목조건축, 목구조건축
글ㆍ사진_박용성 고문
목조건축이라 하면 나무로 지은 집 정도로 이해하게 된다. 그런데 일반적인 이해로는 나무가 건축물의 “구조”를 이루고 있는 것으로 보기에 “목조건축” 보다는 보다 엄밀하게 “목구조건축”이라고 표현하고 싶다.
나무로 건축물의 구조를 이루는 목구조건축에 대한 관심이 많다. 이산화탄소저감의 대책 중 하나로 여겨지는 부분도 크다. “목재 자재로 건축하면 타 자재에 비해 탄소 방출양을 저감 시킬 수 있으며, 나무의 특성상 이산화탄소를 흡수 고정한다. 나무의 이산화탄소를 흡수 고정하는 특성으로 인해 벌목하여도 대기 중의 이산화탄소가 증가하지 않으며, 살아있는 50년생 소나무 1그루가 약 1년 6개월간 흡수하는 CO2의 양(8.3kg)을 목재기둥 1개(길이 3m, 폭10.5cm)에 담아둘 수 있다. 목조주택은 다른 건축재료 (콘크리트, 철)에 비해 탄소 방출양이 현저히 줄어든다. 철근 콘크리트 주택의 탄소 방출양은 79.98톤으로 목조주택보다 4.24배 높은 수치를 나타낸다)”
출처 https://www.forestinfo.or.kr/public/html/HtmlPage.do?pg=/목재정보/알림터/탄소중립.jsp
또 지자체의 건축물에 목조건축을 우선 적용하는 것도 커다란 방향성의 제시점이 되고 있다. “최근 탄소중립에 관한 관심이 높아지면서 지방자치단체를 중심으로 목조 건축물 건립을 진행하고 있는 가운데 기업들도 관련 기술개발에 나서고 있다. 국회도 목조 건축 활성화를 위한 법안 만들기에 나서고 있다. 목조는 철근콘크리트(RC조)와 비슷한 구조 안전성, 내화성 등을 보이면서도 친환경성까지 확보할 수 있는 소재로 꼽힌다.
“25일 업계에 따르면 서울 동대문구는 목재와 RC조를 결합한 서울시립도서관을 짓는다. 총 1745억원이 투입되는 도서관은 연면적 2만5000㎡ 규모로 2025년 착공, 2030년 완공 예정이다.
서울 종로구는 효제동에 지상 5층(연면적 744㎡) 목조 사회복지시설을 건립한다. 코어 부분을 제외한 기둥·보, 바닥 일부를 국내산 낙엽송을 사용한 목구조로 건립하는 것이 핵심이다.
강원도는 춘천 고은리 신청사 부지에 들어설 도의회 본회의장을 24ｍ 높이의 목조 건축물로 조성하기로 했다. 신청사 및 의회 건립 사업은 총사업비 4995억 원이 투입된다. 2026년 착공해 2029년 완공 예정이다.
충북 증평군은 율리 휴양촌에 충북권 최초 목조 호텔을 건립한다. 총 130억 원을 투입해 4층(연면적 3951㎡) 규모로 조성될 호텔은 1층 대강당 및 다목적실에 이어 4층까지는 총33개의 객실이 들어설 예정이다. 기둥과 같은 코어 부분은 RC조, 나머지 벽·지붕 등 구조재의 50% 이상을 목조로 건립한다.
증평군은 2025년 설계 공모를 통해 기본 및 실시설계를 마친 다음 2028년까지 완공할 계획이다.
전북 고창군에는 유현준 홍익대 교수가 설계한 ‘황윤석실학도서관’이 목조로 건립되고 있다. 총 190억 원이 투입되는 도서관은 지상 2층(연면적 3815㎡) 규모로 내년 하반기 완공 예정이다.
-중략-
국회와 정부에서도 목조 건축물 활성화를 위한 제도적 뒷받침에 나서고 있다. 지난달 위성곤 더불어민주당 의원과 권영진 국민의힘 의원이 ‘탄소중립 실천을 위한 목조건축 활성화에 관한 법률안’을 대표 발의했다. 이 법안은 정부가 목조건축의 활성화 및 건축용 목재제품 이용 촉진을 위한 정책을 수립하고, 그에 맞는 행정적·재정적 지원을 하도록 권고하는 것이 주요 내용이다.
정부가 문화·교육·의료시설 등 공공건축물을 조성할 때 목조건축을 우선 적용하고 일정 비율 이상 국산 목재제품을 사용하도록 권고한다. 또 ‘공공 공동주택의 일부 면적이라도 목조건축물로 발주되도록 노력하고 저층형 공동주택은 목조건축물로 건축되도록 검토해야 한다’는 내용이 포함됐다.
