전원주택 | [스틸하우스탐구③] 벽체,바닥,지붕,개구부 상세별로 알아본 스틸하우스 설계 접근하기
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스틸하우스는 과학적이고 환경친화적인 주택의 대명사로, 21세기를 대표할 주거문화의 확실한 대안으로 자리 잡고 있다. 스틸하우스가 국내에 본격적으로 도입되기 시작한 것은 지난 1996년 당시 한국철강협회 산하 스틸하우스클럽이 결성되면서부터이다. 이후 스틸하우스는 단순한 건축 형태의 변화를 넘어 국내 주거문화의 질적 향상에 기여하고 있다. <편집자 주>
현재 스틸하우스는 과학적인 실험과 연구개발을 통해 성능이 검증된 자료를 기반으로 설계가 이루어지고 있다. 포스코와 포항산업과학연구원(RIST), 한국철강협회 강구조센터에서 연구 개발한 여러 기술자료 및 스틸자재의 허용하중표는 스틸하우스의 기본이 되는 데이터로 국내에서 시공되고 있는 대부분의 스틸하우스가 이를 토대로 하고 있다.
스틸하우스는 타 구조에 비해 부재의 허용강도를 정확하게 알 수 있는데, 구조계산을 거쳐 구조 스케줄표를 만든다. 이러한 과정을 거쳐 만들어낸 스틸하우스는 지난 동남아시아에서 발생한 지진의 피해 및 요사이 빈번한 일본의 지진 등의 자연재해를 방지할 수 있는 주택으로 선호되고 있다. 이처럼 높은 평가를 받고 있는 스틸하우스의 설계는 과연 어떻게 접근해야 하는지 알아보자.
‘건축설계는 누가 하는가?’ 이 물음의 답변은 누구라도 건축사사무소에서 한다고 답할 것이다. 스틸하우스의 설계도 마찬가지로 건축사사무소에서 설계의 기초가 이루어져야 한다. 하지만 많은 설계사무소들이 스틸하우스의 설계를 꺼리고 있는 실정이다. 이유인즉 새로운 공법을 쉽게 받아들이지 않기 때문이다.
일예로 어느 200평 부지에 60평 규모의 2층 주택을 계획하고 있는 건축주가 있었다. 전시회 및 잡지를 통해 스틸하우스를 알게 된 그는 설계사무소를 찾아 스틸하우스의 설계를 의뢰했다. 스틸하우스를 잘 모르는 설계사무소는 건축주에게 아직 일반화된 공법이 아니라며, 기존의 콘크리트주택으로 유도하거나 이와 유사한 공법을 권유하기 마련이다.
사정이 이렇다 보니 뜻하지 않게 스틸하우스와 유사한 C형강 및 샌드위치패널로 설계된 이른바 조립식주택 또는 일반 콘크리트구조의 R.C조, 조적조 등의 결과물을 얻게 되는 경우가 있다. 스틸하우스의 설계는 절대 어려운 것이 아니며, 많은 예산을 필요로 하지도 않는다. 단지 스틸하우스의 상세내용을 모르기 때문에 접근하기 어려운 것이다. 스틸하우스 설계를 쉽게 할 수 있는 구체적인 방법은 이렇다.
1. 스틸하우스의 벽체 시스템
스틸하우스 설계를 한다면 우선 벽체 구성은 어떻게 이루어지는지 알아야 한다. 벽체는 내력벽체와 비내력벽체로 구분할 수 있다. 내력벽체에 사용되는 구조재는 140시리즈의 스터드(140SL10)를 많이 사용하며, 비내력벽체에는 90시리즈의 스터드(90SL10)가 사용된다. 이밖에 100, 150시리즈도 있지만 많이 사용되지 않는다.
벽체 스터드는 수직 부재로 구조계산 및 마감재의 종류에 따라 설치 간격이 450, 600, 610㎜으로 정해진다. 스터드의 길이, 즉 벽체 높이는 허용벽체 높이 및 허용축하중에 따라서 정해지게 되며 보통 2,440∼2,700㎜로 많이 설계되고 있다. 부재 생산은 롤포밍(Roll forming)이기 때문에 원하는 길이로 생산할 수 있으며, 타구조의 2×4공법에 비해 손실을 줄일 수 있다.
벽체 높이는 설계 시 가장 민감한 부분이며, 마감 자재의 시공성 및 경제성에 큰 영향을 주기 때문에 쉽게 판단해서는 안 된다. 벽체 두께는 마감재에 따라 다소 차이가 있지만 일반적인 사이딩 마감일 경우를 기준으로 2가지 유형을 생각해 본다.
