전원주택 | [스틸하우스탐구②] 스틸하우스에 대한 올바른 이해

스틸하우스는 과학적이고 환경친화적인 주택의 대명사로, 21세기를 대표할 주거문화의 확실한 대안으로 자리잡고 있다. 스틸하우스가 국내에 본격적으로 도입되기 시작한 것은 지난 1996년으로 한국철강협회 산하 스틸하우스클럽(現 강구조센터)이 결성되면서부터이다. 이후 스틸하우스는 단순한 건축 형태의 변화를 넘어 국내 주거문화의 질적 향상에 기여하고 있는데, 그 배경을 다시 한번 짚어 본다.

스틸하우스는 건물의 뼈대를 철강재로 세운 집으로 북미의 전통적인 2×4 목조공법에서 유래하였다. 여기서 2×4는 가로와 세로가 2인치×4인치로 약 5㎝×10㎝의 각목을 일컫는다. 이 크기의 목재로 뼈대를 세우고 그 위에 건축재를 채워 집을 지었던 것을 철강재로 대신하여 골조를 세운 것이 바로 스틸하우스다. 

스틸하우스는 이러한 공법을 기본으로 두께 1㎜ 내외의 경량형강을 C자형으로 구부려 부재로 사용한다. 형강은 아연도금 처리가 되어 내구성이 강하고, 강재의 특성상 썩거나 뒤틀림이 없어 주택의 내실을 기할 수 있다.

구조용 부재는 기둥과 같은 수직부재(스터드)와 벽면 상하의 수평부재(트랙), 바닥이나 천장을 받쳐주는 장선부재(조이스트)로 나뉘며 이들은 나사, 용접, 클린칭의 방법으로 조립되어 집의 모습을 갖추게 된다.

간편한 공정으로 사계절 전천후 시공

스틸하우스에 쓰이는 자재는 경량형강이기 때문에 동일한 치수의 목재보다 가벼워 현장에서 손쉽게 다룰 수 있다. 가볍고 얇지만 목조와 콘크리트 이상으로 견고성도 갖춰 구조용으로써 제 기능을 최대한 발휘한다. 벽체와 바닥재, 지붕재는 공장에서 패널형태로 1차 제작하여 현장으로 가져와 조립하는 간편한 시공방법으로 공사기간이 단축되는 장점이 있다. 이러한 건식공법은 기후조건에 영향을 받지 않아 한겨울에도 시공할 수 있다.

현장에서 별도의 거푸집이 필요 없고, 작업공간도 그다지 넓지 않아 도심 내 시공도 가능하며, 시공과정에서 벽 사이의 공간 확보가 용이해 전기배선, 배관 등의 공사와 하자가 생길 경우 수리 또한 손쉽다.

업그레이드된 기능성에 환경친화성 겸비

스틸하우스는 일반주택에 비해 건축기간을 60% 이상 줄일 수 있어 경제적이다. 자재는 휘거나 뒤틀리는 일이 없고, 화재에도 강해 ‘백년주택’이라 할 만큼 반영구적이다. 특히 주택의 기능성이 강조되어 벽체가 얇으면서도 뛰어난 단열성을 지니고 있다. 바닥에는 한국형 온돌바닥을 접목할 수 있어 우리의 정서를 살리기에도 안성맞춤이다. 부재 간 나사조립으로 내진성능도 강해 지진에 노출된 일본에서도 선호되는 주택이다.

기숙사, 병원 등 소음에 민감한 시설에 적용할 만큼 방음효과도 뛰어나 국내에서는 학교건물에도 스틸스터드를 이용한 공법을 적용한 바 있다. 스틸하우스는 산림자원을 보호할 수 있는 대안으로도 거론된다. 목재의 대체재로 해체와 분리수거가 쉽고, 철강재이기 때문에 1백% 재활용이 가능하다는 점이 높이 평가된다.

평면설계에 유리, 리노베이션도 가능

철을 이용한 건물이라 하면 언뜻 차갑고 딱딱한 느낌이 들기 마련이다. 그러나 골조에만 스틸을 이용할 뿐 마감재는 일반 건축물에 쓰이는 목재, 사이딩, 석고보드, 벽돌, 드라이비트 등을 사용한다. 오히려 다른 구조보다 벽체가 얇아 실내공간이 같은 평수에 비해 넓고, 안팎의 외곽선도 균일하여 미려한 외관을 갖추는데 유리하다.