특히 이 법안은 세제혜택 규정을 비롯해 △목조건축 전문인력 교육기관 지정 △설계와 시공 표준화 △공공건축물대상 목조건축 시범사업 진행 등 전문인력 양성, 정부 주도 시범사업 추진 방안 등 다방면에 걸친 목조주택 활성화 지원책이 담겼다.
정부도 그동안 산림청 공모사업으로 진행된 ‘목조건축 실연사업’을 앞으로 지역균형발전특별회계(지특회계)에 편성하기로 했다. 실연사업은 지자체가 국산목재를 50% 이상 사용해 높이18ｍ이상 또는 연면적 3000㎡ 이상 목조 건축물을 조성할 시 4년간 65억 원을 국비로 지원받을 수 있다.
지자체가 사업 추진 계획을 중앙정부에 제출하면 정부가 사업 예산을 편성하는 방식이다. 지자체는 사업별 관련 기준만 충족하면 지특회계 예산을 활용할 수 있다. 또 지난 7월에는 정부가 주택법 시행령을 개정해 공동주택의 층간 바닥에 ‘콘크리트 슬래브 두께 210㎜ 이상을 적용해야 한다’는 규정에서 목조를 제외해 목조 아파트 활성화 길을 열기도 했다.“
출처: https://www.economidaily.com/view/20241220140939695
주무부처인 산림청과 국토교통부도 시의 적절하게 또 신속하게 움직이고 있다. “건폐율 용적률 완화 등 목조건축 활성화를 위한 법률이 올해 안에 제정될 전망이다.
국토교통부와 산림청이 함께 마련하고 있는 이 법안의 주요 내용은 △공공·민간분야의 목조건축 활성화를 위한 법·제도적 기반 마련 △목조건축 확산을 위한 ‘목조건축지원센터’ 지정 △목조건축 조성 시 건폐율·용적률·조세감면 등 인센티브 부여 △건축용 목재제품 등에 대한 관리감독 강화 등 내용을 담고 있다.
이와 같은 전향적인 환경 가운데 지금까지 업계에서 다루어지고 있거나 또는 향후 개척해 볼 만한 목구조건축에 대해 살펴보기로 한다. 여기서 한 가지 주목하고 싶은 사안으로는 일본의 목구조건축이 있다. 산림자원의 차원에서는 차이가 크지만 건축물의 용도와 크기에서는 우리에게도 시사하는 바가 있기 때문이다.
우선 일본의 통계중 하나로 우리의 산림청에 해당되는 임야청 자료를 살펴본다.
“令和4年度に着工された公共建築物の木造率は、公共建築物全体では13.5%（令和3年度13.2%）、低層（3階建て以下）の公共建築物では木造率が29.2%（令和3年度29.4%）となり、概ね前年度と同水準となりました。
2022년도에 착공된 공공 건축물의 목조율은, 공공 건축물 전체에서는 13.5%(2021년도 13.2%), 저층(3층 건물이하)의 공공 건축물에서는 목조율이 29.2%(2021년도29.4%)가 되어, 대체로 전년도와 같은 수준이 되었습니다.”
출처: https://www.rinya.maff.go.jp/j/riyou/R4mokuzouritsu.html
한편 일본 국토교통부와 농림수산성의 발표 자료를 살펴본다.
“国土交通省と農林水産省は、国が整備する公共建築物の木材の利用状況等を取りまと めました。令和元年度に国が整備を行った対象となる低層の建築物注)の木造化率は 90.0%となり、2年連続で9割を達成しました。引き続き、木造化等の取組が確実に実施されるよう、各省各庁へ働きかけを行っていきます。
국토교통성과 농림수산성은, 국가에서= 정비하는 공공건축물의 목재의 이용 상황등을 조사하였습니다. 2017년도에 국가가 정비를 실시한 대상이 되는 저층의 건축물주)의 목조화율은 90.0%로, 2년 연속으로 90%를 달성했습니다. 계속해서, 목조화 등의 대처가 확실히 실시되도록, 각성 각청에 촉구합니다.”
출처: https://www.mlit.go.jp/report/press/content/0011442.pdf
같은 맥락의 기사도 찾아보았다. 일본임업회의라는 뉴스기업의 기사다.