1Type ｜ 외부 OSB 기준으로 스터드 배치간격 결정
ㆍ외부 : 20.0T 사이딩 ＋ 투습방수지 ＋ 11.1T×4’×8’ OSB
ㆍ중심 : 140SL10 설치간격 610 ＋ 인슈레이션 R19×24”
ㆍ내부 : 11.1T OSB×4’×8’ ＋ 9.5T 석고보드 ＋ 지정마감
스터드가 610㎜ 간격으로 설치된 이유는 OSB의 규격이 1220×2440㎜이기 때문이다. 내벽의 석고보드는 OSB에 고정이 되므로 스터드 위치와는 상관관계가 없다. 따라서 시공성에 편리한 이점이 있다. 하지만 벽체의 길이가 다소 길어질 경우 OSB와 석고보드의 열팽창계수의 차이로 인해 하자가 발생될 우려가 있으므로, 거주 환경을 면밀히 감안하고 주택이 아닌 시설에선 특히 주의가 필요하다.
2Type ｜ 내부 석고보드 기준으로 스터드 배치간격 결정
ㆍ외부 : 20.0T 사이딩 ＋ 투습방수지 ＋ 11.1T OSB
ㆍ중심 : 140SL10 설치간격 600 ＋ 인슈레이션 R19×24”
ㆍ내부 : 9.5T×3×8 석고보드 ＋ 9.5T×3×8 석고보드 ＋ 지정 마감
스터드가 600㎜ 간격으로 설치된 이유는 내부 석고보드의 규격이 900×1800㎜이기 때문이다. 석고보드의 기준에 맞추기 위해 600㎜으로 설치한 것인데, 외벽의 OSB에 일부 절단이 필요하므로 시공성이 떨어진다. 내부는 석고보드 2겹으로 시공되므로 단열성이 향상되고 화재로부터 보다 안전해 질 수 있다.
하지만 외단열 시공이 안 될 경우, 내부에 스터드의 열교현상으로 인한 콜드라인(Cold Line : 벽체 내부에 벽지 위로 스터드 플랜지 자국이 세로 방향으로 먼지 등이 앉아서 얼룩져 보이는 현상)이 생성될 수 있으므로 외단열 공사가 반드시 필요하다.
2. 바닥마감 사양
스틸하우스 바닥마감 사양은 1층과 2층일 경우 다소 차이가 있다. 1층일 경우는 기초 콘크리트 위에 마감이 이루어지기에 다른 공법과 다를 것이 없으나, 2층 위의 바닥 마감은 건식 위의 마감이라 차이가 있다. 마감 높이에 따라 스터드 높이가 결정되므로 최적의 스터드 높이를 위해 마감부분에서 조절이 이루어져야 한다.
일반적으로 층고라 함은 1층 마감에서 2층 마감까지의 높이를 말하는데, 스틸하우스에서는 2층 바닥에 설치되는 조이스트 바닥(Joist floor)에 따라 다소 차이가 있을 수 있다.
조이스트 바닥은 일반 R.C조에서의 바닥 슬래브 역할을 하며 조이스트의 설치 길이 및 하중 조건에 따라 240시리즈 또는 300시리즈의 조이스트가 설치되기 때문이다. 그래서 층고 보다는 바닥 마감에서 마감 높이를 얼마로 할 것인지를 정해야 한다.
최적의 스터드 높이는 2,440㎜으로 하는 것이 경제성, 시공성이 좋고 공기 및 공사비용을 줄이는데 큰 기여를 한다. 이런 시스템에는 얻는 것도 있지만 포기해야 할 것도 있다. 우선 바닥 마감을 최대한 얇게 해야 한다는 점이다.
과거에는 충분한 단열효과를 위해 바닥에 콩자갈 60∼100㎜를 시공했지만, 스틸하우스는 단열성능이 일반 R.C조 보다 2.3~2.5배가량 뛰어나기 때문(RIST 자료에 근거)에 필요 이상의 단열시공 비용에 투자할 필요가 없다. 그러므로 바닥의 습식온돌시스템을 최대한 50㎜ 이하로 낮추어서 시공하거나 건식온돌시스템을 도입하여 시공하면 된다.
특히 건식온돌시스템은 시공성이 좋고 자재금액이 예전에 비해 저렴해져 현장에서 시공되고 있는 중이다. 또한 스틸하우스 시공 시 기초레벨의 철저한 관리로 건식온돌시스템의 레벨에 의한 하자는 점점 줄어들고 있다. 이렇게 함으로써 2,440㎜(스터드 높이) - 40㎜(바닥마감 두께) - 20㎜(천장마감) = 2,380㎜(바닥에서 천장 높이)로 결정되며 이 치수는 일반 아파트의 바닥 마감에서 천장 마감까지의 높이와 별 차이가 없는 수치이다.
각방의 반자높이는 이렇게 하되 거실의 경우는 스틸하우스의 장점인 트러스 변화를 주어 내부에 경사천장을 설치하므로 훨씬 넓고 높게 사용할 수 있다.
