영국은 1994년 이후 에너지 보존과 환경문제에 대한 관심이 고조되면서 영국건축표준(British Standard)과 법규에 있어서 많은 변화를 가져왔다. 이로 인해 건축물에 적용되는 에너지 효율성이 이전보다 더욱 강화되면서 목구조는 영국인들에게 더욱 더 사랑받는 건축공법으로 자리잡아 가고 있다.

목조주택의 주요 구조재인 목재는 지구상에서 몇 안 되는 환경 친화적인 건축 재료 중 하나다. 목재는 재사용이 가능하고 생산 시 에너지 소모가 거의 없다. 또한 그 자체만으로 천연 단열재 역할을 하기에, 목조주택은 단열성이 높다. 그런 이유로 선진국의 많은 사람이 다른 건축 시스템보다 목조주택(그 가운데 약 70% 저층 가족형 주택)을 선호하고 있다. 최근 영국의 많은 기업과 건축업자들은 다양한 형태와 크기의 주택과 다층 플랏을 짓고자 목조 시스템을 채택하는 추세다. 상위 25개 건축회사와 셀프 빌더(Self-builders) 대부분이 목조 시스템으로 건축한다는 것만 보아도 점점 더 많은 사람이 목조주택에 거주하는 즐거움을 찾아가는 듯하다.

신축 주택의 70%는 목조

영국의 신축 건물은 이제 법규로 규정한 적정 효율 온도 기준을 충족시켜야 한다. 전문가들은 이 기준은 갈수록 강화될 것이기에 기존 건축 방식(대부분 벽돌과 블록공법)으로는 한계가 있다고 한다. 하지만 효율성 높은 천연 단열재이기도 한 목재는 수년간 이 기준보다 뛰어난 단열 성능을 발휘해 왔다. 집 안 전체 골고루 빨리 난방되기에 목조주택은 안락한 거주하기에 더욱 안락하다. 또한 목조주택은 난방뿐만 아니라 건축할 때도 에너지 소모가 적다. 자연 상태에서 자라고 벌채와 제재, 운송과 가공도 최소한의 에너지만 필요로 하기 때문이다.

영국에서는 수백 년간 목재를 건축물의 주요 구조부(기둥, 벽, 보, 지붕 등)로 사용해 왔다. 매년 새 주택의 10퍼센트가 셀프빌더(건축주 직영)에 의해서 건축된다. 이 중 90퍼센트가 목조를 선택하고 있다. 스코틀랜드도 신축 건물의 70퍼센트가 목조이고, 잉글랜드와 웨일즈에도 전과 달리 목조의 인기가 급증하고 있다. 또한 다른 공법의 건축 프로젝트들이 건축업자에 의해서 점점 목조공법으로 바뀌고 있다. 어떤 건축 시스템도 목조보다 간단하고 다목적이며 비용 면에서 효율적이지 못하기 때문이다. 영국 건축시장에서 목조가 차지하는 비율은 2005년도를 기준으로 약 18퍼센트로 알려졌다.

현재 영국에서는 높이 18미터(6층 정도)까지 목조건축이 가능하고 실제로 공급이 늘어나고 있다. 다층 목조는 플랏, 학교, 오피스, 호텔, 기숙사, 레포츠 시설 등 다양하게 적용되는 추세다. 소음과 화재에 대한 철저한 실험과 검증을 통해 그 성능이 일반인에게 잘 알려졌기 때문이다. 여기에 전문적인 구조계산과 디자인 그리고 시공 노하우를 통한 기술 축척 등이 어우러져 철근콘크리트나 스틸공법에 비해 구조적 차이가 전혀 없기 때문이다.

