목조교실·미국식 목조주택 탐구

바닥공사(Floor Joist)

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바닥골조는 기둥(Column)과 보(Beam), 토대(Sill Plates), 장선(Joists), 바탕바닥(Subfloor)으로 구성된다. 목조주택은 일반적으로 플랫폼 구조를 사용하는데 1층 바닥은 기초벽 위에 설치되어 플랫폼 역할을 한다. 이 바닥위에서 벽체를 제작하여 세우게 되는데 이 벽체는 다시 위 층의 플랫폼을 지지하는 역할을 한다. 즉 2층 바닥은 1층의 내력벽으로 지지되는 것이 보통이다. 목재 바닥 구조를 설계할 때 주의할 점은 목재의 함수율이다. 함수율이 높은 목재를 사용할 경우, 목재의 수축으로 인하여 할렬 등의 문제가 생길 수 있다. 이는 목재보가 수축하는 대신에 기초벽은 수축하지 않기 때문이다. 바닥골조에 사용되는 보와 장선목재의 함수율은 19%를 초과하지 않아야 한다. 함수율은 최고 15%정도로 유지하는 것이 가장 이상적이다. 일반적으로 규격재를 사용하면 적절한 함수율을 가진 재료를 선택할 수 있다.
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토대

바닥구조는 기초 위에 토대실러를 깔고 토대를 앵카볼트나 강철띠쇠로 기초벽에 정착시킨다.

(그림 1, 2)

앵카볼트는 일반적으로 13mm를 2.4m 간격으로 설치한다. 고정띠쇠를 사용하는 경우에는 토대에 구멍을 뚫을 필요가 없이 띠쇠를 구부려 토대를 감싸 못을 박는다. 기초 콘크리트 상단이나, 기초 콘크리트 부력상단의 수평이 잘 맞고 정밀하게 시공되는 경우 토대를 설치 않아도 좋다.(그림 2, 3) 장선은 콘크리트 벽이나 큰크리트 블록 위에 바로 설치한다. 띠쇠는 장선위치와 일치하도록 설치하여, 장선의 측면에 직접 못을 박아 시공한다.

(그림 3)

토대는 일반적으로 방부목을 사용한다.

기둥(Post)과 보(Girder)

바닥장선(Joists)은 기초벽과 기초벽 사이에 놓이게 되는데 그 간격이 긴 경우 중간에 보(Girder)를 설치한 위에 장선을 깔아 장선의 스판이 적도록 한다. 보는 일반적으로 각재, 목재 조립보 또는 철제보를 사용한다. 경우에 따라 내력벽을 세워 보를 대신하기도 한다. 목재조립보 3~4층의 규격재를 겹쳐 못질하여 제작한다. 조립보는 부재의 마구리를 맞댄 접합으로 소재보다 긴 조립보를 만들 수도 있다. 맞댄접합은 그 접합부가 45cm만큼 떨어지도록 위치를 교차시킨다.
또한 목재조립보는 맞댄 접합으로부터 30cm이내에서 기둥이나 피어로 지지하여야 한다.
(그림 4)
조립보에는 항상 건조재를 사용하여 조립보와 장선의 수축으로 인한 변형문제가 발생하지 않도록 하여야 한다. 바닥장선은 보에 직접 못을 박아 설치할 수 있기 때문에 목재보 위에 깔도리를 반드시 사용하지 않아도 된다. 목재조립보의 마구리는 기초벽에 적어도 10cm 만큼 지지되도록 한다.
기초벽이 벽돌벽으로 조립보가 미처리재로 시공할 때 목재보의 마구리와 측면에 12mm의 간격을 두어야 한다.

(그림 4)

목재조립보의 상단은 기초벽위의 토대상단과 같은 높이가 되도록 시공하여야 한다. 목재 기둥을 가압처리, 6×6재 이상인 소재를 사용하여 지층에 자유롭게 세울수 있어야 한다. 목재 기둥은 골조벽과 연결할 때 샛기둥의 폭과 일치하도록 4×6재를 사용하는 경우도 있다. 목재기둥의 양 마구리를 직각을 유지하여 조립보에 안전하게 고정시키도록 철물을 사용한다

(그림 5)

보(Girder)-장선(Joists)설치

가장 간단한 바닥골조는 보 위에 장선을 설치하는 것이나 그 이외에는 보에 장선걸이 철물이나 장선받이를 설치하여 그 위에 장선을 거는 방법이 있다.

(그림 6, 7)

장선의 수축을 고려하여 보 위에 작은 공간을 두어야 한다. 바닥장선

일반적으로 사용되는 목재 바닥장선은 공칭치수 2×6, 2×8, 2×10, 2×12 등이 있다. 적합한 치수는 하중과 지간, 장선간격, 수중, 제재등급에 따라 결정되야 하는데 이미 그 표(표 1)가 작성되어 있어 구조계산을 하지 않고 표를 찾아 부재를 선택하여 사용하면 편리하다.

(표1)

통상 표의 치수보다 한 치수 큰 제재를 사용하는 것이 바람직하다. 흔히 사용되는 장선의 중심 간격은 60m(24 O.C.)와 40m(16 O.C.)가 있다. 장선을 설치 할 때에는 통직성에 대해 육안으로 검사해야 한다.
경미한 측면굽음(Crook)이 있는 장선은 상단에 아치이마(Crown)가 오도록 설치하여야 한다.

(그림 8)

바탕바닥을 설치하고 바닥에 수직 하중을 가하면 아치이마가 위로 오도록 설치된 장선은 통직하게 되려 할 것이다. 아치이마가 없는 장선은 측면옹이가 있는지 검사하여야 한다.