“国（中央省庁）が整備する低層公共建築物（３階建て以下）の木造化率が初めて100％を達成した。国が手がける低層公共建築物を「すべて木造化する」ことは、都市（まち）の木造化推進法の前身である公共建築物等木材利用促進法ができたときから重点課題になっていたが、2013年度には20.3％に下落して政治問題化したこともあった。このため、林野庁と国土交通省は、「木造にできなかった理由」を調べて、各省庁に木造への切り替えを働きかけ続け、木造化率が上昇してきた。
국가(중앙부처)가 정비하는 저층 공공건축물(3층 이하)의 목조화율이 처음으로 100%를 달성했다. 나라가 다루는 저층 공공 건축물을 「모두 목조화」하는 것은, 도시(거리)의 목조화 추진법의 전신인 공공 건축물 등 목재 이용 촉진법이 생겼을 때부터 중점 과제였지만 2013년도에는 20.3%로 하락하여 정치문제로 되는 일도 있었다. 이 때문에 임야청과 국토교통성은 ‘목조로 할 수 없었던 이유’를 조사해 각 부처에 목조로의 전환을 계속해서 목조화율이 상승해 왔다.”
국가에서 주도하는 시책의 영향력을 보여 주는 사례로 본다. 거기에 더해 목조가 갖는 디자인과 경량성의 장점이 더하여 목조건축이 주요 공법으로 등장하기를 기대해 본다.
디자인 측면의 장점을 살펴보면, 목조로는 부드러운 나무공간을 만들 수 있는 점을 들 수 있다. 기둥이나 보 등의 목재를 노출하게 사용하여 온화한 인상을 연출할 수 있다. 유치원을 비롯한 학교는 물론 점포 등, 나무의 따스함이 선호되는 시설에는 목조가 최적이다. 또 한 가지의 장점으로 경량성을 들 수 있는데, 목조는 철골조에 비해 매우 가볍다.
연약지반의 사안에 있어서는, 말뚝의 개수가 줄일 수 있거나, 말뚝 공사가 불필요해지는 경우도 있다. 기초의사이즈 다운도 시도할 수 있기 때문에, 한정된 예산으로 프로젝트를 성립시키기 위해 목조는 유리하다. 여기에 일본처럼 목조를 선택하면 절세 효과를 얻을 수 있는 자산성의 장점이 활용되기도 기대한다.
감가상각기간이 철골조보다 짧게 설정되어 있어 연간 경비를 보다 많이 계상하는 것이 절세로 이어진다. 또한, 내구 연수는 어디까지나 세법상 정해진 연수이며, 현대 건축에서는 유지 보수를 적절히 실시함으로써 더욱 장기적으로 사용 가능하다.
이러한 배경으로 현재 접하고 있는 여러 목구조 건축에 대해 정리해 본다. 우선 북미지역의 영향으로 가장 오랜 기간 목조주택 공법의 대명사로 여겨져 온 것은 투바이포(2x4)다. 2인치 x 4인치 각재를 기본으로 하여 2x6, 2x8등의 다양하면서도 표준화된 자재를 이용하여 벽을 주축으로 구성하는 방식이다. 경량목구조라 불린다.
일본에서는 목조枠組壁공법 - 우리말로 하면 틀벽공법이라 부른다. 굳이 일본어 명칭을 써 보는 이유는 다음으로 최근 그 사용량이 많아지는 것으로 보이는 일본식 중목구조를 언급하기 때문이다. 비교적 크기가 작은 북미식 2x4 (50mmx 100mm)를 무게가 가벼운 경량목구조라 부르는데에 비해 100mm x 100mm의 각재등 상대적으로 커다란 목재를 이용하는 일본식 목조를, 무거울 중자를 사용해 중목구조라고 부른다.
일본에서의 명칭은 목조軸組공법 - 즉 축조공법이다. 굳이 영어로 직역해 보면 wooden framework쯤 될 것이다. 두 공법을 일본의 일러스트로 보자.
일러스트 좌측 그림의 설명 중에 “재래공법”이라는 말이보이는데, 이렇게 일본인들이 부르는 이유는 다음과 같다.
“木造軸組構法とは、建築構造の木構造の構法のひとつである。日本で古くから発達してきた伝統工法を簡略化・発展させた構法で、在来工法とも呼ばれている。木造枠組壁構法がフレーム状に組まれた木材に構造 用合板を打ち付けた壁や床（面材）で支える構造であるのに対し、木造軸組構法では、主に柱や梁といった軸組（線材）で支える。設計自由度が比較的高めの工法である。
목조축조구법이란, 건축구조의 목구조의 공법의 하나이다. 일본에서 옛 부터 발달해 온 전통 공법을 간략화·발전시킨 구법으로, 재래 공법이라고도 불리고 있다. 목조틀 벽 구조가 프레임 형상으로 짜여진 목재에 구조용 합판을 붙인 벽이나 바닥(면재)으로 지지하는 구조인데 반해, 목조축 구조는 주로 기둥이나 보와 같은 축조(선재)로 지지한다. 설계 자유도가 비교적 높은 공법이다.”