평면과 입면에는 곡면 트랙을 이용한 벽체 시공이 가능해 아치형으로 디자인할 수 있다. 실내는 다양한 지붕트러스를 적용하여 오픈된 공간이나 다락방을 설계하는 등 건축주의 요구에 맞춰 설계할 수 있다. 또 내부 공간변경이 필요한 리노베이션 시에도 하중을 받지 않는 부분은 쉽게 철거할 수 있어 공사 진행이 빠르다. 이때에는 바닥과 벽체의 분리방법이 중요하며, 내력벽과 비내력벽의 적절한 배치계획이 세워져야 한다.

건설신기술로 지정된 스틸하우스

스틸하우스는 미국을 시초로 보급되기 시작하였다. 우리나라에는 지난 1996년 철강, 설계, 건설업체들로 구성된 스틸하우스클럽을 결성하여 이들을 통해 스틸하우스 보급과 기술개발 등의 활동이 추진되어 왔다. 지난 2001년 1월에는 스틸하우스클럽과 포항제철, 포항산업과학연구원이 국내 실정에 맞는 스틸하우스 공법을 개발, 건교부로부터 건설신기술로 인정받은 바 있다.

이 기술은 한국형으로 개량, 표준화한 두께 1㎜ 내외의 냉간성형강(ZSS강 : KSD3854에 규정된 건축구조용 표면처리 경량형강, 일명 스틸스터드라고도 함)을 구조용 부재로 사용한 스틸하우스의 바닥/벽, 구조시스템을 말한다.

구조시스템은 철골조나 RC조 등과 같은 라멘조(보-기둥 방식)와는 달리 적용하중을 등분포하중으로 처리하는 내력벽 방식으로, 모든 부재의 연결이 핀접합으로 이루어짐에 따라 횡력저항시스템을 필요로 한다. 바닥시스템은 습식 및 건식 바닥시스템, 그리고 바닥차음 향상 보조재를 개발한 것이며, 벽시스템은 차음, 단열, 결로성능 등을 만족하는 칸막이벽, 외벽 및 세대간 벽 등을 개발한 것이다.

스틸하우스는 내구성, 내진성, 내식성은 물론 공간변화의 유동성이 뛰어나 경제적이다. 따라서 단열/차음성능 및 내화성능이 향상된 벽체 및 바닥체를 통하여 다세대주택, 연립주택, 빌라, 호텔 등에 적용이 가능하며 건식바닥시스템 도입을 통해 인력절감, 공기단축 및 생산성 향상 등을 확보, 활용분야가 더욱 넓어지고 있다.

스틸하우스 구조는 기술적 효과면에서도 타 공법에 비해 월등하다. 기존 주택시장의 대부분을 점유하고 있는 조적조 및 철근콘크리트조와 비교해 보면 냉간성형강을 이용한 스틸하우스 바닥/벽, 구조시스템은 공장패널생산으로 건식공법이 가능하며, 자재의 규격화도 이룰 수 있다. 따라서 공기단축과 균일한 공사품질 확보가 가능해 증축과 개축 시에 공기가 짧고 시공현장이 깨끗하여 매우 유리하다. 인력 시공량의 감소로 각종 인적 재해에 대한 안전도도 높은 구조시스템이다.

스틸하우스 바닥/벽, 구조시스템은 이밖에도 효율적인 구조계획 및 균일한 강도의 확보가 가능하여 지진 발생 시에도 횡력에 유리하다. 강재의 강도가 높고 부재의 결합력도 강해 내구성, 내화성도 뛰어나다. 환경면에서는 공장 생산으로 분진 발생을 줄이는 등 건설현장의 환경개선은 물론 철강재의 재활용이 쉬워 폐자재 발생률이 적다.

이렇듯 스틸하우스 구조시스템은 조적조 구조와 비교해 직접 재료비 부분에서 20%, 노무비 부분에서 17% 정도의 비용이 절감되어 전체적으로 조적조 공사원가보다 18%의 절감효과를 가져온다. 또한 건식시스템 및 공업화기술 도입이 가능하여 노무공수나 노무비 측면에서 기존 공법의 53% 수준까지 절감할 수 있는 구조시스템이다.

