산림조합 창립 60주년 홍보영상
통합검색
자료관 (313)
산림지 (22933)
-
목조건축에 사용하는 공학목재
122 2022 May 글+사진. 심국보(국립산림과학원 목재공학연구과장) 목조건축에 사용하는 공학목재 산림정보 Ⅴ Work 목재는 가장 쉽게 생산할 수 있고, 다양한 용도에 적용 할 수 있는 건축재료이다. 기후변화에 대응하기 위하여 탄소배출 저감 목표 달성에 관심이 집중되고 있는 요 즘, 건축재료로서의 목재에 대한 관심이 급증하고 있다. 건조나 절삭 등 가공기술이 발달하지 않았을 예전에는 목재 내부의 수분 변화로 발생하는 치수변화와 건조할 렬 등은 자연스러운 현상이었을 것이다. 사용 중에 발생 하는 목재의 품질 변화에 대응하는 경험과 사용하는 건 축재료의 규격이 축적되고 전수되어 목재활용 기술과 전통으로 이어졌다. 한옥의 기둥과 보의 치수가 그 예가 될 수 있다. 한옥의 기둥 단면적은 현대적 구조해석에서 요구하는 단면적보다 2배 이상이 되는 경우를 흔히 찾 아볼 수 있다. 현대에서는 목재 건축재료의 성능을 정확 하게 예측할 수 있어 공학적인 계산으로 효율적인 단면 의 재료를 사용할 수 있게 되었다. 최종 목재제품의 성능을 예측할 수 있는 경우 그 제품 을 공학목재(engineered wood)라고 부른다. 공학목재 의 장점은 목재자원의 효율적인 이용, 목재가 가지는 천연적인 결점의 제어, 개체 간 균질한 물성 보유와 기 계적인 특성의 향상 등이다. 이러한 장점은 건축적인 용 도에 적합하게 목재제품을 개발하고 개선하면서 늘어 나게 되었다. 제재목 중에서도 함수율을 제어하고, 강도에 영향을 미 치는 옹이와 같은 천연적인 결점을 측정하고 그 영향을 분석하여 하중지지능력을 예측할 수 있는 경우를 공학 목재라고 한다. 구조용 집성재와 LVL, OSL, LSL, I-joist 등과 같이 목재제품의 제조과정에서 구성 원재료의 품 질을 제어하고, 이들을 접착 또는 접합하여 최종제품을 제조하며, 제품의 성능을 예측할 수 있는 재료를 구조 용 공학목재라고 한다. 구조용 직교집성판(CLT), 합판, OSB, PB 등과 같이 판상의 목재제품도 공학목재이다. 기둥과 보로 사용하는 공학목재 구조용 제재 힘을 지지하는 구조용 으로 사용하는 목재는 KS F 3020(침엽수 구 조용재)에 정의되어 있 다. 구조용재는 성능평 가 방법에 따라 육안등 급구조재와 기계등급 구조재로 구분한다. 육 안등급구조재는 1종구조재(규격재), 2종구조재(보재), 3 종구조재(기둥재)의 등급별 품질기준(옹이지름비, 둥근 모, 갈라짐, 평균나이테간격, 섬유주행경사, 비틀림, 함 수율, 방부·방충처리 등)에 따라 1등급, 2등급 및 3등급 으로 구분한다. 기계등급구분재는 휨탄성계수를 측정 하는 기계장치에 의하여 등급구분한 구조재를 말하며, 침엽수 기계등급구조재의 품질기준(휨탄성계수와 구 조재의 결점사항)에 따라 E6, E7, E8, E9, E10, E11, E12, E13 및 E14 등 9가지 등급으로 구분한다. 침엽수 구조용재는 「목재의 지속가능한 이용에 관한 법 구조용 제재 123www.sanrimji.com 이 구조용 집성재의 하중지지능력을 결정하는 데 중요 한 요소이다. 