출처: https://ja.wikipedia.org/wiki/木造軸組構法
전통 공법은 나무를 끼워 맞추는 것으로 이 방식은 철물(못이나 나사) 대신 텐온 & 모르티스(Tenon & Mortise) (*) 같은 맞춤 가공을 통해 구조를 결합하는 것이 특징이다. 중세 유럽에서 널리 사용되었으며, 이후 북미로 전파되었다고 하는데, 아마도 일본은 지진대비책으로 필요한 목조주택을 일본 나름의 방식으로 발전시켜 온 것으로 보인다.
현대에 들어와서는 이러한 목재에 끼움 가공대신 철물을 이용하여 목재를 연결하는 방식으로 발전하였다. Wooden Frame Work라는 표현은 일본식 표현을 영어로 바꾼 것에 지나지 않고 구미에서는 팀버프레임 (Timber Frame)이라고 부르고 있고 이에 비해 연결 철물을 사용하는 것은 포스트 앤드 빔 (Post and Beam)의 범주에 넣어 부르고 있다.
연결철물을 사용하지 않고 건축한 대규모 팀버프레임의 건축물로는 스위스의 타메디어 신본사 건물을 들 수 있다.
포스트 앤드 빔 빌딩의 사례는 생략하고 대신 일본에서 사용되는 목구조공법용 철물을 소개한다. 현재 국내에서 여러 경로를 통해 일본 프리컷목재를 도입하거나 국내가공품을 이용하고 있는데, 이에 수반되는 접합철물은 일본 현지에서는 공익재단 일본주택-목재기술센터에서 제정한 마크표시품을 권장하고 있어 참고하고자 한다. 마크제는 3가지로 구분되어 있어 틀벽공법용은 C 마크, 축조공법용안 Z 마크, 그리고 CLT패널 공법용은 χ마크라고 한다.
북미-유럽에서는 Mass Timber라고 불리는 일련의 목구조 건축이 주류를 이루고 있다.
대형목조구조물로 번역되는 매스팀버 (Mass Timber)는 여러 겹의 목재를 접착, 못 또는 나사로 결합하여 강도를 높인 엔지니어드 우드(Engineered Wood)의 한 형태이다.
강철이나 콘크리트와 비교해 탄소 배출량이 적고, 건축 속도가 빠르며, 내화성과 구조적 강도를 강화할 수 있다는 장점이 있다. 대표적인 Mass Timber 제품에는 CLT(Cross-Laminated Timber, 교차 적층 목재), Glulam(Glue Laminated Timber, 집성재), LVL(Laminated Veneer Lumber, 합판 적층재) 등이 포함된다.
Mass Timber는 주로 유럽과 북미에서 발전 하였으며, 특히 오스트리아와 캐나다에서 초기 연구와 실용화가 이루어졌다.
CLT(Cross-Laminated Timber)는 1990년대 오스트리아에서 처음 개발되었다. 산림이 풍부한 오스트리아는 전통적인 목재 건축 기술을 현대적으로 발전시키기 위해 CLT 를 연구하였고, 1996년부터 상업화되었다. CLT 기술은 독일과 스칸디나비아 국가(특히 스웨덴, 핀란드)로 빠르게 확산 되었고, 특히 독일의 엔지니어링 기술과 스웨덴의 목재 산업이 결합 되면서 Mass Timber 건축이 발전하였다.
2000년대부터 영국에서도 CLT 건축이 도입 되었으며, 대표적인 사례로 2009년 완공된 Murray Grove(런던, 9층 목조 건물)가 있다.
2000년대 초반 캐나다는 Mass Timber의 친환경적이고 지속 가능한 특성을 주목하고, 연구와 규제 완화를 통해 보급을 장려하였다. 미국은 전통적으로 강철과 콘크리트를 사용한 고층 건축이 일반적이었지만, 친환경 건축물에 대한 관심이 높아지면서 2010년대 이후 Mass Timber를 적극적으로 도입하기 시작했다.
2015년부터 건축법 개정이 이루어지면서 Mass Timber를 사용한 중층 및 고층 건물들이 등장하였다.
