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I-joist의 역할과 올바른 시공 방법

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1969년은 Trus Joist MacMillan사가 목재 I - 빔을 처음으로 개발한 해이다. 당시 많은 부유층 고객들은 탁 트인 거실공간을 원했고 이를 위해 디자이너들은 넓은 공간을 지탱할 수 있는 건축재가 필요하였다. 목재 플랜지로 연결된 합판 웨브는 일반 제재목보다 강도가 높고 강성이 뛰어나 하중제한에 크게 구여 받지 않고 디자인을 할 수 있어 널리 선호되었다. 이 자료는 미국의 예로 미국합판협회(APA)가 제공하였습니다.
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제재목보다 뛰어난 장점이 여러가지 있음에도 불구하고 I-joist는 널리 알려지지 않았는데 가격이 비싸 건축주들에게 크게 환영받지 못했다. 하지만 실제적으로 I-joist는 시공 과정도 제재목과 유사하고 가격도 하락했다. 90년대 ‘목재 위기’이후 공학목재의 가격이 원목가격보다 안정세를 나타내고 있다는 것이 이를 증명한다. I-joist 생산업체수 역시 증가하고 있고 이로 인해 가격 경쟁이 시작되고 있다.
I-joist의 역할

I-joist가 어떤 역할을 하는지 확실히 알기 위해서는 체적이 마루 중앙에 집중될 때 어떻게 되는지를 상상해 보면 된다. joist가 휘어지거나 구부러질 때, 특히 아크를 형성할 때 윗부분은 압축되고 아랫부분은 스트레치된다.

그러나 그 사이 부분에는 압축이나 스트레치 그 어느 작용도 일어나지 않는다. 이를 바탕으로 I-joist 개발자들은 응력이 가장 큰 플랜지부분에 강성이 가장 높은 목재 섬유를 활용하였다. 따라서 불필요한 곳에 자재를 낭비하지 않을 수 있기에 3/8인치 두께 웨브를 사용할 수 있게 되었다. I-joist사용이 얼마나 합리적인 자재인지 알기 위해서는 먼저 제재목의 특성을 이해할 필요가 있다.

제재목은 I-joist보다 두께가 두배나 두껍고 하중을 2배이상 견딜 수 있다. 하지만 joist두께를 두배로 늘리면 4배의 하중을 견딜 수 있게 된다. 강성도 마찬가지이다. I joist의 깊이를 두배로 하면 휨정도가 1/8로 줄어든다. Joist의 깊이를 더할수록 강도, 강성 및 스팬 폭이 넓어진다.

목재 joist의 최대길이는 16인치이며 중앙에서 16인치 간격으로 설치되는 것이 일반적이다. 따라서 일반적인 주택 시공시 별도의 Joist가 앞뒤로 배치되고 이들은 경간 중간부 도리에서 겹쳐진다.

이에 반해 I-joist는 길이 60피트까지 생산되므로 경간 배치에 어려움이 없으며 필요할 경우 반으로 잘라 활용할 수도 있다. 대부분의 경우엔 19 1/2 또는 24인치 I-joist가 활용된다. Joist를 적게 사용함으로써 처리비용과 못 박는데 드는 수고가 준다는 것도 부수적인 장점이다.

I-joist는 일정한 곧기를 유지하고 있기 때문에 바닥과 천장도 곧게 유지할 수 있으며 수분함량도 일정하게 조절된다. 수축, 못 빠짐이나 바닥의 삐걱거림과 같은 걱정은 더 이상 할 필요가 없다.

I-joist에 대한 설명은 다소 과장된 부문도 있지만 확실한 것은 배수, 전기 등의 설비 설치시 비용을 절감할 수 있다는 것이다. 웨브를 만들기도 용이하고 스팬 중간에 커다란 홀을 만들 수도 있다.

그러나 실제 현장에서의 얘기는 다르다. I-joist 일을 한다고 할인을 해준다고 할 하청업자도 드물고 건축주도 생각만큼 큰돈을 절감하는 것이 아니라는 것이다.