좋은 품질 등급의 층재는 일반적으로 외층 재로 사용한다. 휨하중을 받는 보재료의 경우에는 외층 에 더 큰 인장력과 압축력이 작용하기 때문이다. 구조용 집성재는 주로 기둥과 보 재료로 사용하나, 문, 창틀, 계 단판, 난간지주 등 제재를 사용하는 모든 곳에 적용할 수 있다. 구조용 집성재의 종류와 품질은 KS F 3021(구조용 집 성재)에 적합하여야 한다. 층재의 구성과 배치에 따라 같은 등급 구성 집성재와 대칭 또는 비대칭 다른 등급 구성 집성재로 구분한다. 다만, KS F 3021에 규정되지 않은 집성재는 적절한 시험 및 평가방법에 따라 구조용 으로 적합하다고 인정된 경우에 한하여 구조용으로 사 용할 수 있다. 구조용 집성재의 층재배열 및 수종에 따 른 허용응력도 KS F 3021에서 나타내고 있다. 현재 고 층이나 대형 목조건축에 중요한 재료로 사용되고 있는 구조용 집성재는 그 수요가 점차 증가할 것이라고 생각 한다. 구조용 복합재료 LVL (Laminated Veneer Lumber) 목재에서 얇은 두께(1-2㎜)의 단판(veneer)을 생산하여 구조용 제재의 품질표시 방법 구조용 집성재 품질표시 방법 률」에서 정한 ‘목재제품의 규격과 품질기준’에 따라 등 급, 수종, 치수, 함수율 등 품질표시를 하여야 한다. 치수 는 건조와 대패가공이 된 후의 실제 치수를, 생재치수 는 건조되지 않고 대패가공한 치수를 표시한다. 함수율 은 KD12 또는 D12(12% 이하), KD15 또는 D15(15% 이 하), KD19 또는 D19(19% 이하), G(19% 초과)로 표시한 다. 따라서 구조용 침엽수재는 제재에 표시된 수종, 등 급과 함수율에 따라 기계적인 성능을 예측할 수 있으므 로 목조건축에서 가장 많이 사용하는 공학목재이다. 구조용 집성재 대형 건축의 수요가 늘 어나면서 구조용 제재 또는 원목의 성능으로 는 설계를 구현하지 못 하는 경우가 나타나기 시작했다. 단면이 크고 길이가 긴 목재를 구하 기는 더욱 어려워졌다. 다행히 큰 나무를 구한다고 해도 내부의 품질 확인 및 건조가 어렵기 때문에 사용 중에 치수변화나 할렬이 발 생하여 구조물의 성능에 영향을 미치는 경우가 있다. 따 라서 품질제어가 쉬운 작은 단면과 짧은 제재로 단면이 나 길이를 확장하는 구조용 집성재가 개발되었다. 구조용 집성재는 작은 단면의 제재(층재, lamina)를 함 수율을 15% 정도로 건조하고, 각 제재의 성능을 평가 (육안 또는 기계등급)하여 내수성이 강한 접착제로 폭 방향과 길이방향으로 접착하여 생산한다. 층재의 배열 구조용 집성재 <제재목 품질표시 방법> 표시사항 품명 - 등급 - 수종 - (원산지) 치수 - 함수율 - 생산(수입)자 예1 수장용 판재 - 2등급 - 오동나무 - 한국 30㎜x150㎜x2.4m - KD12 - 00제재소 예2 보구조재 - E11 - 소나무 180㎜x300㎜x4m - KD15 - (주)xx상사(중국) <집성재 품질표시(예1)> 품명 대칭 다른등급구성 구조용집성재 강동등급 10S-30B 외관등급 S 사용환경 사용환경 3 폼알데하이드 방출량 등급 SE0 수종 낙엽송, 리기다소나무 원산지 한국 