유럽의 대표 사례로는 HoHo Wien (오스트리아, 2019년)를 들 수 있는데 세계에서 가장 높은 목조 건축물 중 하나(84m, 24층)로 CLT 및 Glulam 사용하여 건물 전체의 75%가 목재로 구성되었다.
2019년 노르웨이의 Mjøstårnet는 85.4m, 18층의 목조 건물로 LVL 및 Glulam 사용하였고 2020년까지 세계 최고층 Mass Timber 건축물로 기록되었다. 영국에서는 2017년에 CLT로 완성된 10층 높이의 Dalston Works가 있다.
북미에서는 캐나다 밴쿠버에 위치한 18층 목조 기숙사로 Brock Commons Tallwood House (2017년) 가 있고, CLT및 Glulam 사용, 약 70%가 목재 구조로 기존 콘크리트 건축보다 4개월 빠르게 완공 하였다고 한다.
미국에서는 최초의 대형 Mass Timber 오피스 빌딩 (2016년)으로 7층 규모의 T3 Minneapolis가 있으며 위스콘신주 밀워키에 위치하고 25층, 86.6m로 세계에서 가장 높은 Mass Timber 건축물로 알려진 Ascent 가 있다. (2022년) CLT및 Glulam 사용했으며 탄소 배출을 줄이는 친환경적 구조로 알려져 있다.
유럽과 북미에서 Mass Timber는 지속 가능한 건축 재료로 빠르게 확산되고 있으며, 다음과 같은 요인들이 성장을 이끌고있다.
1. 환경적 이점: 탄소 배출을 줄이고 지속 가능한 자원 활용 가능
2. 건축 효율성: 공장에서 사전 제작 후 조립하므로 공사 속도가 빠름
3. 기술 발전: 내화성, 구조적 강도, 내진 설계 기술이 지속적으로 개선됨
4. 규제 변화: 북미를 중심으로 건축법이 개정되면서 초고층 목조 건축이 가능해짐
앞으로도 Mass Timber는 고층 건축물과 친환경 개발 프로젝트에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다.
목구조건축을 새로운 조형으로 해석하여 독특한 구성을 갖는 사례들도 있다.
켄고 쿠마는 일본 시즈오카의 한 정원에 위치한 카페 ‘코에다 하우스’를 완성했다. 디자인 미학은 혁신적인 구조에서 영감을 받았으며, 디자인 팀은 사각형 삼나무 판자를 쌓아 거대한 나무와 같은 건물을 형성했다. 경치 좋은 이 프로젝트로 태평양과 주변 풍경을 조망할 수 있다.
8cm 정사각형 삼나무 판자를 무작위로 쌓아 올리고 인장 강도가 철의 7배인 탄소 섬유 막대로 강화했다. 이 디자인은 나무의 구조적 우아함을 모방했는데 큰 가지가 있는 단일 줄기가 지진 발생 시 안정성을 제공한다. 켄고 쿠마는 이 프로젝트에 ‘작은 가지의 집’이라는 의미의 ‘코에다 하우스’라는 이름을 적절하게 붙였다. 이 부지는 태평양을 내려다보는 절벽에 위치하여 자연을 경험할 수 있는 전망대가 되었다.
목구조를 활용하면서 새로운 구조물의 활용 시도도 이루어지고 있다. 목조 트러스가 그것이다.기둥이 없는 대형 무주공간을 목재로 구성하는 것이다.
북미나 오세아니아에서는 2x4공법에서 주택용 지붕을 구성하기 위해 플레이트 네일 또는 커넥터플레이트라고 불리는 철물을 이용하여 트러스를 구성하거나 또는 바닥용 장선을 제작하여 사용하고 있기도 하다.
대형 목재를 이용한 본격적인 초대형 팀버 트러스의 구축 사례도 있다.
세계에서 가장 큰 목조 지붕 중 하나가 도쿄의 아리아케 체조 센터 경기장 위로 90m 뻗어 있으며, 일본의 닛켄 세케이가 연기된 2020년 올림픽 및 패럴림픽을 위해 설계하였다.
도쿄 도심에서 조금 떨어진 곳인 고토시에 위치한 이 구조물은 원래 2019년에 공개 되었으며, 예술, 리듬, 트램폴린 체조와 휠체어 스포츠인 보치아의 경기장이었다.
목구조 트러스는 이런 초대형 프로젝트이외에도 회당이 구성되는 종교시설이나 학교 체육시설 또는 베이커리카페 등의 상업공간용으로, 심지어는 대형 축사나 창고용으로도 훌륭한 솔루션이 될 수 있다.
* 월간빌더 카페 등에 업로드 되는 기사는 과월호 기사입니다.
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