전원주택 | 특별기획ㅣ자연속의 집 그들만의 스틸하우스 이야기 part ①
본문
인간의 생활양식이 의식주(衣食住)라는 한마디로 압축되는 것에서도 알 수 있듯이 주택은 우리에게 가장 밀접하면서도 친숙한 공간이다. 특히나 도심에서 흔히 볼 수 있는 정형화된 주거 모델에서 탈피하여 전원에 자신과 가족들의 생활에 맞춘 주택을 꿈꾸는 사람들에게는 그 의미가 더욱 클 것이다. 그래서인지 내가 살집은 내손으로 짓겠다는 일념으로 아예 집을 짓는 방법을 배우려는 건축주들이 늘고 있다.
알아야 면장을 한다고, 전문업체에 시공을 의뢰하더라도 뒷짐만 지고 있을 수는 없기 때문이다. 최근에는 이런 추세에 맞춰 일반인들에게 체계적인 이론과 실습으로 건축기술을 전수하는 각종 교육프로그램도 많이 생겼다. 그 중 한국철강협회 스틸하우스 클럽에서 후원하는 스틸하우스 골조시공교육에 참가자들이 꾸준히 증가하고 있다.
전통적인 우리 주거양식과 비교 될 수 있는 스틸하우스는 비교적 최근에 등장한 구조재료형식으로 일반인들에게 아직 생소한 면이 없지 않다. 그러나 미국에서 목조주택의 대안으로 등장한 스틸하우스는 여러 가지 장점으로 인하여 호주, 일본, 영국뿐만 아니라 국내에서도 서서히 자리를 잡아나가고 있다. 이러한 추세를 점검하는 차원에서 스틸하우스의 전반적인 내용을 짚어보고 골조시공교육을 통해 자신의 주택을 스틸하우스로 직접 마련한 건축주들의 소중한 경험담을 들어본다.
■ 목구조에 뿌리를 둔 스틸하우스
스틸하우스(steel house)란 정확히 steel framed house를 지칭하는 것으로서 기존의 조적조나 목조를 대체하는 새로운 구조형태의 주택을 말한다.
스틸하우스 구조의 기본은 전통적인 서구의 2×4 목조주택에 바탕을 두고 있다. 목조는 2×4인치의 목재가 목조주택의 주구조부재로 사용되고 여기에 벽, 바닥, 지붕용 바탕재로 합판을 붙여 조립하는 방식으로 주택을 짓는다. 반면 스틸하우스는 2×4 목재 대신 두께 1㎜ 내외의 아연도금강판을 사용, 목재와 유사한 치수의 경량형강(c채널)을 제작하고 이 자재를 구조재로 패널을 제작하여 현장에서 세워 조립하는 주택을 말한다. 접합부도 기존 강구조물에서 주로 사용하는 용접대신 전통 스크류 건을 사용하여 나사 접합을 하는 구조물이지만 시공형태상 목재 시공방법과 상당히 유사하다고 볼 수 있다.
즉 스틸하우스는 시공성이 좋은 목재의 장점을 살리면서 구조부재로서 강재의 장점을 더불어 가지고 있는 우수한 골조시스템이라고 할 수 있다.
■ 스틸하우스는 경제성, 안정성 뛰어난 환경주택
스틸하우스라고 하면 철재 기둥이 밖으로 보이고 왠지 차갑고 하이테크한 이미지가 연상되지만, 실제로는 기존의 주택과 별반 다르지 않다. 오히려 철강의 높은 성형성으로 외관의 개성이 한층 뚜렷해질 수 있다. 또한 설계변경이 간단하여 안팎 모두, 사용자의 취향을 완벽하게 반영할 수 있다. 나아가 개조나 증축 등 구조변경이 안전하고 쉽기 때문에 기호변화에 따라 공간 분배와 인테리어를 자유롭게 변형할 수 있다. 그리고 목조주택이나 조적조주택보다 벽 두께가 얇아, 내부공간을 한층 많이 확보하여 집이 넓어지는 효과를 거둘 수 있다.
특히 건식공법을 사용하여 폐기물이 적고 시공현장을 깨끗하게 관리할 수 있는데 콘크리트 건물에서 나는 특유의 냄새가 없어 신축 후에 바로 거주하여도 실내환경이 쾌적하다. 이러한 이유로, 여러 나라에서 스틸하우스를 환경주택으로 손꼽는 것이다.