치수(높이x너비x길이) 400x180x15,000㎜ 사용방향 이 표시가 보이는 면이 윗면 제조사 또는 약호(국가),(생년연월) (주)0000 (한국)(0000.00.) <집성재 품질 표시(예2)> 같은등급 구조용집성재 - 10S-34B - P 사용환경 2 - E0 - 잣나무 - 500x200x18,000㎜ (주)000,(0000.00.) (※이 표시가 보이면 면이 윗면) 124 2022 May 적층하는 제품은 대표적으로 합판을 들 수 있다. LVL도 단판으로 제조한다. 합판과는 달리 단판을 목리방향으 로 평행하게 배열하여 접착하는 방식을 적용하며, 1970 년대 초반에 처음 소개되었다. 단판을 원재료로 이용하 므로 제재목보다 목재자원 이용률이 35% 이상 높다. 건 조한 단판에 접착제를 도포하고 열과 압력으로 접착하 여 제조한다. 건축물에서의 주요 용도는 구조용 집성재와 같으며, 특 히 개구부 헤더와 장선막이(rim board)로 많이 사용한 다. 단판을 접착하므로 곡면가공에 유리하여 아름다운 목조건축물을 실현할 수 있는 공학목재이다. 다만, 우 리나라에서는 생산하지 않으며 전량 수입에 의존하고 있다. PSL (Parallel Strand Lumber) PSL은 LVL보다도 원 목의 이용효율이 높 다. 목재단판 조각(스 트랜드, 두께 3-5㎜, 폭 10-20㎜, 길이 약 1m, 두께 대 길이 비율 약 300)을 길이방향으로 배열하여 접착한 공학 목재이다. 스트랜드에 접착제를 도포하고 열과 압력으로 가압하여 제조한다. 목재가 갖는 천연적인 결점이 자연스럽게 분산되므로 재료 간의 성능 차이가 크지 않단 장점이 있다. 건축물 에서의 용도는 구조용 집성재와 같이 기둥과 보 등 힘 을 받는 부재로 사용한다. PSL도 우리나라에서는 생산 하지 않아 전량 수입에 의존하고 있다. LVL PSL LSL (Laminated Strand Lumber) 또는 OSL (Oriented Strand Lumber) LSL 또는 OSL은 PSL 과 같은 방식으로 제 조하나 원재료가 OSB (Oriented Strand Board)를 제조하는 것 과 같은 규격의 목재조 각(스트랜드, 두께 약 1㎜, 폭 20-40㎜, 두께 대 길이 비율 약 75)이다. LSL의 스트랜드가 OSL보다 약간 길어 다른 이름으로 부른다. 용도는 구조용 집성재와 같으며, 전량 수입에 의존하고 있다. 목재 I형 보(I-Joist) 목재 I형 보는 크기와 무게에 비해 강도가 크단 장점이 있다. 목재 또는 LVL 플랜지에 합판 또는 OSB 웹을 적 용하여 조립한 재료이다. 주로 바닥 장선용으로, 높이 가 큰 장선용 구조용재(2 by 12 이상)를 대신하여 사용 한다. 길이방향으로 제한이 없어 용도가 넓으며, 강성이 좋아 비주거용 건축의 바닥에도 많이 사용한다. I형 보 는 단열성과 경제성이 요구되는 구조에 적합하다. 벽면과 바닥면에 사용하는 재료 구조용 직교집성판(CLT, Cross Laminated Timber) 구조용 직교집성판은 대형 고층 목조건축물의 벽체와 바닥체에 주로 사용한다. 합판과 OSB와 같은 판상재료 는 두께방향으로 치수를 확장하기에는 경제적으로나 기술적으로 어려움이 있다. 