알려진 바대로 목조는 기본 구조체 지탱을 위해 목재를 사용하는 건축공법이다. 영국 목조주택의 대부분은 우리나라와 마찬가지로 2″×4″ 또는 2″×6″ 목재 스터드(Stud)를 일정 간격(400 또는 600㎜)으로 배치해 벽체를 짜는 조립식 공법이다. 외벽에 구조용 판재(O.S.B)와 방습지(Housewrap)를 부착하고, 스터드 사이에 단열재를 채운 후 내부에는 석고보드를 대고, 그 위에 마감재로 실내를 꾸미는 기본 방식에는 차이가 없다. 하지만 외벽 마감재로 우리나라에서는 사이딩이나 스터코를 주로 사용하는 반면, 영국에서는 치장벽돌을 많이 사용한다. 이때 목조와 치장벽돌 사이는 최소 50㎜의 공간을 유지하도록 규정하고 있다. 벽돌과 목재 스터드에는 일정 간격으로 브릭타이(Brick tie) 철물을 설치해 두 벽을 고정시킨다. 그리고 우리나라는 미국과 캐나다처럼 빌더가 현장에서 목재와 합판 등을 절단하고 벽체, 바닥장선, 지붕 골조 제작하는 반면, 반면 영국은 그러한 공정이 공장에서 이루어진다. 즉 공작제작 패널 공법으로, 외벽에 합판과 방습지를 부착하고 내벽은 합판 없이 스터드와 수평 플레이트(깔도리)로만 이루어진 패널을 공장에서 미리 제작해 현장으로 운송하는 시스템이다. 공장에서 목조 구조체(벽체, 바닥장선, 지붕 골조)를 일괄적으로 제조함으로써 정확한 치수와 최고의 품질을 보증함은 물론 현장에서의 건축 공정도 짧고 쉽게 이루어진다.

공작제작 패널 공법의 장점

공장(Off-site)에서 목조 키트(Kit)를 제작하면 크게 네 가지 측면에서 소비자나 건축업자에게 이롭다.

첫째, 빠른 속도의 현장 조립으로 전체 공사기간이 줄어든다. 공장제작의 가장 큰 이점인데, 공장에서 구조체가 이미 제작되기에 현장에서 일하는 시간을 극도로 줄일 수 있다. 복층 목조주택을 현장에서 작업할 때 대개 바닥 토대에서부터 지붕 골조(서까래)까지 완성하는데 2주 이상 걸린다. 반면 공장에서 제작된 벽체와 바닥장선, 지붕 트러스를 현장에서 조립하는데 걸리는 시간은 3일이면 충분하다. 이처럼 공기工期가 현장 제작보다 현저히 짧기에 비용절감 효과도 크고 자재의 추가 손실이나 시간의 낭비도 없다. 공기 단축으로 빌더는 추가 비용을 미리 일축시키고, 고객은 빠른 시간 내에 건물을 소유하는 것이다. 현장 조립 속도가 빨라지므로 빌더는 정확히 그리고 자신 있게 다음 공정을 진행할 수 있다. 다가구 및 다층 건물의 건축 현장은 훨씬 더 효율적이고 정확하게 공정이 진행되도록 프로그램화할 수 있다.

둘째, 현장에서 나오는 폐자재가 줄어든다. 구조체용 모든 목재는 설계도에 따라 공장에서 수량을 산출해 제작하므로 현장에서 불필요한 목재량을 최소화할 수 있다. 또한 건물 대부분의 구성 요소들이 공장에서 제작되므로 현장에서 나오는 목재 찌꺼기 등 폐기물이 현저히 줄어든다. 따라서 청소와 정리에 드는 시간과 비용을 절약하게 된다.

셋째, 현장 이양의 결점을 최소화할 수 있다. 자재가 도착하자마자 사용되기에 현장에 자재를 쌓아 둘 필요가 없다. 이로 인해 자재의 분실 사고나 변형, 손실이 줄어들어 결과적으로 현장 유지비를 절약하게 된다.

넷째, 생산성이 향상된다. 오늘날 캐드, 캠(CAD, CAM)의 발달은 목조 키트가 공장 생산라인에서 더욱 정밀한 제작이 가능하도록 했다. 목조건축 전문 설계 프로그램을 통해 도면이 작성되면 목재의 절단, 조립 그리고 외벽의 네일링(Nailing) 등 모든 공정이 컴퓨터에 연결된 기계에 의해서 자동으로 이루어진다. 이처럼 대부분의 제작 과정이 컴퓨터를 바탕으로 진행되기에 현장 제작보다 치수상의 오차가 거의 없다. 또한 공장 내에서 품질 관리와 엄격한 허용 한도에 의해 제작된 목조 구성 요소들은 현장 제작 공법보다 훨씬 높은 품질을 갖는다.