빔에 I-joist를 연결하기 위해서는 비싼 금속 연결고리를 사용하는 잡다한 작업이 필요하다. 아울러 좀더 복잡한 프레임 설치를 위해서는 추가적 트레이닝을 받은 기술자가 필요하다, 따라서 I-joist를 활용할 경우에는 작업자에게 자세한 업무지침을 내리거나 도면에 접합점을 표시하는 것이 좋다. 아울러 I-joist는 화재에 취약한 면이 있어 소방수들은 기존 목재joist보다 I-joist사용 시 화재가 발생할 경우 건물이 붕괴할 위험이 크다고 우려한다.

I-joist의 선택

I-joist 개발사를 돌이켜보면, 초기 I-joist는 합판 웨브와 목재 플랜지로 이루어졌다. 1977년 Trus joist의 선례를 본 따 LVL로 플랜지를 만들기 시작했다. 1990년이래 모든 제조업체들이 합판 웨브 대신 OSB를 활용하기 시작했고, 비용절감과 물량 확보가 용이하다는 장점이 부각되기 시작했다.

최근 들어I-joist 개발이 한 발짝 후퇴했다는 얘기를 하는 것은 15~20%에 달하는 I-joist가 기존 목재 플랜지를 활용하고 있기 때문이다. 요즘 들어 2×3 또는 2×4 목재 플랜지가 강도와 강성증대를 위해 특별히 선택되어 수 작업으로 접합되고 있다. 이는 I-joist의 강도가 LVL보다 뛰어나기 때문이라기 보다는 비용이 20%정도 저렴하기 때문이다.

미국의 한 건축주에 따르면 ALLjoist(기존 목재플랜지)로 변경한 후 3천2백 평방 피트 주택을 짓는데 1천4백 달러를 절감 할 수 있었다고 한다. 아울러 목재 플랜지를 활용한 I-joist는 설치도 용이하다.

I- joist는 3장의 목재가 접착된 것이라고 정의할 수 있다. 그리고 가공법이나 스팬 등급에 있어 I-joist간 그다지 큰 차이는 없다. 따라서 가격과 서비스의 수준이 I-joist의 차이를 나타낸다고 해도 과언이 아니다. 미국의 Joist MacMillan (TJM)사는 이 부분에서 두각을 나타내고 있다.

물론 다른 회사들이 적절한 서비스를 제공하지 못한다는 의미는 아니나 공급업체를 설정할 때는 다음과 같은 질문을 해 볼 필요가 있다.
- 엔지니어링 서비스 제공 주체는 누구인가
- Joist사이즈를 결정하는 데 얼마나 걸리는가
- 어떠한 기술정보를 제공하는가. (예를 들면 Joist 배치, 연결부문 위치, 성능 스팩 등.
- 만약 고객이 계단 위치를 바꾸고자 할 때 이것이 가능한가.
그리고 누가 변경을 하고 얼마나 시간이 걸리는가.
- 결함이 발생한 부분에 대한 해결책은 무엇인가
- 관련 실무자는 누구인가

I-joist의 규격

합판이나, OSB 그리고 기타 패널 제품과는 달리 I-joist는 통일된 기준이 아직 만들어지지 않은 상태이다. 각각의 제조업체들이 나름대로의 스팩과 스팬 권고안을 만들어 사용하고 있다. 따라서 건축주는 매번 다른 규칙을 따라야 한다.

1997년 APA의 PRI 기준이 마련되었고, 모든 건축관련 법규에 의해 인정받고 있다. 이를 통해 I-joist 제품 군이 형성되고 성능에 따라 스팬 규격 표가 설정된다. APA 기술 지침서를 참조 접합, 구멍 배치 등을 할 수 있다.

그러나 현재 단지 20%의 제조업체만이 PRI기준을 따르고 있다. Trus Joist Macmillan 사와 같이 업계 유력사들은 APA표준화계획에 동참하지 않고 있다. 그들은 기준 마련이 제품의 최저 생산품질을 인정해 줌으로써 더 나은 제품을 만들려는 혁신성과 창의성을 저하시킨다고 말하고 있다. 아울러 인증 스템프가 찍혔다는데 과신한 건축업자들이 건물의 특성은 생각지도 않고 지침만을 따를 경우도 문제가 될 수 있다.

아울러 표준화가 이루어진다고 해서 기술지원과 개발서비스가 더 이상 필요 없게 된 것도 아니다. 가격이 제품차별화의 하나의 수단인 joist시장에서 표준화가 이루어지면 회사들은 가격인하를 위해 기술지원, 트레이닝 현장 지원을 축소해 나갈 것이 분명하다고 지적하는 사람도 있다.