따라서 건축물에서 벽체나 바닥체로 사용하기 위한 하중지지능력을 확보하기 위 LSL I-Joist 125www.sanrimji.com 해 제재목을 층 별로 직교방향으 로 접착하여 제 조하는 구조용 직교집성판이 개 발되었다. 구조용 직교집성 판은 일반적으로 두께 15-21㎝, 폭 2m, 길이 20m 정도 로 생산할 수 있다. 설계에 따라 건축물에 작용하는 수 평하중에 저항하는 전단벽체 역할을 하거나, 바닥 장선 구조를 사용하지 않은 바닥체로 휨하중에 저항하기도 한다. 구조용 직교집성판의 높은 강성과 무게는 바닥충 격음 전달을 억제하는 장점을 가지기도 하여 고층 주거 용 및 비주거용 건축물에 최근 많이 적용하고 있다. 구조용 직교집성판의 개구부와 접합부를 공장에서 고 성능 기계로 가공할 수 있으므로 현장에서는 조립 작업 만으로 공사를 진행할 수 있는 장점이 있다. 따라서 공 사 기간을 단축하고 현장에서 발생하는 소음과 건축폐 기물 또한 대폭 줄일 수 있다. 현장 작업의 최소화로 경 제성과 균일한 건축물의 품질을 확보할 수 있다. 구조용 직교집성판의 상용화로 고층건축물의 가능성에 전 세계가 눈을 뜨기 시작했다. 탄소집약재료를 대체하 여 탄소배출을 저감하는 목재제품으로 그 용도가 점차 확대되고 있다. 구조용 합판 구조용 합판은 단판을 층별로 직교하는 방향으 로 접착하여 제 조하는 판상제품 이다. 수직으로 접착된 층이 수 분에 의한 단판 의 수축·팽윤을 상호 억제하므로 치수안정성이 우수하다. 건축에 사용 하는 경우에는 바닥 덮개재, 전단벽 덮개재, 지붕 덮개재 등으로 사용한다. 하지만 단판을 만들 수 있는 목재자원 이 감소함에 따라 구조용 OSB로 점차 대체되고 있다. 구조용 OSB (Oriented Stranded Board) 구조용 OSB는 목재 자원의 효율적인 이 용을 위해 개발된 판상제품이다. 넓고 얇은 목재조각(스 트랜드, 두께 1㎜ 이 하, 폭 20-30㎜, 길 이 50-60㎜ 정도)에 접착제를 도포하고 같은 방향으로 배열하여 열과 압력에 의해 접착하여 생산한다. 구조용 으로 사용하기 위해서는 내수성이 우수하여야 하며, 강 도적인 성능을 만족[목재제품의 규격과 품질기준(국립 산림과학원 고시)]하여야 한다. 목조건축에서의 용도는 구조용 합판과 같다. 구조용 PB (Particle Board) 구조용 PB는 톱밥과 같은 작은 목재입자를 원재료로 한다. 입자에 접착제를 도포하고 열 과 압력을 가하여 제 조한다. 가구용으로 주 로 사용하나 구조용으 로 사용하는 국가도 있으며, 우리나라에서도 구조용으로 사용할 것으로 생 각한다. 제재목을 생산하지 못하는 목재자원뿐만 아니 라 재활용 목재도 작은 입자로 분쇄하여 사용할 수 있 으므로 자원순환이용에 매우 중요한 공학목재이다. 용 도는 구조용 합판, OSB와 같다. 공학목재는 필요한 용도에 따라 새로운 제품이 개발될 가능성이 크다. 목질 섬유를 사용한 공학목재는 다른 구 조용 건축재료와의 경쟁에서 환경적으로 우수하여 시 장점유율을 점차 확대해나가고 있다. 인체에 유익하고 환경부담이 적으며 탄소배출 또한 적은 공학목재는 미 래의 건축을 이끌어갈 건축재료이다. 구조용 직교집성판(CLT) 구조용 합판 구조용 OSB 구조용 PB