목조건축 디자인 프로세스

고객에게서 프로젝트 오더가 내려졌을 때 제일 먼저 업무를 진행하는 곳은 대게 디자인 팀이다. 디자이너들은 고객과 직접 미팅을 통해 요구 사항에 맞는 건물을 디자인하거나, 이미 일반 공법(조적조, 철근콘크리트조 등)으로 계획된 도면을 목조건축 공법에 맞도록 재설계한다. 앞에서도 설명했듯이 영국 목조건축은 구조물의 대부분이 공장 제작되어 현장에서 조립하는 패널 공법이기에 이에 따른 설계도도 공장 제작에 맞게 이루어진다. 대부분의 목조건축회사는 그 규모에 따라 별도의 건물에 자체 생산라인 시설을 갖추고 있다. 큰 규모의 회사는 기계 설비만 수십 억에 이르는 전자동 생산라인을 갖추고 대량으로 생산하는 경우도 많다. 이들은 회사 내에 별도의 디자인 팀을 두는데, 공장 제작용 설계는 크게 벽체, 바닥 장선 그리고 지붕 트러스로 나누어 각각에 맞는 전문 설계 프로그램으로 설계한다.
목조건축 설계 프로세스는 아래와 같이 세 단계로 나뉜다.

1. 계획 설계

먼저 디자이너는 건축주가 주관하는 프로젝트 미팅을 통해 요구사항을 꼼꼼히 기록해 최대한 설계에 반영되도록 준비한다. 그 내용을 토대로 기본 평면 레이아웃과 건물의 형태를 결정하는 컨셉 작업을 한다. 계획 단계에서는 일조, 통풍, 접근 등 부지의 환경을 고려한 배치 계획을 세우고, 이에 따라 평면, 단면, 입면 계획을 스케치한다. 또한 침실, 거실, 주방 등 각 소요실의 크기나 위치도 이때 계획한다.
그러나 다른 건축 방식으로 이미 설계된 도면을 건축주가 평면이나 입면의 변형 없이 사용하고자 할 경우에는 계획 설계 단계를 생략하고 바로 기본 설계 작업을 수행한다.
계획 설계가 끝나면 디자이너는 건축주와 협의를 통해 미비한 점은 보완하고, 재검토한 후 기본 설계에 들어갈 준비를 한다.

2. 기본 설계

계획 설계를 통해 기본안이 확정된 후 본격적으로 목조건축 공법에 맞게 자재, 창호, 치수 등을 고려해 작업을 진행하는데 이것이 기본 설계 단계다. 토대(Sill) 평면도에는 외벽과 내벽의 두께, 위치 등이 표시돼 있어 현장에서 조립되는 모든 목조 구조물이 이 토대 평면도를 기준으로 작업이 이루어진다. 그러한 점에서 다른 어떤 설계 도면보다 중요하게 여기고 있다. 바닥 마감에 따라서 토대의 개수가 정해지며 2개 이상이 사용될 경우에는 토대 평면도에 따로 명확히 표기해서 현장에서 혼란이 없도록 해야 한다. 단면도에는 계단실, 헤더, 바닥 장선, 벽 높이, 지붕 구조물 등의 정보가 표기되며, 이를 통해 구조재의 치수, 창문의 헤드 높이, 각 층의 바닥 마감 상세를 쉽게 알 수 있다.

