‘홀츠바우 오픈웹트러스’
테스트 창고 신축
세계적으로 건축 산업은 기후 변화 대응, 탄소 감축 전략, 자재 효율성 향상이라는 세 가지 축을 중심으로 빠르게 재편되고 있다. 이러한 변화 속에서 목재는 경량 구조, 우수한 강도 대비 중량비, 친환경성, 탄소 저장 능력이라는 장점을 기반으로 다시금 주목받고 있으며, 기존의 중량 위주 구조체를 대체할 수 있는 차세대 구조 재료로 부상하고 있다.
특히, 구조적 안전성과 시공 효율성, 경제성을 동시에 만족시키는 구조 시스템으로서 오픈 웹 트러스(Open Web Truss)는 영국, 호주, 미국 등에서 매우 활발하게 사용되어 왔으며 무엇보다도 공장 제작이 가능한 장점은 현대 목조건축의 핵심으로 부상하고 있는 탈현장건설(OSC)에 있어 중요한 기술 중 하나로 자리 잡고 있다.
이러한 흐름 속에서 탈현장(OSC) 목조건축 전문기업 홀츠바우(HOLZBAU)가 오픈 웹 트러스를 사용한 자체 창고 프로젝트를 실시하였다. 이 프로젝트는 오픈 웹 트러스의 구조적 잠재력을 실제 대공간 건축에서 시험하고, 설계–제작–시공의 통합 공정을 통해 기술적 타당성을 검증한 사례로 평가할 수 있다.
오픈웹트러스의 구조 원리와 기술적 장점
아래는 오픈웹트러스의 하중 전달 구조를 직관적으로 이해할 수 있도록 확장 설명한 개념도 예시다.
상부 코드(Top Chord)는 지붕 자체 하중(DL)과 적설·점검 하중(LL) 등으로부터 발생하는 축압축력(Compressive Force)을 견디도록 설계된다. 이는 장스팬 구조에서 압축 좌굴 위험을 줄이기 위해 단면 효율을 최적화한 설계가 중요한 이유이기도 하다. 반면, 하부 코드(Bottom Chord)는 지붕 하중에 의해 발생한 처짐을 억제하기 위해 지속적인 축인장력(Tensile Force)을 담당한다.
이 두 코드를 서로 연결하는 웹(Web Members)은 삼각 분할 구조를 형성하며, 전단력(Shear Force) 과 부가 모멘트(Secondary Bending)를 다중 경로로 분산시킨다. 삼각 구조는 외력에 대한 변형 민감도를 낮추고 전체 구조의 강성 (stiffness)을 높여, 동일한 하중 조건에서 단일 집성목 보 대비 효율적인 구조 성능을 제공한다.
이러한 삼각 격자 구조는 구조적 안전성을 확보할 뿐 아니라, 부재 단면 최적화(Structural Optimization)를 가능하게 하여 자재 사용량을 줄이면서도 높은 강성을 얻을 수 있게 한다. 이는 전통적인 집성재(Glulam Beam)보다 자재효율성이 뛰어나며, 스틸 트러스(Steel Truss)에 비해 열교가 적고 유지비 부담이 낮다는 장점을 제공한다.
특히 오픈 웹 트러스는 다음과 같은 기술적 강점을 지닌다.
좌굴 저항성 향상
웹 부재의 삼각 패턴은 장스팬 구조에서 발생하기 쉬운 좌굴을 효과적으로 억제한다.
구조 경량화
동일 스팬, 동일 하중 조건 대비 자중이 낮아 기초부 설계 부담을 크게 줄인다.
전단 하중 분산 능력
하중 전달 경로가 다중화되어 구조적 신뢰도가 상승한다.
시공 효율성 극대화
가벼운 부내 구성으로 설치가 용이하며, 장비 의존도가 낮다.
MEP 통합 설비 친화성
개방형 구조로 덕트, 배관, 전선관의 간섭 문제를 최소화한다. 즉, 오픈 웹 트러스는 단순히 구조재의 대체재가 아니라 대공간 목조건축의 구조 시스템을 획기적으로 개선하는 공법이라 할 수 있다
홀츠바우 창고 프로젝트
홀츠바우는 오픈웹트러스 구조 시스템의 성능을 검증하기 위해 설계–재단–제작–시공의 모든 과정을 내부 기술자들 중심으로 수행했다. 이 프로젝트는 목조건축에서 구조적 안정성과 시공 효율성을 결합한 현장 실증이며, 특히 장스팬에 대한구조적 검증 데이터를 확보하는 데 중요한 의미를 가진다.
창고 프로젝트의 지붕 면적은 24×14m 규모로 기둥 및 탑플이트는 철재를 사용하고 서까래 부분은 오픈 웹 트러스로 제작하였는데 트러스 전체 스팬은 12m이며 간격은 2M이다.
트러스 제작 과정을 살펴보면 우선 35×105mm의 삼나무 샛기둥을 두 장 적층하여 글루와 네일링 접합으로 70×105mm 규격의 상·하 현재(Chord)를 제작하였으며, 메탈멤버(Metal Member)로는 기존 주택용으로 보유하던 K형 메탈 멤버 (290×609mm, 두께 1.2mm)를 적용했다.
트러스는 총 13개를 만들었으며 유압프레스를 사용하여 목재와 메탈멤버를 결합하였다.