-
대지가 꿈틀거리는 촉촉한 봄날의 숲놀이
118 2022 May 산림정보 Ⅳ Work 봄날의 숲은 상상과 모험의 세계로 빠져들 수 있도록 아이들에게 다양한 놀잇감 을 아낌없이 내어준다. 특히 봄비가 촉촉이 내린 다음 날 숲을 찾아가면 아이들 의 오감이 더욱 깨어난다. 비구조화된 놀잇감인 흙의 다양한 변화를 직접 체험할 수 있기 때문이다. 이 밖에 또 어떤 것들이 숲속에서 우리 아이들에게 호기심을 불러일으킬까? 대지가 꿈틀거리는 촉촉한 봄날의 숲놀이 글+사진. 인지선(청강문화산업대학교 유아교육학과 외래교수) 119www.sanrimji.com 비 온 다음 날 숲을 향해본 경험이 있는 사람은 질퍽한 땅을 어렵잖게 떠올릴 수 있다. 이 때문에 어른들은 비 가 온 다음 날에 숲을 가는 것을 꺼려 할 수 있지만, 우 리 아이들의 놀이를 들여다보면 마음이 바뀌게 된다. 이런 고정관념이 우리 아이들의 신나는 숲놀이를 막고 있다고 느끼게 되기 때문이다. 손에 뭔가 묻으면 얼른 닦아내던 아이들도 비 온 다음 날의 축축한 숲에서는 온 손에 흙물이 묻어도 개의치 않고 흙놀이에 흠뻑 빠 져든다. 아이들은 예상외로 질척거리는 땅에 거부감이 없다. 우 비를 입고 장화를 신었다는 든든함 덕분인지 아이들은 숲에 올라가다가 중간중간 바닥에 철퍼덕 앉아 놀이를 시작한다. 빗물을 막아서 웅덩이와 둑을 만들며 “선생 님, 이것 보세요! 빗물 호수가 되었어요” 이야기해 주기 도 하고, 장갑 덕에 손을 쓰기가 더 편해졌기 때문인지 열심히 흙을 파내기도 한다. 옷에 흙이 묻어도, 얼굴에 흙이 튀어도 아이들은 아무 상관 없이 즐겁기만 하다. 물기 탓에 바닥이 미끄러우면 “애들아, 조심해! 바닥이 젖어서 미끄러워” 하며 친구들을 걱정하기도 하고 자기 도 다리에 힘을 주어 안전하게 걸으려고 노력하기도 한 다. 아이들은 이렇게 스스로 자신의 몸을 조절하는 방법 을 배워나간다. “비가 오는 날 어떻게 하면 미끄러지지 않고 잘 걸을 수 있을까?” 하고 묻자 “장화처럼 바닥이 울퉁불퉁한 신발을 신고요, 다리에 힘을 꽉 주면서 걸 어요”라고 답해주는 걸 보아하니 확실히 그 나름의 방 법을 이미 터득한 것 같다. 예전에는 비가 오면 아이들이 숲에 못 간다고 속상해했 는데, 비 온 후 숲놀이를 한 이래로는 은근히 비가 오기 를 기대하는 눈치다. 아이들은 몇 차례 우비를 입고 벗 으면서 스스로 우비를 입고 단추를 채우는 기술도 익혔 고 우비를 털어서 말리고 잘 접어서 우비 주머니에 넣 는 능력도 길렀다. 이렇게 자연스럽게 비 온 날 숲놀이에 관심이 높아진 아이들은 다양한 놀이를 생각하게 되었다. “무슨 놀이 를 할 수 있을까?” 하며 자기들끼리 고민도 하였다. 아 이들은 먼저 무엇을 숲에 가져갈까를 이야기하다가 곧 01 02 03 01 빗물을 막아 물웅덩이를 만드는 아이들 02 우비를 입고 장화를 신은 채 흙놀이를 즐기는 아이들 03 흙이 옷에 묻어도 얼굴에 튀어도 즐겁기만 한 아이들 120 2022 May 아무것도 챙기지 않아도 된다는 결론을 내렸다. 숲에 지천으로 널려 있는 나뭇잎, 나뭇가 지 등이 아이들에게는 더 의미 있는 놀잇감으로 다가오는 것이다. 