건물의 뼈대를 이루는 요소, 골조에 대해서

완성된 건물에서는 보기 어렵지만, 건물은 골조를 통해 세워진다. 철근콘크리트부터 목조까지, 벽식구조부터 기둥-보구조까지. 건축물의 골조를 이루는 다양한 개념들을 알아본다.

건물의 뼈대를 이루는 구조를 ‘골조’라고 합니다. 사람의 뼈처럼 건물의 무게를 지탱하고, 전체 하중을 땅으로 전달하는 역할을 합니다. 상식적으로 생각해도, 이 골조는 건물에서 상당히 중요한 역할을 차지합니다. 사람이 다리가 부러지거나 팔이 부러지면 생활이 힘들어지는 것과 마찬가지입니다. 1990년대를 살았던 우리 세대에게 삼풍백화점 붕괴는 아직도 커다란 충격으로 남아있습니다. 멀쩡하게 서 있던 건물이, 마치 폭격을 맞은 듯 무너져 버렸으니까요. 그 이후로 건물의 구조안전기준이 상당히 강화되었습니다. 삼풍백화점 케이스는 아주 극단적인 경우라고 하더라도, 건물에 있어서 골조의 중요성은 더 말할 필요가 없을 것 같습니다. 가장 중요한 ‘안전’과 직결된 문제이기 때문입니다.

우리가 주로 다루는 주택이나 근린생활시설(근생), 다가구·다세대 주택 등 소형 건물에 있어서 구조 형식에 관한 선택은 크게 두 가지로 나뉩니다. 철근콘크리트라고 불리는 RC(Reinforced concrete)와 목구조입니다. 소규모 건축물에서 아직 주류는 아니지만, 철골조나 ALC(경량기포콘크리트)블록에 대해서도 간단하게 소개하겠습니다.

RC는 ‘보강된 콘크리트’라는 뜻입니다. 말 그대로 철근으로 콘크리트를 보강했기 때문에 붙여진 이름입니다. 콘크리트는 양쪽에서 누르는 힘에 저항하는 압축력에는 강하지만 잡아 늘리는 힘에 저항하는 인장력은 상대적으로 약하기 때문에 철근을 중간에 삽입하여 보강하는 것입니다. 만약 주변에 건물을 철거하는 현장이 있다면 콘크리트 안에 철근이 있는 걸 쉽게 확인하실 수 있습니다.

여기서 잠깐, 과학 이야기를 하자면 모든 물질은 가지고 있는 열에 따라 팽창과 수축을 합니다. 그리고 각 물질은 그 수치가 각각 다릅니다. 그 수치를 열팽창 계수라고 하는데, 이 열팽창 계수가 다른 두 재료가 섞이고 우리나라처럼 여름과 겨울의 온도 차가 극심한 지역에 놓이게 되면 재료 간 균열이나 탈락 등이 생길 수밖에 없습니다. 하지만, 철근과 콘크리트의 열팽창 계수는 거의 같습니다. 즉 두 가지 물질이 거의 똑같은 수준으로 수축과 팽창하기 때문에 그로 인한 균열이 거의 발생하지 않습니다. 이 때문에 철과 콘크리트는 찰떡궁합, 환상의 조합이라고 부르기도 합니다.

목조는 말 그대로 전통적인 건축재료인 나무로 힘을 지지하는 방식입니다. 우리나라에서 생산되는 나무는 양도 적고 건축물에 적정하지 않아서 주로 캐나다에서 수입하여 사용합니다. 수종은 침엽수 중 S.P.F.(Spruce-Pine-Fir)라고 하여 각각 가문비나무(Spruce), 소나무(Pine), 전나무(Fir)를 주로 사용하고 단면 치수는 2×4inch(약 38×89mm), 2×6inch(약 38×140mm), 길이는 2,440mm(8ft), 3,048mm(10ft) 등 규격화되어 생산되는 제품을 활용합니다. 목조 건물은 이렇게 모든 부재가 균일화, 모듈화되어 문의 크기나 창문의 크기, 간격 등도 이에 맞춰서 조정되는 편입니다.

콘크리트구조와 목구조는 그 안에서 또다시 크게 두 가지 방식으로 구분됩니다. 콘크리트구조에서는 벽식구조와 기둥-보구조(라멘구조)로, 목구조에서는 경량목구조와 중목구조로 구분됩니다.

철근콘크리트 기둥-보구조(왼쪽)와 벽식구조(오른쪽)의 개념도.