조이스트 바닥의 상세는 아래 그림과 같이 볼 수 있으며, 조이스트 바닥 위에 구조용 OSB 18.3T 위 필름 또는 단열재 시공 후 온돌시스템(건식 또는 습식)을 시공하고, 그 아래 부분은 석고보드 2ply로 시공하거나 OSB 시공 후 석고보드로 마감하면 된다. 조이스트 240JL16 스팬(단순보)은 바닥하중 370kgf/㎡일 경우 4.7m까지 가능하며, 그 이상일 경우 백투백(Back to Back : 맞대는 방식)으로 시공하던지 300JL16으로 시공하여 일정 부분까지 늘릴 수 있다.
3. 지붕 사양
스틸하우스의 지붕 설계는 타 구조에 비해 우수한 장점이 있다. 설계 디자이너의 컨셉을 최대한 반영할 수 있으며 외관을 박공, 모임, 플랫 등과 변형된 트러스 및 각각의 조합을 통해 라운드까지 설계할 수 있는 장점이 있다.
그러나 디자인만 생각하자면 시공성 및 경제성이 떨어지기 때문에 지붕 설계 시 최소한 지켜줘야 할 것들이 있다. 우선 지붕 구배의 통일이다. 구배는 4/10에서 8/10까지 무난하며 그 이상도 할 수 있다. 구배가 완만하면 시공비가 적게 들지만 외관은 구배가 급한 것이 더 수려해 보이는 것이 일반적이다. 구배의 통일성은 건물 전체에도 큰 영향을 끼치므로 모임지붕이든 박공지붕이든 구배의 통일성을 지키는 것이 바람직하다.
혹 예외적으로 구배를 틀리게 해야 할 경우에는 규칙을 가지고 설계를 하는 것이 바람직하다. 다음으로는 처마의 길이다. 처마의 길이를 600㎜ 이상 돌출하면 처마 마감재가 돌풍으로 인해 파손 되거나 하자가 생길 우려가 크다. 따라서 필요 이상으로 길게 하지 말고 600㎜ 이하로 모두 통일시키는 것이 좋다.
처마 상세는 두 가지 방법이 있다. 한 가지 방법은 하현재를 처마 끝까지 돌출하여 상현재와 긴결하는 방법이 있고, 다음으로는 하현재를 상현재와 만나는 지점까지 연장하는 방법이 있다. 두 번째 방법이 시공성이 좋은 편이며 이 두 가지 외에 다른 방법들도 있다.
4. 개구부 사양
스틸하우스 설계 시 창호설계 부분에 관한 것이다. 일반적으로 주택을 설계할 때 창호의 사이즈는 보통 1800×1200, 1500×1200, 2400×1500㎜으로 설계를 많이 한다. 하지만 이런 사이즈들은 규격제품이 아니고 제작을 해야 하는 사이즈다. 목조주택과 더불어 국내 시장에 영향을 준 것이 규격창호이다.
하지만 치수적으로 볼 때 과연 규격일까 하는 의문이 가는 부분이 있다. 예를 들면 1829×1219, 1524×1219, 2438×2032 이런 식의 사이즈가 대부분이기 때문이다. 이 사이즈는 피트(ft) 단위를 미리미터(㎜) 단위로 환산한 값들이다. 국내 규격이 아니고 미국의 규격인 셈이다. 하지만 이 제품들의 국내 시장점유율이 만만치 않고 국내 제품들도 이 치수로 생산하기 때문에 설계 시 반영해주는 것이 좋다.
입면 설계 시 주의 사항으로는 창문 및 현관도어 위의 구조재인 헤더(Header : 조이스트 부재가 Back to Back으로 시공된 인방보)가 있어 처마라인과 같이 개구부 상단이 이루어 질 수 없다는 것이다(비내력벽일 경우 예외). 따라서 입면 계획 시 창호 위치는 최소의 일정간격(Header 사이즈) 이상을 유지해 주어야 한다.
일반적으로 창호의 인방 높이를 통일시켜주는 것이 좋은 방법이며 주방의 싱크볼 위 창문 높이의 위치는 사용자 및 싱크대의 높이에 따라 설치하는 것이 올바른 방법이다.
맺는 말
스틸하우스의 설계는 이처럼 몇 가지의 상세 및 시공되는 방법만 알면 충분히 누구든지 스틸하우스 설계를 할 수 있다. 가장 중요한 것은 스틸하우스 특징을 살려서 얼마만큼 멋지게 표현하느냐이다. 벽체시스템, 바닥시스템, 지붕시스템 이런 기초적인 시스템을 모르는 상태에서 설계가 된 것이라면 그림에 불과할 것이다. 계획도면 작업 시 층고, 개구부, 처마, 지붕모양만이라도 확실히 배워서 설계를 착수한다면 훌륭한 스틸하우스를 지을 수 있을 것이다.
< 글ㆍ에스에프시스템 원완연 실장 >
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