3. 구조 계산

2층 이내 목조건물은 구조계산을 별도로 요구하지 않는 우리나라와 달리 영국에서는 층수와 규모에 관계없이 대부분의 목조건물에 대해 구조계산을 하도록 규정한다. 이 구조계산서가 없으면 영국주택연합에서 발급하는 건물 품질 보증서를 받을 수 없고, 또 이것이 없으면 보험이나 모기지(Mortgage)론을 얻기가 쉽지 않기에 신축 건물은 구조계산을 하는 것이 일반적이다.
목조건물은 일정 자격을 갖춘 구조 엔지니어에게 그 건물이 자체에 가해지는 하중을 견딜 수 있는지 없는지, 혹은 법률에 위배되지 않는지 진단을 받는다. 이로 인해 목조만 전문으로 구조 설계하는 엔지니어링 회사를 어디서든 쉽게 찾을 수 있다. 일반적으로 구조 설계서 안에는 구조재(헤더, 보, 스틸 등)의 치수, 내력벽의 위치 바닥 장선의 방향 등 공장 제작용 실시 설계에 필요한 내용이 자세히 기록돼 있다.

4. 실시설계

기본 설계도면(각층 평면도, 단면도, 상세도)과 구조 계산서를 바탕으로 본격적인 공장 제작용 도면 작업을 한다. 실시 도면이 끝나면 공장에서 컴퓨터로 작성된 도면을 갖고 작업에 들어간다. 이들 도면은 모든 제조 공정과 현장 제작에 필요한 정보들을 포함하는데, 고객은 제조 과정에 들어가기 전 본인이 생각하던 사항들이 도면에 빠짐없이 기입됐는지 최종적으로 체크한다. 벽 패널은 벽체 전개도를 기준으로 제작된다.
이 조립도에는 스터드, 합판, 개구부의 위치가 평면 작업대로 정확히 표기되며, 목재와 합판 사이즈를 한눈에 알 수 있는 자재 리스트도 포함돼 있다. 벽 패널 평면도에는 패널 고유 번호와 스틸 디테일, 구조 엔지니어의 요구 사항 등이 기록된다.

공장 제작 프로세스

목조 구조체는 공장에서 제조되며 엄격한 품질 관리를 받는다. 모든 직원이 각기 다른 구조체(벽, 바닥 장선, 지붕 트러스 등)의 제조에 맞게 훈련돼 있어 마치 일반 제품을 생산하는 공장처럼 분업화, 전문화되어 있다. 완성된 각각의 구조체에는 설계 도면에 기재된 대로 제조 코드(고유번호)가 새겨진다. 완성된 목조 키트는 현장으로 운송, 하역되기 전에 체크하게 된다. 또한 설계 도면에 나타난 벽체 시공 순서에 맞게 하역시킴으로써 더 빠르게 현장에서 일이 진행되도록 한다. 목조 키트가 현장에 도착한 후에는 시공 도면에 따라 조립된다.

공장 제작의 첫 단계는 각 부재를 절단하고 가공하는 작업이다. 설계도에 작업된 자재 리스트를 컷팅(Cutting) 기계에 연결된 컴퓨터에 보내면 리스트에 기입된 치수대로 부재가 절단된다. 이 작업을 통해서 스터드, 헤더, 장선과 트러스 부재가 한치의 오차 없이 준비된다. 부재 절단이 끝나면 벽체 라인에서 본격적으로 벽체를 조립한다. 벽체의 조립도 컴퓨터로 연결된 기계가 벽체 전개도를 인식해서 자동으로 스터드와 플레이트에 못을 박고, 합판을 벽체에 부착하며 개구부가 있는 곳에는 합판도 자동으로 절단한다. 이처럼 모든 공정이 자동화된 공장은 적은 인원으로 생산을 최대한 올릴 수 있기에 주로 다층 목조건축물도 빠른 시간 내에 생산 가능하다. 목조건축물 전체를 공장에서 제작하고 운송하는 데까지 아래와 같은 단계를 거친다.

목재 절단 및 가공 → 벽체 제작(Framing machine) → 합판 부착, 네일링 → 지붕 트러스 제작(전용 프레스 사용) → 메탈웹 조이스트 제작(전용 프레스 사용) → 체크 및 적재 → 현장 운송 田

글 · 사진 최재철<목조건축가, 인테리어 디자이너>