건축테크닉

목조주택 지붕의 좌굴현상

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목재 구조용 패널은 지난 25년간 미국 서부지역 상업용 건물의 지붕을 짓는데 사용되어 왔다. 패널을 이용하여 지어진 수십억 평방 피트의 목재 지붕은 공사 기간과 다이어프램의 성능 그리고 낮은 설치비용으로 인한 효율성 때문에 선호되어 왔다. 제대로 계획되고 지어진 후, 관리가 잘 이루어진다면 합판이나 OSB같은 구조용 목재패널은 건물의 수명이 다할 때까지 그대로 보존될 수 있다.
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구조용 목재패널 널판지에 좌굴이 일어나는 이유는 습기가 증가하여 나무가 팽창하기 때문이다. 좌굴이 일어나는 곳은 주로 지주 사이나 지주에 박힌 못 주변에서 일어난다. 좌굴로 인해 건물의 구조적 속성이 변하는 것은 아니나 건물의 외양이 변하거나 건물주의 불만을 초래할 수 있다.

시공자들은 습기발생을 최소화하거나 습기가 증가함에 따라 발생하는 영향에 대해 대비함으로써 좌굴이 일어날 가능성을 현격히 줄일 수 있다.

좌굴이 발생하는 원인

모든 목제품은 주위 습도와 균형을 이룰 때까지 습기를 내뿜거나 흡수한다. 이로 인해 나무는 팽창하거나 수축하는 것이다. 건목재의 경우, 나뭇결의 방향뿐 아니라 나뭇결과 직각이 되는 방향으로도 20~40배 정도 팽창한다.

반면에 패널의 경우, 각각의 단판들이 접해 있는 단판들로 인해 가로로 팽창하거나 수축할 수 있는 정도가 제한되기 때문에 치수 안정성이 매우 좋다. 전형적인 널판지의 경우 상대 습도는 40~80% 정도로 다양한 반면, 이에 상응하는 패널의 습도는 6~14% 정도이다.

일반 4`×8` 패널이 이 정도의 환경에 노출되었을 때 일어나는 치수 변화는 너비나 길이에 있어서 평균 1/8 인치 정도이다. 만일 패널이 젖게 되면 이런 치수 변화는 약간 증가될 수 있으나, 파스너나 프레이밍으로 억제할 수 있다.

구조용 패널의 좌굴을 유발하는 팽창은 나무의 기계적, 물리적 특성 및 자연스럽게 성장하는 특성에 기인한다. 또한 쐐기를 박지 않은 패널의 가장자리나 마구리 때문에 팽창현상이 발생하기도 한다. 스팬 길이 대비 패널의 강도와 같은 나무의 기계적 속성들은 매우 중요하다. 스팬이 동일한 경우, 가는 패널이 두꺼운 패널보다 더 많이 좌굴하는 경향이 있다.

나무의 성장 가변성, 습기 흡수력 그리고 단판들의 종류나 원산지 등과 같은 패널의 물리적 특성도 영향을 미칠 수 있다.

이런 패널 고유의 특성들은 나무 고유의 특성인 경우가 많으므로 이를 억제하기 어렵거나 억제하려는 경우 높은 비용을 초래한다. 따라서 계약자들은 적절한 환기관리를 통해 높은 습도에 노출되지 않도록 해야 하며, 표준 패널용 접합쐐기와 적당한 파스너를 사용하여 습기로 인한 영향을 최소화해야 한다.

좌굴을 줄이는 요소들

널판지의 좌굴을 방지하는 첫 단계는 적절한 습기 관리이다. 지붕 밑 다락과 지붕의 구조적 공간 그리고 지붕, 마루 밑 공간의 환기는 건축법에 의해 요구되는 사항이다.

몇몇 건축상의 특징들로 인해 법적으로 요구되는 환기구가 있음에도 환기가 여의치 않은 경우도 있다. 이런 경우에는 천장에 수증기 방지 벽을 설치하여 가벼운 장식물과 같은 어떤 유입구라도 코킹이나 테잎으로 막아 건물 내벽으로부터 습기가 많은 공기의 흐름을 차단하는 것이 효과적이다.

널판지 패널의 표면에 못을 박은 경우, 일렬의 레벨 프레이밍이 필요하다. 접하는 트러스나 서까래 또는 계단 옆판의 정렬이 이루어지지 않으면 패널 지붕을 지었을 경우, 패널이 휘어 건물의 외양이 손상될 수 있다.

조사한 바에 따르면, 많은 패널 좌굴의 원인은 트러스나 서까래의 정렬이 제대로 이루어지지 않았기 때문이다. 이는 잘못된 트러스 짜기나, 공사중 기량 부족, 실수, 그리고 건축 후 목재의 휨, 수축이나 팽창 때문인 경우가 많다.