먼저 RC의 벽식구조와 기둥-보구조를 살펴보겠습니다. 벽식구조는 벽 자체가 힘을 받는 방식(내력벽)입니다. 주로 주택 등 소규모 저층 구조에서 활용되며 향후 리모델링을 하더라도 벽을 건드리는 것이 어려워 처음 지을 때부터 신중한 검토가 필요합니다. 또한, 벽과 벽 사이의 거리를 넓게 벌리기(5~6m 이상) 어렵기에 아주 큰 공간을 만들기는 어렵습니다. 슬래브 역시 판으로 이루어지기 때문에 판으로만 구성되는 건물이라고 할 수 있습니다.

기둥-보구조(라멘구조)는 쉽게 말해 기둥과 보로 건물의 뼈대를 만들고, 여기에 슬래브를 얹은 뒤 벽, 마감재 등 다른 부재들을 붙여나가는 방식입니다. 필수적인 구조체(기둥과 보) 이외에는 철거가 가능해 벽식구조보다는 향후 변경이 쉽습니다. 기둥-보만 있어도 건물이 서 있을 수 있다는 보장이 되기 때문입니다. 벽식구조보다는 상대적으로 큰 공간을 만들 수 있고(일반적으로 기둥 간격 9m 정도를 기준으로 보고, 더 멀어질 경우 부재에 철근 등을 추가하는 방식) 고층의 규모가 큰 건물에 적용하는 경우가 많습니다. 큰 공간을 만들 수 있지만, 만약 공간 가운데 기둥이 들어가면 그 부분은 포기해야 하는 단점이 있습니다. 보 두께만큼 천장 높이도 낮아지게 됩니다. 상가주택 같은 경우에는 상층부는 벽식구조, 하층부는 기둥-보 구조로 하는 식으로 섞어서도 많이 사용합니다. 이러면 구조 방식이 바뀌는 필로티구조가 되어 별도의 구조감리가 필요할 수도 있습니다.

경량목구조(왼쪽)과 중목구조(오른쪽)의 개념.

중목구조 건축물의 실내와 공사 중 모습. 기둥-보구조를 엿볼 수 있다.

목조에서 경량목구조와 중목구조는 각각 벽식구조와 기둥-보 구조의 목조 버전이라고 생각하면 이해가 쉬울 것 같습니다. 경량목구조는 2×4, 2×6(인치-단면) 사이즈의 규격화된 스터드 목재를 사용하는데, 이것을 주로 16인치 간격으로 쭉 세워서 벽을 만든 뒤 이 안에 그라스울, 미네랄울 등 단열재를 충진하고 OSB 합판 등으로 덮어서 벽체를 만듭니다. 이 벽체가 구조체가 되는 것입니다. 바닥 슬래브나 지붕 역시 스터드 목재를 쭉 깔아서 비슷한 형식으로 만듭니다. 이렇게 한층 한층 쌓아 올려 건물을 짓습니다. 상대적으로 얇은 스터드 벽체로 건물을 지지해야 해 벽체 사이의 간격이 벌어지기 어렵고 3층 이상의 고층 건물에는 적용이 힘듭니다. 또한 켄틸레버(내민 구조) 등의 디자인 요소를 적용하기가 어렵습니다.

중목구조는 공칭 치수(가공 전 치수) 125×125mm 사이즈 이상의 부재를 사용하여 기둥과 보를 만들고, 여기에 OSB 합판, 단열재, 마감재 등으로 벽체를 붙여나가는 방식입니다. 경량목구조보다는 큰 경간을 만들 수 있습니다. 하지만 상대적으로 고가이고 건축주들이 주로 원하는 전원주택 정도의 규모와 스타일의 경우 경량목구조로도 충분하기 때문에 아직 주류라고 보긴 어려울 것 같습니다.

콘크리트구조와 목구조의 장단점을 정리해서 살펴보겠습니다. 콘크리트구조는 상대적으로 형태가 자유롭고 3층 이상의 고층이나 넓은 공간을 만드는 것이 가능합니다. 그리고 좀 더 일반적인 방식이기 때문에 인력이나 자재 수급이 쉽습니다. 도심지의 4~5층 건물을 짓는다면 콘크리트로 짓는 것이 좀 더 합리적인 선택입니다. 하지만 비용이 비싸고 공사 기간이 오래 걸립니다. 아무래도 매층마다 타설하고 양생하는 데 시간이 많이 걸립니다.