제조업체들이 더 이상 보증기간(워런티)을 없앨 수도 있다고 경고한다. 이에 대해 APA측은 그러한 문제는 해결 가능하다고 답하고 있다.

I-joist의 장점

집을 짓는 시공업자가 기존의 목재 joist대신 I-joist를 쓰고 싶다고 할 때, 건축주는 I-joist를 사용함으로써 비용은 절약되더라도 얼마 못 가 여기저기 문제가 생기는 건 아닐까 하고 우려 할 수 있다.

그러나 이것은 기우에 불과하다. 그런 문제가 생길 가능성은 매우 희박하고, 시공업체가 분명하고 간단한 I-joist 시공지침을 그대로 따르기만 한다면 그런 염려는 하지 않아도 되기 때문이다.

공학목재로 생산된 I-joist는 이미 탁월한 건축자재로 평가받고 있다. 1997년 6억 2천7백만 리니어 피트의 공학목재 I-joist가 북미지역에서 사용되었고 이는 동 기간 북미지역에서 사용된 총 바닥 장선재의 33%를 차지하고 있다. 2005년에 이르면 미국과 캐나다에 시공되는 주택의 50% 이상이 공학목재 I-joist를 사용할 것으로 예측된다.

목재 I-joist는 철재 I-Beam과 많은 유사점을 가지고 있다. 기존 장선이 단순히 하나의 보에 불과하다면 I-joist는 구조용 합성판 (접착 합판재) 또는 기존 제재목으로 이루어진 상하 플랜지로 구성되어있다. 플랜지는 구조용 합판이나 OSB로 이루어진 3/8 인치 수직웨브를 조합할 수 있도록 이루어져 있다. 여기에 사용된 접착제는 장기간 외부노출에 취약하므로, 가능한 한 외부습기에 노출되지 않게 I-joist를 보존하는 것이 중요하다.

16인치까지 다양한 깊이의 I-joist가 시판되고 있어 선택의 폭이 넓다. 16인치 깊이의 I-Joist를 중앙에서 16인치 간격으로 배치한다면 26피트 1인치 스팬을 얻을 수 있고 이는 거의 모든 건축물 관리규정에 부합하는 것이다.

동 길이 I-joist와 기존 합판재 비교시 강도면에서 I-joist가 뛰어난 것으로 알려져 있다. 아울러 I-joist를 사용하면 시공비를 절감할 수 있다.

또한 APA/목재협회가 제정, 시행한 PRI-400 규정 기준에 부합하여 I-joist생산이 이루어지고 있다는 사실은 최상의 품질을 보증하고 있다는 좋은 예이다. 따라서 목재 I-joist에 APA 인증 마크가 찍혔는지를 확인해 보는 것도 현명한 방법이다.

I-Joist에는 중앙에서 2피트마다 홀이 파져있어 가는 수도관이나 전기배선을 용이하게 하고 있다. 따라서 시공자가 임의로 홀을 만들기 전, 기존의 홀을 살펴보는 것이 필요하다. 냉난방용 덕트나 급배수 시설용 홀이 필요한 경우에는 제공된 편리한 시공지침을 따른다면 안전한 시공을 도모할 수 있다.

주의할 점은, 플랜지 상하부를 절단하거나 홀을 파지 않도록 하여야 하며 90도 직각의 사각형으로 홀을 만들지 말아야 한다는 것이다. 필요하다면 홀 내쪽은 원형으로 하여 I-Joist에 가해지는 스트레스를 최소화해야 한다.

아울러, 기존의 joist나 공학목재 I-joist대신 목재 바닥 트러스를 사용할 수도 있다. 바닥 트러스는 개방형이며 파이프, 전선, 덕트를 감추기에 적격이다.