■ 스틸하우스의 핵심 구조용부재 경량형강 
경량형강은 구조물의 무게 감소를 위해 단면적이 적은 박판을 가장 유효한 형태로 구부려 만든 것이다. 경량형강의 강도(Strength)와 강성(Stiffness)은 원판의 두께보다 형상에 더 영향을 받는다.
경량형강은 원판을 냉간 성형한 제품으로 만든다는 점에서 H빔의 열연형강과는 의미가 다르다. 강판, 재질의 용접성, 내식성이 좋은 것을 써야 하며 조립, 도장, 가공이나 배관, 배선을 위하여 측면에 적당한 개구부를 뚫은 것도 있다. 이것은 응력상 지장이 없을 뿐만 아니라 지중을 감소시키는데 도움이 되기도 한다. 경량형강은 경량의 박판을 사용하기 때문에 변형이 쉽고 시공이 매우 간편하여 인방보나 경량 간막이 벽체, 천장틀에서부터 스틸하우스에 이르기까지 사용범위가 확대되고 있다.
열연형강이 대형 건축물에 폭넓게 사용되면서 강구조물 설계 및 시공기술이 크게 발전하였고, 경량형강이 건축에서 적용될 수 있는 기회도 더욱 많아지게 되었다. 특히 내력벽에서 구조재로 이용되면서 이러한 가능성은 더욱 커지고 있으며, 일반형강과의 복합적인 사용이 쉬워 설계의 유연성이 확대되었다. 그리고 모든 지붕, 바닥 및 벽체의 골조에 경량형강을 사용하는 스틸하우스 공법이 개발됨에 따라, 구조재로서의 사용범위가 더욱 넓어질 것으로 기대된다.
■ 차별화된 스틸하우스 구조설계방법
구조적인 측면에서 스틸하우스를 고려할 때 기존의 철골조구조물과 상이한 점은 크게 4가지를 들어 그 특징을 이해할 수 있다.
첫째, 자재적인 측면에서 볼 때 스틸하우스는 박판의 자재를 활용함에 따른 좌굴(기둥이 휘는 현상)을 고려해야 한다. 즉 모든 자재는 박판의 강판을 활용함에 따른 국부좌굴 및 부재좌굴 검정이 반드시 이루어져야 한다. 실제 스틸하우스의 구조 설계시에는 이러한 복잡한 좌굴계산을 피하기 위하여 구조물의 설계 이전에 미리 자재의 좌굴에 대한 검증을 거쳐 설계 매뉴얼의 형태로 제작된 부재 허용 하중표를 사용하는 것이 일반적이다.
둘째, 구조적인 측면에서 스틸하우스는 그 구조부재로서 내하력이 적은 부재를 사용함에 따라 일반 철골구조물의 기둥-보 방식보다는 적용하중을 등분포하중으로 처리하는 내력벽방식으로 설계하는 것이 일반적이다. 즉, 수직하중을 담당하는 스터드의 간격은 마감재의 영향을 받게 되나 미국에서는 60㎝, 일본 및 국내의 경우에는 45㎝ 간격으로 스터드를 배치하게 된다.
셋째, 스틸하우스의 특징은 모든 부재의 연결이 스크류 등을 통한 핀접합으로 이루어져 횡력에 대한 안정성에 문제가 있을 수 있다. 때문에 수직하중에 대한 검정 이후에 반드시 수평하중에 대한 구조계산이 필요하게 된다. 수평하중에 저항할 수 있는 벽체를 일반적으로 전단벽이라 부르며, 횡력저항시스템은 슬래브격막과 합판 등에 의한 전단벽을 이용하게 된다.
넷째, 스틸하우스의 구조적인 특징은 접합부 및 디테일의 특수성을 들 수 있다. 스틸하우스는 박판의 자재를 사용하고 접합에 주로 스크류 등을 사용함에 따라 용접이나 고력볼트 등을 사용하는 일반 철골구조물과는 접합방법 및 상세에서 큰 차이를 갖게 된다. 따라서 이에 대한 구조가 구조물의 전체 안전성에 큰 영향을 미친다고 할 수 있다.
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