널판지를 설치할 때 마구리나 가장자리의 쐐기 조인트를 잘 박는 것도 중요하다. 패널면이나 가장자리를 보호하거나 막기 위해 어떤 조치를 취하건 간에 패널은 습도가 변하면 약간은 수축하거나 팽창한다.

만일 조인트 쐐기를 단단히 박아 팽창을 억제하면 패널이 압축되어 좌굴이 발생할 수 있다. 1/8인치 간격으로 모든 패널 마구리나 가장자리에 쐐기를 박도록 패널 제조업자들은 권고하고 있다. 스페이서 타입의 패널 클립을 이용하면 가장자리에 적절하게 쐐기를 박은 효과를 얻을 수 있다.

파스너가 지주에 잘 맞도록 하기 위해 못 크기나 쐐기에도 주의를 기울여야 한다. 파스너는 패널 끝과 가장자리에서 3/8인치 정도의 거리를 두고 박는 것이 좋다. 일반 널판지 종류의 경우, 모든 지주 가장자리에는 6인치 간격으로, 그리고 중간 지주에는 12인치 간격으로 못 쐐기를 박는 것이 어떤 환경 하에서도 패널이 평평히 유지되는 것으로 알려져 있다. 다이아프램과 같은 공학건축에는 다른 간격의 못 쐐기가 요구될 것이다.

가능하면 건축 전후에 구조용 패널 널판지가 직접적으로 습기에 노출되지 않도록 해야 한다. 즉 가능한 빨리 루프 커버링을 해야 한다.

패널 좌굴의 보정

좌굴이 발생했을 때, 우선 휘어진 이유가 정렬이 이루어지지 않았거나 골조 부재가 휨으로 인해 발생한 것이 아니라는 점을 확인해야 한다. 정렬되지 않은 트러스나 서까래는 널판지를 휜 것처럼 보이게 해 마치 좌굴이 발생한 듯 보이게 한다. 정돈된 라인이나 직선 에지를 이용해 정렬이 되었는지 확인하고 패널이 골조에 잘 접합되었는지 확인해야 한다.

만일 패널 좌굴이 발생했을 시에는 습기가 증가된 원인을 찾아 교정한다. 예를 들면, 지붕 널판지에 지붕공사 이전에 좌굴이 발생하면 날씨로 인한 습기의 증가나 패널 조인트의 부적절한 쐐기 박음이 원인일 수 있다. 만일 이런 원인들이 교정되면 좌굴은 다시 일어나지 않을 것이다. 그러나 좌굴이 지붕공사 후에 발생한 것이라면 그리고 입주 후에 일어난 것이라면, 내부로부터의 과도한 습기나 부적절한 환기로 인한 것일 가능성이 많다. 이런 요인들은 찾아 고쳐야 한다.

좌굴이 일단 발생하면 어떤 방법으로도 100% 교정할 수 없다. 그러나 다음 몇 가지 방법을 활용하면 상당한 효과를 거둘 수 있다. - 널판지를 말리기 위해 히터나 팬을 사용한다.

- 구조용 패널의 단단히 쐐기가 박힌 가장자리나 끝부분을 베어내어 압력을 줄이거나 팽창할 수 있는 공간을 확보한다. - 지지대가 없는 패널의 가장자리나 좌굴된 곳에 블록킹을 한다. 널판지는 블록킹에 못이나 나사를 이용해 고정시킨다.

- 패널 클립을 좌굴된 패널의 조인트 부분에 삽입하여 일렬이 되도록 한다. 톱을 이용해 조인트에 작은 구멍을 낸 뒤 클립을 넣고 원하는 위치에 밀어 넣으면 된다. 만일 지붕공사가 끝났다면 밑에서 나사를 이용해 굴름받이를 설치하면 일렬을 이루게 할 수 있다.

- 만일 파스너 사이에 좌굴이 발생했다면 파스너를 더 박아 패널을 지주에 고정시킨다. 만일 파스너 사이의 좌굴이 심하다면, 패널의 가장자리의 톱으로 잘라진 부분을 안쪽으로 잘라내어 약간의 거리를 두어 압력을 줄이도록 한다.

지붕 설치시 발생하는 문제를 피하기 위해 상업용 및 공업용 지붕을 공사할 때 조립식 지붕이나 패널 지붕이 널리 선호되고 있다. APA에서는 비거주용 지붕공사에 관한 포괄적인 설계 가이드를 제공하고 있으며, 여기에는 패널 지붕 공사에 관한 정보도 포함되어 있다. 또한 APA는 좌굴을 최소화하기 위한 기술과 설치 방법도 제공하고 있다.田

■ 미국합판협회(APA) 02-722-3685업규모는 PUD기법의 효과성을 감안하여
최소 10,000㎡ 이상으로 설정한다.田

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