스틸하우스에 대해 잘못 알려진 부분도 많다. 특히 스틸하우스란 건설신기술에도 정의되어 있듯이 두께 1㎜ 내외의 스틸스터드를 사용한 내력벽 방식의 구조시스템을 말하며, 일본을 비롯해서 국제적으로도 통용되는 용어다. 그런데 일부 업체에서 전혀 다른 공법으로 지으면서 단지 철강재를 일부 사용한다고 하여 스틸하우스 또는 한국형 스틸하우스라 내세우는 사례가 많아 수요자들의 보다 명확한 판단이 필요하다.

또 하나는 시공방법에 관한 것이다. 스틸하우스도 다른 건축물들과 같이 바닥과 벽, 지붕으로 이루어진다. 뼈대는 각각 조이스트와 스터드, 트러스를 일정한 간격으로 배치하여 시공한다.

스터드로 벽체를 시공하는 방법으로는 스터드를 한 개씩 세워 나가는 스틱빌트(Stick Built) 공법과 공장이나 현장에서 패널로 제작하여 설치하는 패널(Panel) 공법이 있다. 그러나 대부분의 현장에서는 스틱빌트 공법이 여러 면에서 비효율적이라 작업이 간편하고 품질관리가 쉬운 패널공법으로 시공하고 있다. 그런데 이 두 공법이 마치 기술상의 차이가 있는 것처럼 오해하는 우가 종종 있다.

특히 가장 많이 혼동되는 부분은 스틸하우스는 미국식이라는 견해인데, 물론 미국에서 먼저 사용한 것은 사실이다. 그러나 건설신기술 지정의 기본요건은 신규성, 유일성, 진보성에 있다. 따라서 우리나라의 실정에 맞도록 새롭게 개발한 것이기에 한국형이라 할 수 있다.

자연과 어울리는 스틸하우스 선호

지난 1997년에는 뼈대에 사용하는 자재들이 KS규격으로 제정되었고, 이듬해에는 내력벽 구조를 쉽게 설계할 수 있도록 허용 하중표 개발과 냉간성형강 구조설계 기준이 마련되었다. 1999년에는 벽, 바닥, 지붕에 대해 내화구조로 인정을 받았다. 특히 바닥시스템의 핵심은 온돌을 적용한 것인데, 이는 일본 등에서도 많은 관심을 갖고 있는 기술이다. 최근에는 국제철강협회(IISI)를 중심으로 각국의 단열, 차음, 내화 등에 대한 규정들을 표준화하는 작업을 추진하고 있으며, 이 작업이 완료되면 우리나라가 연구 개발한 스틸하우스에 대한 여러 기술을 해외에서도 배워가게 될 것이다.

국내 스틸하우스 보급은 오는 2010년쯤, 시장점유율이 단독주택 73%, 다세대 및 빌라 93%까지 차지하고, 연간 약 15만호의 건설실적을 보일 것으로 전망하고 있다. 이에 자재의 표준화와 대량보급이 꾸준히 진전되어야 하고, 전원주택만이 아닌 도심형 스틸하우스 보급도 더욱 확대되어야 할 것이다.

2001년 1월 스틸하우스클럽과 포항제철, 포항산업과학연구원이 국내 실정에 맞는 스틸하우스 공법을 개발, 건교부로부터 인정받은 신기술의 범위는 다음과 같다.

1) 구조시스템 한국형으로 개량, 표준화한 스틸스터드, 그리고 이를 사용한 수직하중 및 수평하중에 대한 하중저항 메카니즘을 갖고 구조물의 내외벽을 내력벽으로 설계하는 내력벽식 구조시스템인 스틸하우스 구조시스템

2) 바닥시스템 습식바닥시스템, 건식바닥시스템, 그리고 바닥차음향상 보조재로 구성되는 냉간성형강(ZSS강)을 이용한 스틸하우스 바닥시스템

3) 벽시스템 (건식)간막이벽, (건식)외벽, 그리고 (건식)세대간벽으로 구성되는 냉간성형강(ZSS강)을 이용한 스틸하우스 벽시스템

<한국철강협회 강구조센터>
[이 게시물은 전원속의내…님에 의해 2011-01-21 10:48:17 정보에서 이동 됨]