파이프와 덕트 시공 전까지 바닥 트러스의 흙막이 벽부분을 시공하지 않는다면 설치가 훨씬 용이해질 것이다. 아울러 이러한 자재가 사용되었다는 점을 지역 소방서에 통보하는 것도 좋을 것이다. 목재 I-joist는 화재시 빠르게 타버리며 따라서 붕괴위험을 초래할 수 있다.田

■ 미국합판협회(APA) 02-720-1897

견고하고 삐걱거림 없는 마루를 공사하는 네 가지 단계

주택 건축업자나 리 모델링 업자는 견고하고 소리 나지 않는 마루를 설치하기 위해 목재나 I-joists를 바닥장선으로 사용할 때 APA 등급의 Sturd-I-Floor 패널을 애용하고 있다. Sturd-I-Floor 패널은 주거용 건물의 바닥에 적합하도록 디자인 되어 서브 플로링이나 카펫이나 패드 밑에 설치할 수 있다. 그러나 제대로 시공되지 않은 경우엔 마루에서 소리가 나거나 휘거나 못이 튀어나올 수 있다. 이런 문제를 줄이기 위해 APA는 다음과 같은 네 가지 가이드라인을 제시하고 있다.

올바른 자재를 선택하라
마른 목재나 공학 I-joist는 생(生)재보다 치수의 변화가 적다. 생재가 건조가 되면서 못이 튀어나오거나 마루에 돌출부위가 생기게 되는 경우가 많다. 돌출부위가 생기면 소리가 나거나 바닥이 더 빨리 닳게 된다.

패널은 일정 간격을 두어 시공하라
패널은 처음 제작사의 함수율 시점에서 평형함수율에 도달되기까지 팽창 및 수축을 한다. 만일 팽창할 공간이 없이 설치되면 좌굴이 발생한다. 따라서 제혀쪽매 합판을 포함한 모든 패널이나 Sturd-I-Floor 패널은 네 모서리에 최소 1/8인치의 간격을 두어 시공하여야 한다. 또한 패널의 이러한 수축 팽창을 최소화하기 위해서는 설치 이전에 현장 기후에 적응하도록 한다. 패널을 며칠간 세워 놓고 모든 방향에서 통기가 되도록 하면 된다.

접착제를 사용하라
패널이 바닥장선에 단단히 그리고 오랫동안 붙어 있게 하려면 APA의 성능 사양서 AFG-10에 준하는 접착제를 사용하는 것이 좋다. 접착제는 장선 위에 1/4인치 두께 정도로 직선으로 바르거나 넓은 곳에는 S자형으로 바른다. 그루브에 접착제를 발라 모든 제혀쪽매 조인트를 접착시킨다. 접착제가 마르는 것을 막기 위해 한번에 하나나 두개의 패널 부분까지만 접착제를 바르면서 시공한다. 접착제가 굳기 전에 못질을 끝내야 하며 날씨가 따뜻하면 접착제가 빨리 굳는 것도 염두에 두어야 한다.

패널에 못을 제대로 박아야 한다
못박기 기준은(못의 크기 및 간격) 장선의 간격이나 패널의 두께 또는 현재 사용하고 있는 패널 제품과 관련이 있다.<아래표 참조>

APA 마루재를 위한 패널 및 부착물에 대한 권고사항 장성의
간격
(인치) 마루 종류 APA 패널 등급 및
스팬 등급 못 크기와
종류 접착제를 사용한 경우의
최대 못 간격 접착제를 사용하지 않는 경우
최대 못 간격
지주가
있는
패널 가
장자리 중간
지주 지주가
있는
패널 가
장자리 중간
지주
16 카펫과 패드 STURD+FLOOR
16cc, 20cc, 24cc 6d 나사형 못 12 12 6 12
바탕재 또는 구조용 마감 바닥 등급 덥개재(RATED SHEATHING)
24/16, 32/16,40/20, 48/24
19.2 카펫 과 패드 STURD-I-FLOOR
20oc, 24oc 6d원형
혹은 나사형 못 12 12 6 12
바탕재 또는 구조용 마감 바닥 등급 덥개재(RATED SHEATHING)
40/20, 48/24
24 카펫과 패드 STURD-I-FLOOR
24oc, 32oc, 48oc 6d원형
혹은 나사형 못 12 12 6 12
바탕재 또는 구조용 마감 바닥 등급 덥개재(RATED SHEATHING)
48/24
32

48 카펫과 패드

카펫과 패드 STURD+FLOOR
32oc, 48oc
STURD+FLOOR 48oc 8d원형
혹은 나사형 못
8d원형
혹은 나사형 못 6

6 12 6

6 12