해외 건축정보

다양하게 적용되고 있는 미국의 다층 목구조주택”

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미국에서는 다층 목구조 건축물이 다양한 형태로 적용되고 있다. 이 건축물들의 공통점은 각 건물의 규모와 용도에 있어서 다른 건축구조에 비하여 경제적이고 시공기간이 짧기 때문에 선택되었다는 점이다. 특히 목구조에서는 화염막이 및 보막이 등의 세부구조가 쉽게 건축될 수 있다. 미국의 다층, 다세대 목조건축 사례를 모았다.
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미국에서는 현재 다층목구조 주택이 다양한 건물유형에 적용되고 있다.
목구조는 2~3층 건물의 건축에 오랫동안 사용되어 왔지만 새로운 기술개발과 설계의 혁신으로 인하여 4~5층 건축으로까지 확대되고 있는데, 특히 다세대 주거용 건물과 사무용건물에 주로 적용되고 있다.
기존 목재제품의 품질향상과 새로운 공학목재 제품의 개발은 설계자들로 하여금 다층건축에 목재를 사용할 수 있는 기회를 크게 확대했다. 앞으로도 혁신적인 목재제품과 골조구조를 사용함으로써 다층건물의 건축에 목구조의 적용은 더욱 확대될 것으로 예상된다.

Delancey Street

샌프란시스코에서 유행되는 형태는 1층의 콘크리트 주차장 또는 소매상가 위에 3~4층의 목주조 주거용 건물을 건축하는 것이었다. 이러한 유행에 따른 한 예가 Delancey Street Foundation의 삼각복합건물이다.

이 복합건물의 소유주는 약물 및 알코올중독자에 대하여 매우 효율적으로 성공적인 재활교육을 제공하고 있는 Delancey Street 재단이다. 이 복합건물은 7개의 건물로 구성되며 총 건평은 325,000ft²이다. 이 건물에는 중정원, 헬스클럽, 수영장, 5백석 규모의 공연장 그리고 1백50석 규모의 극장을 갖춘 레크레이션 건물 등이 포함된다. 상업적 기능을 갖는 세탁소, 골동품차 박물관을 갖춘 자동차 정비업소, 목공소 그리고 4백석 규모의 식당 등도 포함되어 있다. 4개의 주거용 건물에는 1백77세대의 주거용 공간이 제공된다.

이 복합건물은 1979년도 UBC와 1984년도 샌프란시스코 법규개정판에 근거하여 설계되었다. 각 건물에는 2개의 비상계단이 있으며 이 계단들은 성형 콘크리트 디딤판, 챌판 및 계단참으로 구성되었다. 모든 목재 구조부재는 미송-낙엽송(Douglas Fir-Larsh)군의 수종이었다. 수축문제의 해결을 위하여 12% 함수율로 건조된 2×제재목을 바닥장선으로 사용하였으며 수축에 대한 분석은 실시하지 않았다.

세대 사이의 음전달을 감소시키기 위하여 설계자는 2×6 깔도리 위에 2×4 샛기둥을 앞뒤로 엇갈리게 배치하였다. 벽체의 한쪽 면은 5/8″ 석고보드로 덮었으며 다른 면에는 3/8″ 합판위에 5/8″ 석고보드를 사용하였다.

벽체내 공간에는 3-1/2″ 방음매트를 엇갈린 샛기둥 사이에 누벼서 사용하였다. 전체 구조체는 약 53의 STC 등급을 나타내었다. 바닥두께를 10″로 유지하기 위하여 높은 응력이 작용하는 부위에는 집성재 대신 넓은 플랜지의 강철보를 사용하였다.

건물의 외벽에는 시멘트 벽토마감이 선택되었다. 이 마감은 피라미드형 지붕꼭대기에 사용된 테라코타 타일과 조화를 이루었다. 각 층에서는 수축문제를 최소화시키고 창문의 설치를 위하여 조정결합부가 설치되었다.