아이들은 돌멩이 몇 개 로 본인의 성을 세우고, 나뭇가지 하나로 웅덩이를 휘저으면서 수프를 만든다는 환상놀이 도 하며, 주변에 떨어진 나뭇잎과 꽃잎으로 생일 케이크를 만들면서 한껏 즐거워한다. 촉촉한 봄날의 숲이 울긋불긋한 색깔로 물들어가면 아이들은 곤충에도 관심을 가지게 된 다. 어른들의 눈에는 잘 보이지 않는 번데기도 아이들은 금세 찾아내서 호기심을 보인다. “선생님, 여기에 번데기가 있어요. 그런데 자기 몸을 보호하기 위해 잘 숨어 있어요” 누군 가 외치면 아이들이 전부 몰려들어 그 모습을 관찰한다. 그런데 아이들은 어른들처럼 이게 무슨 곤충의 번데기냐고 묻지 않는다. 그냥 그 모습에 감탄하며 한동안 관찰에 몰입한다. 이런 형님들의 모습을 보며 동생들은 또 모방을 한다. 자기 키에 맞는 나무를 찾아 루페로 04 05 06 07 121www.sanrimji.com 관찰하면서 말을 건넨다. 아마도 형님들의 이야기를 열심히 듣고 난 후, 자신도 알고 있는 이야기를 나무에게 들려주는 것 같다. 그 리고 숲에서 관찰한 애벌레는 원으로 돌아와서 바로 놀이로 연결 된다. “우아, 우리 환준이가 애벌레가 되었네!” 봄의 숲은 어린 영아들에게도 탐색의 공간이다. 규칙을 지키고 줄 을 서는 것에서부터 자유롭게 걸어 다니고 뛰어다니기까지 여러 즐거움을 느낀다. 본인이 스스로 산에 오를 수 있다는 점에도 큰 즐거움과 성취감을 느낀다. 아이들은 숲에서 만나는 모든 것을 신 기해하고 눈에 띄는 것마다 열심히 주워서 선생님께 보여주며 즐 거워한다. “선생님, 알록달록해요! 보물 같아요!” 하며 자신이 찾 은 숲의 보물을 보여주고는 집에 가져가려는지 바지 주머니에 넣 는 모습이 사랑스럽다. 다른 한편에서는 자신의 그림자를 발견한 아이들이 쭈그리고 앉아 열심히 그림자를 손가락질하면서 들여다 본다. 그림자 안을 기어 다니는 개미를 발견하고는 “내 머리에 개 미가 있어!” 하며 한동안 눈을 떼지 않는다. 봄날의 숲에서 아이들은 참 여유롭다. 햇빛도, 공기도, 나무도, 땅 도 모두 여유로워 천천히 세상이 흘러간다. 숲을 내려오면서 아이 들과 또 하나의 보물을 발견하였다. 솔방울을 청솔모가 갉아 먹고 남은 흔적이었다. 아이들은 환호성을 지르고 ‘닭다리’를 발견했다 며 좋아했다. 그러고는 둘러앉아 이 자연물을 이용해서 곤충을 만 들며 놀았다. 집에 가져가고 싶다고도 했지만, 이 또한 우리 것이 아니기에 다음 날 이 닭다리 모양의 솔방울로 게임을 하기로 약속 하고 원으로 돌아왔다. 우리 아이들은 또 숲에서 자연물을 이용한 게임을 할 생각에 행복한 내일을 기약한다. 숲을 애정하고 기다릴 줄 아는 우리 아이들이 참 사랑스럽다! 08 09 10 04 나뭇잎과 꽃으로 생일 케이크를 만드는 아이들 05 나뭇가지로 웅덩이를 휘저으며 수프를 만드는 아이들 06 숲에서 만난 곤충 번데기는 아이들에게 아주 소중한 경험이 된다 07 형님들을 따라 열심히 나무를 관찰하는 동생들 08 자신이 찾은 숲의 보물을 찾아 행복해하는 영아들 09 그림자와의 우연한 만남은 영아들에게 또 다른 놀이로 연결된다 10 아이들이 청솔모가 갉아 먹은 솔방울을 발견했다
