일본에서 이루어지고 있는 목구조 디자인의 세계를 국내에 소개하고 관계자들이 의견을 교류하는 ‘목구조 디자인 포럼’을 개최하였다.
이러한 배경에서 아치와 트러스의 장점을 살려 초승달형 트러스 아치 구조를 적용했다. 주 구조체인 트러스 아치 구조는 비용 상승의 원인이 되는 곡선 집성재의 사용은 피하고, 짧은 직선재를 연결하여 꺾이는 아치 형상을 취하고 있다.
작가는 돔 구조에서 곧잘 사용되는 Reciprocal Dome 구조를 목재합판에 적용하는 아이디어를 제시하였다. [Fig.
철골 반원형보는 기초 레벨의 반원 중심으로부터 경사지게 방사형으로 Φ300의 삼나무 기둥을 6개 세워 지붕 조립보를 지지하게 하였다.

대상 데이터

2017년 필자가 개최한 ‘목구조 디자인 포럼’ 강연자로 초대되었던 야먀다 노리아끼씨의 작품의 일부를 소개하였다.
압축응력은 목재의 우드터치로 전달시킴으로써, 드리프트 핀의 본수를 절감하였다. 이로써 상하현재(240㎜각), 수직재(180㎜각)인 정방형 단면의 삼나무를 사용하여, 4m 이하의 직선재로 주요 프레임을 구성하였다. 추력은 하부의 켄틸레버 형의 RC기둥이 지지하고 있다.

성능/효과

아치가 꺾이는 부분에서 수직재나 경사재가 연결되는 트러스 구조이기 때문에 각 접합부는 핀접합으로 충분하고 일반적인 강판삽입 드리프트 핀 접합을 채용하여 연결되어 있다. 압축응력은 목재의 우드터치로 전달시킴으로써, 드리프트 핀의 본수를 절감하였다. 이로써 상하현재(240㎜각), 수직재(180㎜각)인 정방형 단면의 삼나무를 사용하여, 4m 이하의 직선재로 주요 프레임을 구성하였다.

후속연구

국내외 목구조에 대한 새로운 관심이 높아지는 가운데, 목구조의 다양한 활용 가능성에 대해 인지하고 관심을 가지게 되는 기회가 되기를 기대한다.
앞으로 많은 엔지니어들이 목구조에 관심을 가지고 적극적으로 영역을 넓혀주길 바라는 마음이다. 목구조 연구과제가 진행되는 동안 앞으로도 여러 번의 목구조 디자인 포럼을 개최할 예정인데, 이와 같은 방식으로 많은 의견과 자료가 공유된다면 목구조와 구조디자인의 발전에 바람직할 것이라고 생각한다. 관심 있는 구조전문가들의 참여를 바란다.
앞으로 많은 엔지니어들이 목구조에 관심을 가지고 적극적으로 영역을 넓혀주길 바라는 마음이다. 목구조 연구과제가 진행되는 동안 앞으로도 여러 번의 목구조 디자인 포럼을 개최할 예정인데, 이와 같은 방식으로 많은 의견과 자료가 공유된다면 목구조와 구조디자인의 발전에 바람직할 것이라고 생각한다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

콘크리트보다 뛰어난 목재의 디자인 성능은 무엇인가?

일단 인장과 압축능력을 동일 재료에 가지고 있는 구조 재료이다. 선형의 구조부재를 만드는데 유리하며, 콘크리트와 달리 이산형의 부재를 조합해 만들어내는 디자인 성능을 가지고 있어, 철골부재가 가지는 디자인 구성 능력을 목재에서도 구현할 수 있다.

국내 목구조에 대한 인식은 어떠한가?

그럼에도 불구하고 국내 구조계에서 목구조에 대한 인식은 목재의 재료적 한계에 대한 부분이 크게 작용하고 있어서, 과거의 구조 방식으로만 생각하거나 수입된 주거형 구법으로 치부되어 다양한 활용성을 모색하는데 인색한 측면이 있다.

목구조 건축의 국내 현실은 어떠한가?

반면, 국내 현장은 너무나 갈 길이 먼 것도 사실이다. 전문가가 매우 부족하고 기준 정비나 법률상의 문제, 재료 가공과 시공법, 설계 방법의 정비 등 쉽지 않은 일들이 많이 남아있다. 그러나 국내의 임업 발달과 자원 활용 측면에서도 건축구조에서 목재는 반드시 다루어져야 할 자원으로 삼림청에서 건축구조계에 거는 기대 또한 큰 실정이다.

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