6×6 목재 받침 툇보의 처마 구조가 건물 전체에 사용되었다. 이 복합건물은 지진이 심하게 발생되는 구역으로 분류되는 지진지역 4에 위치해 있다. 합판 덮개가 사용된 수직 전닥벽과 수평격판이 측방하중의 전달을 위하여 사용되었다.

상층에서는 실내칸막이벽의 절반 정도에 석고보드를 사용하였다. 1백17톤 무게에 14″ 정사각형 단면의 성형 강화 콘크리트 파일이 구조를 지지하기 위하여 사용되었다. 가장 위층을 2층에 결합시키기 위하여 강철띠쇠가 사용되었다. 아래층의 전단벽에는 8d 못을 2″ 간격으로 박았으며 이를 위하여 3×4 샛기둥을 사용하였다.

이 구조물은 1989년 10월 17일에 리히터 지진계로 7.1의 강진이 샌프란시스코를 강타하였을 때 거의 완공단계에서 예상치 못했던 매우 심한 시험을 통과하였다. 이 건물은 당시에 심하게 파손되었던 Embarcadero 고가 고속도로와 Bay Bridge에서 얼마 떨어지지 않은 지점에 위치해 있다. 그러나 Delancey Street 건물은 치장벽토에 조금도 금이 가지 않은 상태로 전혀 피해를 입지 않았다.

The Gatesworth
One McKnight Place의 Gatesworth는 미주리주 세인트루이스시 근처에 소제한 일부 5층 전체적으로는 4층 목조건물이다. 중서부지방에 위치한 대형목구조들중의 하나로써 Gatesworth는 280,000ft의 주거공간과 65,800ft의 건물 1층 주차장을 합하여 총 345,800ft의 건평을 갖는다.

Gatesworth는 쇼핑, 문화, 은행 및 교회 등의 활동에 편리한 노인복지 시설이다. 이 시설은 거주자들에게 안락함, 편안함 그리고 활동의 자유를 줄뿐만 아니라 주변 주거지역의 건축미와 환경을 보완해줄 수 있도록 설계되었다.

이 여러 갈래로 갈라진 건물은 발코니와 취사 시설을 갖춘 2백19세대의 단일 및 2침실 아파트, 극장식 공연장, 예술 및 공예센터, 온실, 미용체조센터, 도서관, 현관 그리고 공식 비공식의 식당 등을 포함하고 있다. 목구조는 개발업자 및 시공자의 다층목구조 건축에 대한 지식과 경험에 의하여 선택되었다.

이 건축의 총 예산은 2천5백만 달러로 이는 토지, 금융 및 분양 비용을 포함한 수치이다. 전체 예산 중에서 토지가격이 2백만 달러 그리고 부지정리와 시공인력 및 자재 비용으로 1천6백만 달러가 소요되었다. 이 건축계획은 완공까지 15개월이 걸렸으며 1988년 12월에 완공되었다. 건물의 주된 부분과 2개의 날개 부분은 1층의 강화 콘크리트 주차장 위에 4층으로 건축되었다. 주된 건물의 중앙에는 4층 높이의 채광 중정원이 위치하여 모임장소로 사용되도록 하였다. 강철부재가 주차장의 일부구조와 4층 높이의 중정원을 포함한 공공의 개방공간 골조에 사용되었다.

이 건물은 1984년도 Basic Nation Building Code에 의하여 설계되었다. 세 개의 화재분리벽이 사용되어 Gatesworth를 4개의 건물로 나누었다. 비상구 주변, 계단구조 그리고 주차장을 상부의 주거공간과 분리시키는 구조체에는 2시간 내화성능이 요구되었다.

2시간 내화성능벽은 벽체의 양면에 각각 2장의 5/8″×형 석고벽판을 부착시킴으로써 구성하였다. 주차장과 주거공간을 분리시키는 바닥에 요구되는 2시간 내화성능을 얻기 위하여 2×12 장선을 사용하고 차고 천정에는 2장의 5/8″합판 위에 1-1/2″ 경량콘크리트를 사용하였다. 각 세대의 외부 발코니는 건물 외벽에 요구되는 내화 성능을 만족시키기 위하여 내화처리 목재로 건축되었다. 미적 감각을 높이기 위하여 밑의 2개 층과 일부 박공벽에는 4~5층까지 벽돌 치장을 실시하였다. 외벽의 나머지 부분에는 섬유판 외벽널이 사용되었다.