목구조의 장단점은 역시 콘크리트의 장단점과 반대로 생각하면 되겠습니다. 공사기간이 짧고 가격이 좀 더 저렴합니다. 하지만 최근 목구조 역시 원자재의 가격이 굉장히 많이 올라서 콘크리트보다 마냥 저렴하다고 보기 어렵다는 분들도 많아졌습니다. 상대적으로 비용이 낮다는 정도로 보시는 게 좋을 것 같습니다. 목구조는 교외의 작은 전원주택에 어울린다고 볼 수 있겠습니다. 목구조는 기본적으로 물을 쓰지 않는 건식이기 때문에 골조를 위한 타설, 양생의 과정이 필요 없습니다(바닥 난방을 위한 방통 마감 등에 일부 습식 공사가 필요하긴 합니다). 공장에서 가공되어 오는 부재들을 조립만 하면 끝이기 때문에 공정이 빠릅니다. 이에 반해 단점이라면, 3층 이상의 고층이 어렵고 일정 길이 이상의 켄틸레버나 평지붕, 큰 창, 둥근 지붕, 아치 등의 디자인 요소를 적용하는 게 힘들다는 것입니다. 특히 경량목구조일 경우 벽체 간격과 높이 등의 제한으로 정형화된 집이 나오기 쉽습니다.

철근콘크리트와 목구조 둘 다 기술의 혁신으로 점차 서로의 단점을 개선해가고 있습니다. 특히 목구조는 글루램 등의 특수부재를 통해 긴 경간과 공간을 만들기도 하고, 켄틸레버 형식의 건물 형태를 만들기도 합니다. 하지만 현재까지 우리나라에 콘크리트구조보다 정확한 구조계산을 할 수 있는 전문가가 많지 않아 아직은 시공자의 경험치에 의존하는 경우가 많습니다.

철골구조의 개념도. / 철골구조로 지어지는 주택의 골조 모습.

철골조는 창고나 공장 등 대형 구조체를 만들 때 자주 쓰이는 구조 방식입니다. 10m 이상의 큰 경간을 만들 때는 거의 다 이 철골구조를 활용하는데요. 흔히 H빔이라고 불리는 철제형강들을 볼트나 용접 등으로 조립해서 만드는 건물들을 이 철골 구조라고 보시면 됩니다. 소형 건물에서는 경량철골조 또는 스틸하우스라고 하여 아연 도금된 스터드들을 조립하여 건물을 만드는 방식이 주로 쓰입니다. 경량목구조에서 목재 스터드를 철재로 바꾼 것이라고 생각하면 편할 것 같습니다. 사용되는 소재나 가공방법, 단열재의 시공 방식에 따라 스틸하우스와 경량철골조 두 가지 공법이 구분되기도 하는데요. 필요에 따라 두 시공법을 혼합하기도 하고 신소재가 도입되기도 하여 둘 사이의 경계는 점차 흐려지고 있다고 생각됩니다.

ALC 블록구조의 개념도. / ALC 구조 주택이 지어지는 모습. 블록 하나 하나를 쌓아 구조를 형성한다.

ALC블록구조도 소형 건물에 자주 쓰이고 있습니다. 규사에 시멘트와 기포제를 넣어 물을 섞고 화학처리 및 양생하여 만들어지는 경량기포콘크리트 블록을 ALC(Autoclaved Lightweight Concrete)블록이라고 합니다. 건설 현장에서 자주 보이는 콘크리트 블록과 비슷한 크기와 모양인데, 좀 더 가볍고 조직이 미세하다고 보면 될 것 같습니다. 이 ALC블록으로 벽을 쌓고 집을 짓는 구조를 ALC구조라고 합니다. 벽은 ALC블록으로 쌓아 올리고, 지붕은 ALC패널이라고 불리는 판재를 가공하여 시공합니다.

ALC블록은 일반 콘크리트 구조에 비해 무게가 가벼워 시공성이 좋고, 단열성능과 내화성능이 좋으며 천연성분으로 이루어져 친환경적이라고 볼 수 있습니다. 하지만 아무리 좋은 성능을 가졌다고 해도 블록을 쌓아올려서 만드는 구조이니만큼 큰 구조물을 만드는 데 한계가 있고 재료 자체가 물을 흡수하는 성질이 있어서 취급에 주의를 기울여야 하는 등 단점도 있습니다.

이렇게 간략하게 콘크리트구조와 목구조, 기타 철골구조와 ALC(블록)구조 등에 대해 알아 보았습니다. 요약하자면 비용을 좀 더 들여서, 도심지에, 고층으로, 시간을 두고, 디자인 요소를 많이 가미하고자 한다면 콘크리트를, 좀 더 저렴하게, 교외에, 1~2층의 저층으로, 빠른 시간에, 단순하게 집을 짓고자 한다면 목구조를 추천합니다. 건축주분 모두 각자 상황에 맞는 적절한 구조를 적용하여 좋은 집을 지으시길 바랍니다.