시공 과정은 기초 양생 및 기둥 공사에 약 1주일이 소요되었고 이 기간 동안 트러스 제작 및 고정에 필요한 버드마우스와 철재 플레이트와 목재 트러스 연결에 필요한 연결철물은 미리 공장에서 작업이 되어 시공시 용접 작업으로 고정하였으며 실제 트러스 공사는 2일 만에 마무리 되었다.
스펜 길이가 12M로 구조의 안전성을 확인하기 위하여 프로젝트 준비 단계에서 신중하게 검토를 진행하였다.
프리컷 센터가 있는 충남 보령시의 건축 설계 기준에 따라 지붕 고정하중(0.4t 강판 + 경량트러스구조)과 활하중 (LL)을 합한 총 설계 하중은 약 1.2kN/m²로 확인되었다.
반면, 보유한 트러스의 높이는 290mm로 목재를 포함한 트러스의 깊이는 350mm를 감안한 트러스 허용하중은 약1.05kN/m²로 설계기준에 비하여 다소 부족하게 계산되었다.
이를 보완하기 위해서는 트러스 깊이를 늘려 구조 강성을 증가시키거나 중간 기둥을 설치하여 스펜 길이를 단축하는 방안이 있는데, 창고로 지붕구조가 단순하고 테스트 프로젝트인 점 등을 감안하여 트러스 1/3 지점에 105×105mm 가로보를 트러스 안쪽에 설치하고 기둥을 일부 추가하여 스팬을 효과적으로 분할함으로써, 약 2.5kN/m²의 허용하중 성능을 확보하였다.
최종적으로 창고 건물에 적합한 개방형 내부 구조를 유지할 수 있었고 창고라는 산업용 구조체를 넘어 미적·기능적 완성도를 동시에 충족하는 공간을 구현했다. 시공 후 처짐 억제 및 구조강성 효과 확인을 위한 가변 보조 기둥을 설치하여 1년간 변화를 추적 확인하고 있다.
지속가능성과 기술이 결합된 건축 생산 체계
이번에 선보인 오픈 웹 트러스 시스템은 세계적으로 주로 중, 소형 주택에 많이 적용되고 있는데 트러스 내부 사이에빈 공간을 이용하면 최근 늘어나는 공조 덕트, 전선, 상하수도 배관을 설치하는데 탁월한 이점을 제공한다.
또한 오픈 웹 트러스는 바닥이 잘 처지지 않아 우리나라의 경우 주택의 방통 무게 등을 지지하는데 도움이 되는 등의 부가적 이점을 제공하여 시공상의 편의 이상의 가격 경쟁력을 갖출 수 있어 국내 목조건축에 적용할 수 있는 많은 잠재력을 지닌다.
이처럼 오픈 웹 트러스는 공간을 활용한 설비 배치의 유연성, 목재 고유의 탄소 저장 기능, 그리고 공장 기반 OSC 생산 방식의 결합을 통하여 ESG 건축과 탄소중립 정책이 강화되는 미래 건축 환경에서 더욱 높은 전략적 가치를 가지며 다양한 건축 유형에서 구조적 효율성과 설비 통합성, 시공 편의성을 확보할 수 있는 최적의 구조 플랫폼으로 주택을 비롯한 상업시설, 교육시설, 모듈러 주택, 물류센터 등 다양한 유형의 건축에 적용 가능하다.
목구조는 과거의 방식이 아니라,
첨단 기술과 결합한 미래의 언어
홀츠바우는 이번 프로젝트를 통하여 오픈 웹 트러스라는 새로운 구조 형식을 대공간에 적용한 사례에 그치지 않고 자체적인 기술 능력을 향상함과 동시에 현장을 벗어나 제조 중심의 디지털 기반 기술 산업으로 발전하고 있는 건축 산업에 보다 능동적으로 대응하는 의미가 크다고 밝혔다.
Applied Loading to Nodes
이우정 대표는 이미 독일과 일본의 CAD/CAM 프로그램과 유럽, 일본의 프리컷 라인을 운용하고 있다. 이번 트러스 제작 서비스를 위하여 트러스 전용 프로그램을 도입하여 구조 및 가공데이터 생성 역량을 강화하는 한편, 바닥, 층간 장선용 오픈 웹 트러스 제조 서비스와 함께 장기적으로 지붕구조를 공장에서 사전 제작하여 공급할 수 있도록 길이 5M의 루프트러스 설비를 도입하는 등 프리컷, 프리패브 OSC(Off-site Construction) 전문 엔지니어링 업체로서의 입지를 다지고 있다.
궁극적으로 홀츠바우는 BIM(Building Information Modeling), DfMA(Design for Manufacture and Assembly), CNC 가공, 자동화 장비 등 최신 기술을 유기적으로 결합하여 목조건축 OSC의 설계·제작·시공 전체 공정을 고도화하는 데 기여하는 기술 능력을 지속적으로 확대해 나갈 것이라 말했다.
* 월간빌더 카페 등에 업로드 되는 기사는 과월호 기사입니다.
** 최신 소식을 빠르게 받아보시고 싶다면 정기구독을 추천 드립니다.
시공 · 설계 · 자재 · 건축주를 위한 커뮤니티 매거진, 월간빌더