실내벽의 STC 등급은 55~60이었다. 전형적으로 벽체는 양면의 안쪽층에 1/2″의 방음판과 표층에 5/8″×형 석고벽판으로 구성되었다. 바닥/천정 구조체는 STC 등급 50~55를 나타내었다. 이 값은 트러스사이 공간의 단열처리와 천장에 5/8″형 석고벽판의 부착으로 달성되었다. 바닥은 5/8″합판위에 1-1/2″ 경량콘크리트를 사용하여 건축되었다.

측방하중에 대한 설계에서는 바람이 주된 고려인자였다. 기본설계풍속은 70mph이었으며 이로 인하여 노출면적에 약 15psf(1b/ft)의 풍압이 작용하였다. 측방하중에 저항하기 위하여 석고벽판이 모든 외벽과 내벽 및 칸막이벽 표면에 사용되었다. 일부 선택된 벽체는 석고 덮개와 함께 외부표면에 합판을 덮어서 구성하였다. 세인트루이스지역에서는 상향문제의 발생이 드물기 때문에 특별 고정 및 벽체결합판은 거의 사용되지 않았다. 1층과 2층의 내력벽에서는 5,0001b/ft의 수직하중을 지지하기 위하여 “STUD” 등급의 미송-낙엽송(DFC) 2×6를 24″ 간격에 이중으로 사용하였다. 5층구조부의 낮은 층 벽체에는 2×6를 3중으로 사용하였다.

건물의 전체에 걸쳐서 동일하게 24″ 간격의 골조를 사용함으로써 대부분의 하중은 수직부재에 의하여 지지되었다. 수직하중은 수직부재의 배열에 의하여 지면으로 전달되었으며 각 바닥트러스의 양끝에서는 직접 수직하중을 지지하는 샛기둥으로 하중이 전달되도록 하였다. 이러한 구조에 의하여 수평부재에 대한 하중을 감소시켰을 뿐만 아니라 목리에 수직방향으로의 수축효과를 최소화시킬 수 있었다.

이 건물에는 전체적으로 못과 경량금속결합판과 같은 표준 목재용 철물이 사용되었다. 표준 1/2″ 직경의 고정볼트가 건물을 기초에 고정시키기 위하여 사용되었다. 외벽에는 석고 또는 합판 덮개가 각 층에 설치되었기 때문에 별도의 특별한 층간 결합이 요구되지 않았다. 목조 트러스를 강철보에 결합시키기 위하여 목재 깔도리를 강철보 윗면에 볼트로 부착함으로써 표준 목재 대 목재결합이 가능하였다.

바닥부재로는 1층을 지지하는 장선 이외에는 모두 24″ 깊이의 수평트러스가 사용되었다. 2×12의 1층 장선에는 내력벽의 아래에 짧은 수직보막이가 사용되었다. 이러한 구조에서는 목재의 목리방향 수축이 매우 적다는 장점을 이용하여 2×12 장선이 폭방향으로 수축된 경우에 수직보막이가 하중을 지지할 수 있었다.

대부분의 경우에 목재 바닥 트러스는 목재와 강철 사이의 불균일한 수축을 피하기 위하여 강철보에 걸쳐서 사용되었다. 시중의 벽돌 고정쇠가 목구조와 벽돌 치장벽의 사이에 사용되었으며 이 구조는 1”이하의 움직임 차이를 수용할 수 있었다. 건물의 중앙부 근처에서 천장과 실내 칸막이벽 사이의 움직임 차이는 표면에 할열로 나타날 수 있다. 이러한 문제발생의 가능성을 차단하기 위하여 건물의 횡단면에 4개의 지지선을 설치하였다.