상부에 있는 옹이는 압축상태에 놓여 있어 강도에 미치는 영향이 더 적으므로, 가장 큰 측면 옹이는 장선의 상부에 위치시켜야 한다. 단부장선(Header Joist)은 3개의 12d 혹은 16d 못으로 각 장선 마구리에 못질하여 접합한다. 플랫폼 구조에서 외주벽에 평행한 단부장선과 옆판 장선 (Stringer Joists)은 토대에 10d 혹은 12d 못을 중심 간격 40cm로 비스듬히 박아 접합한다.

(그림 9)

각 장선은 토대와 중앙보에 2개의 10d혹은 3개의 8d 못을 비스듬히 박아 접합하고, 중앙보 위에 장선을 겹쳐 설치하는 경우 다른 장선에 3개의 12d 못을 박는다. 중앙보 위에 장선을 맞댄 접합의 경우 장선은 공칭 두께 2인치 덧판을 사용하여 각 장선에 3개의 12d 못을 박아 접합하여야 한다. 바닥 장선을 접합하는데 중앙에서 벗어난 이음(off Center Splice)을 사용할 수 있다. 중앙지점이 있을 때 이 시스템을 사용하면 보다 작은 치수의 장선을 사용할 수 있다. 중앙에서 벗어난 이음에서 긴 장선은 중앙지점을 넘어 캔틸레버로 작용하여 짧은 장선에 접합된다.

(그림 10)

중앙보위에서의 이음은 위치가 교차되도록 한다. 지간과 수중 장선 치수에 따라 내밈(Overhang)은 약 60~90cm의 범위에서 시공한다. (표 1)탄성계수값 70∼140×103Kg/m2 목재, 중심간격 18mm합판 마루판으로 접착되는 중간격 60cm 인 장선의 허용지간

버팀재(Bridging)

지간 4.5m 이내이거나 장선의 깊이가 12인치 이내일 경우 목재장선 사이의 버팀재를 설치하지 않아도 된다. 그 이상일 경우 버팀재를 견고하게 설치하여야 하는데 각재 버팀대, 크로스 버팀대, 철재 버팀대 등 3가지가 있다.(그림 11) 이 버팀대는 장선을 수직으로 잡아주는 역할을 하고 장선과 장선 사이의 하중을 분산시키는 역할을 한다. 각재 버팀재는 블로킹(Blocking)이라고도 부른다.

바닥 개구부

계단 설치, 굴뚝, 벽난로, 점검구를 위하여 바닥에 개구부를 설치하는 경우가 있게 되는데 이 경우 장선 끊는 일을 적게하기 위하여 개구부의 길이 방향이 장선방향이 되도록 한다. 단일 헤더는 최대 폭 1.2m 까지의 개구부에 적합하다.

(그림 12)

길이 1.8m이하의 후미장선(Tail Joists)은 3개의 16d 못과 비스듬이 박은 2개의 10d 못으로 헤더에 접합한다. 길이 1.8m 이상의 후미장선은 장선걸이에 부착시켜야 한다. 후미장선을 헤더에 접합하는것과 같은 방식으로 헤더를 장선받이에 걸어 장선과 접합하여야 한다.

(그림 13)

바닥의 특수구조

바닥의 특수한 형태는 첫째로 내민구조의 바닥이 있는데 내민길이는 가능하면 60cm를 초과 하지 않도록 한다. 이때 부재의 크기 및 간격은 외벽이 하중에 따라 결정되지만 일반적으로 내민 길이를 계산하여 충분히 보강한다. 내민벽이 하중을 받는 경우에는 이중장선을 설치하여 하중을 지지하도록 한다.

(그림 14, 15)

현관 바닥이나 욕실바닥이 타일이나 돌로 마감된 경우에는 바닥구조를 낮추어야 한다. 바닥면적이 크지 않으면 작은 부재를 2중 장선으로 연결시키면 된다. 면적이 넓으면 장선간격을 좁히거나, 기둥, 보로 보강하여야 한다. 욕조에 물이 가득차면 하중이 커져 처짐을 야기시킬 수 있으므로 이것을 방지하기 위하여 욕조밑은 이중장선을 설치하는 것이 일반적이다. 또한 배수구를 고려하여 장선의 위치를 조정하는것도 고려 되어야 한다.

(그림 16)

장선의 절단 및 구멍 뚫기

바닥내에 배관이나 배선을 위하여 장선을 절단하거나 파냄 또는 구멍 뚫기가 필요하다. 장선을 따내거나 구멍뚫기를 할 때 장선의 응력작용에 대하여 검토하여야 한다. 장선 등의 구조부재를 자르거나 파낸 경우 각 측면에 덧판을 대어 못을 박거나 추가의 부재를 설치할 수 있다. 장선의 상단이나 하단의 따냄 깊이는 장선 깊이의 1/3 이하로 하고 따냄폭은 내력벽에서 장선깊이의 1/2이내에만 허용된다. 장선 상단부에는 압축력이 작용하고 하부에는 인장력이 작용하여 중앙부가 응력이 없는 곳이므로, 장선의 구멍뚫기는 가능한 한 중앙부에 위치하게 하는 것이 좋으나, 아닌 경우엔 상하부에서 최소한 50cm 간격을 두도록 하고 구멍의 크기는 장선깊이의 1/4이하가 되도록 한다.

(그림 17)

글 : 이종우(우정목조건축학교장 02-552-0295)