실내복도 칸막이벽은 지붕과 바닥트러스를 지지하기 위하여 내력벽으로 설계되었으며 중앙 복도에는 2×8 버팀재가 사용되었다. 지붕의 절반은 각각 별도의 트러스구조로 구성되었고 움직임이 발생할 경우에 대비하여 이를 수용할 수 있도록 마루 부위에 틈을 주었다. 이러한 구조를 통하여 수축율 차이로 인한 실내마감벽의 할열가능성을 실질적으로 배제시킬 수 있었다.

Marriott Countyard Hotel
미국의 수도 워싱턴시에 건축된 다층호텔중에서 가장 큰 건물에 속하는 이 호텔은 미국 전역에 산재한 1백90개의 Marriott 호텔들중에서 선두주자의 역할을 하고 있다. Marriott’s Countyard Hotel은 이전까지는 속이 빈 벽돌조 벽과 성형판으로 건축되었다. 관례적인 목구조공법을 채택한 이 건물은 벽돌 및 강철 건축과 비교하였을 때 10%의 경비절감 효과를 얻을 수 있는 것으로 분석되었다.

2층과 3층 바닥은 10,365m(34,000ft)의 목재 I-장선을 사용하여 건축되었다. 집성재보가 경사트러스를 지지하였으며 경사트러스는 2부분으로 건축되어 중앙벽에 의하여 지지되었다. 1백46개의 방을 만들기 위하여 총 80개의 집성재가 사용되었다. 지붕트러스는 공칭 2×6의 상하현재와 2×4의 웨브로 구성되었으며 610mm(24in)간격으로 배치되었고 지간거리는 6.1m에서 18.3m의 변이를 나타내었다.

Copperfield Hill

Copperfield Hill은 미네소타주 미니아폴리스시에서 건축된 최초의 5층 목조건물이다.
이 건물은 자족 노인복지시설로 아파트형의 주거공간과 공동활동 공간을 제공하며 부엌, 식당, 음악실, 도서관, 오락실, 공예실 및 예술센타 등이 포함되어 있다. 이 건축계획은 1987년 12월에 완공되었으며 총 예산은 9백50만 달러로 이는 토지가격과 4백70만 달러의 건축비가 포함된 수치이다.

목구조는 주로 강철골조와의 건축경비 비교에 근거하여 선택되었다. 입찰에서 강철골조는 목구조보다 약 75% 더 높은 가격으로 제시되었는데 목조건축의 편리함으로 인하여 이 건물의 골조는 5개월내에 완성되었다. 설계자는 Copperfield Hill의 주거공간을 여섯 개의 면적분리벽에 의하여 6개의 건물로 분리하였다. 대부분의 바닥에 수평트러스가 사용되었으며 중정원의 큰 개방공간을 형성하고 또한 건축법규에서 요구하는 불연성의 금속판 계단을 지지하기 위하여 강철골조가 사용되었다.

미적 감각과 법규에서 요구하는 불연성 외벽의 요건을 충족시키기 위하여 벽돌마감이 선택되었다. 외벽내의 골조를 위하여 설계자는 내화처리된 목재위에 ×형 석고벽판을 실내면에 부착하도록 명시하였다. 비록 외부의 벽돌벽이 위치에 따라서는 50피트 높이에 달하였지만 받침꺽쇠를 사용하지 않고 건축되었다. 그러나 할열을 최소화하기 위하여 수직확장결합부와 유연한 벽돌고정대가 많이 설치되었다.

주된 측방하중 설계 고려 인자는 바람이었으며 설계에서 상향의 문제는 발생하지 않는 것으로 분석되었다. 1층에 작용하는 높은 중력을 지지하기 위하여 실내벽에는 3×4를 16″ 간격으로 그리고 외벽에는 2×6를 16″간격으로 사용하였다. 솔송나무 “STUD” 등급이 가장 낮은 허용등급으로 명시되었다.田 미국임산물협회 한국사무소(02-722-3685)

■자료제공 : 이 재혁 (대영교역 02-588-3960)