설계/시공관련 질문
경량 목구조에서 전면 통창의 가능 여부
가명
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07.24 08:43
안녕하세요.
경량목구조 단층으로 집을 설계 중인데요. 아래 이미지와 같이 전면 통창을 내려고 합니다.
집의 폭은 7320 이고 높이는 5400, 길이는 11000 정도 됩니다. 유리는 3중 로이 유리를 생각하고 있습니다. 창호 없이 유리를 목구조에 그냥 고정하려 합니다.
좌우 측면의 창을 좀 줄이고 내력벽을 만들어 주더라도, 전면은 아래와 같이 하고 싶은데 건축사님이 난색을 표하네요. 경량목구조에서는 불가능한 구조일까요? 가능하게 하려면 어떤 방법이 있을까요? 공학용 목재로 보나 기둥을 세우면 되지 않을까 막연히 생각해보는데 잘 모르겠습니다.
답변 부탁드립니다~
공학목재를 활용하는 중목구조 방식으로 다시 설계해야 하고,
해당 이미지보다는 구조재가 더 필요할 것으로 예상됩니다.
"창호 없이 유리를 목구조에 그냥 고정하려 합니다." 부분은 이해가 조금 힘든데,
"창호 없이"를 "프레임 없이"로 해석한다고 하면, 불가합니다.
이유는 모든 건축물의 건축은 '건축물의 에너지 절약설계기준'에 맞춰 설계되야하며, 해당 창(프레임+유리)의 열관류율이 위 기준에 맞는 시험성적서가 있는 제품을 써야하므로, '유리를 목구조에 그냥 고정'하는 것은 별도로 그 구성의 열관류율 값을 증빙하는 실험을 진행하지 않는 이상, 불가합니다.
'설계사'라고 표현하신, '건축사'분께 같은 질의를 하시면, 더 상세히 설명주시지 않을까 싶습니다.
제가 궁금했던 것은 구조를 중목으로 전면 재설계하지 않더라도, 전창 부분에 공학용 목재를 사용해 보와 기둥 등을 보강하면 가능하지 않을까 하는 점이었습니다. 그리고 만일 가능하다면 개략적으로 어느 부분에 어느 정도의 구조목이 더 보강되어야 하느냐 하는 문제였습니다. 실제로 저 이미지와는 달리 설계 상에는 가로로 긴 글루램 보가 보강되어 있습니다. (제 건축사님은 그럼에도 불구하고 전창 사이 사이에 내력벽을 설계하셨기에 이 질문을 드리게 된 것입니다)
창호 관련 말씀 주신 부분은 잘 이해가 되지 않습니다. 벽체 개구부에 시험성적서가 있는 창(프레임+유리)을 고정하는 것과 시험성적서가 있는 유리를 고정하는 것이 본질적으로 무슨 차이가 있는지 모르겠습니다. 만일 법규 등에 모든 유리는 반드시 프레임에 끼워져 벽체에 고정되어야 한다는 조항이 있지 않는 한 불가할 이유가 없다고 여겨집니다. 실제로 상당히 많은 주택 및 상가 건물 등에서 헤더와 트리머에 유리를 프레임 없이 고정한 사례를 확인한 바 있습니다.
작성글은 남겨놓겠습니다.
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김국환님이 잘 설명해주셨네요.
경골목구조에서 박공지붕의 측면벽을 전체 통창으로 설계할 경우 발생할 수 있는 구조적인 문제와 그 해결 방법에 대해 설명드리겠습니다.
첫 번째로 고려해야 할 문제는 벽체의 강성 감소입니다. 경골목구조에서 벽체는 건물의 수평 하중(예: 바람, 지진 등)을 지지하는 주요 구조 요소입니다. 전체를 통창으로 설계할 경우, 벽체의 강성이 크게 약화되어 안정성이 떨어질 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 벽체 주위에 강철 보강재나 합판을 사용하여 보강함으로써 구조적 강성을 유지하는 것이 중요합니다.
두 번째로 지붕 하중 지지 문제를 고민해야 합니다. 박공지붕의 경우, 지붕 하중은 측면벽을 통해 지면으로 전달됩니다. 측면벽이 통창으로 되어 있으면 지붕 하중을 충분히 지지할 수 있는 구조적 요소가 부족하게 됩니다. 이를 해결하기 위해 박공지붕의 최상단에 리지보드(roof ridge board)나 리지빔(roof ridge beam)을 설치하여 지붕 하중을 지지해야 합니다. 리지보드는 두 지붕면을 연결하는 역할을 하며, 리지빔은 지붕 하중을 직접 지탱하는 주요 수평 부재입니다.
리지보드로 했을 경우 좌우측 큰창호로 인해, 벽량이 부족해 보이며, 리지빔으로 했을 경우도 중간에 기둥이 몇개 추가되면서 조정이 필요해보입니다.
세 번째로 열교 현상이 있습니다. 창호는 단열 성능이 약하여 열교 현상이 발생하기 쉬운 부분입니다. 전체를 통창으로 설계할 경우, 열 손실이 증가하여 에너지 효율이 크게 떨어질 수 있습니다. 이를 최소화하기 위해 창 주위의 벽체를 철저히 보강하고, 고성능 창호를 사용하여 단열 성능을 강화하는 것이 필요합니다. 그러나, 이미지처럼 원하신다면, 비용적인 면에서 단단히 맘을 드셔야 합니다.
또한, 통창 아래에 기둥을 설치하여 리지빔에서 전달되는 하중을 지면으로 안전하게 전달하는 것이 중요합니다. 기둥은 창틀 구조와 통합되어야 하며, 기둥의 하중이 기초로 직접 전달되도록 설계해야 합니다.
마지막으로, 헤더(header)등 목구조 보강재등을 설치하여 창의 상부 하중을 지지해야 합니다. 창 위에 헤더를 설치하여 상부에서 내려오는 하중을 양쪽 스터드를 통해 지면으로 전달합니다. 헤더는 충분한 두께와 강도를 가진 목재를 사용해야 하며, 창틀과 통합되도록 설치해야 합니다.
결론적으로, 경골목구조에서 박공지붕의 측면벽을 전체 통창으로 설계할 때는 벽체 강성 감소, 지붕 하중 지지 부족, 열교 현상 등을 해결하기 위해 리지보드 및 리지빔 설치, 기둥 설치, 벽체 보강, 헤더 및 잭스터드 설치 등의 조치를 취해야 합니다. 이러한 방법을 통해 구조적 안정성을 확보할 수 있습니다.
위의 김국환님이 설명해주신것처럼, 많은 고민과 해결과제들이 있기에, 건축사분과 경골목구조를 전문적으로 구조해석하시는 구조기술사분과 협업을 하시여, 성공적인 프로젝트가 되시길 기원드립니다.
참고로, 지금 현재 설계되어 있는 바는 다음과 같습니다.
- 천장은 ridge board와 rafter로 구성되어 있고 전체 면적의 약 60%에 해당하는 부분이 (다락 마루를 구성하는) floor joist로 잡혀있습니다. 나머지 40% 부분에는 collar tie를 시공하도록 되어있습니다.
- 전면창이 있는 부분에 한해 상단 삼각형을 이루는 rafter와 beam이 글루램으로 연결되도록 설계되어 있습니다.
- 전면창의 좌우 측면 벽체는 이미지와 달리 통상적인 벽에 통상적인 창호가 있는 내력벽으로 구성되어 있습니다.
- 전면창은 전면창이라기보다는 3개의 분할된 창이 600 너비의 내력벽 사이 사이에 들어가 있는 형태로 되어있습니다.
이런 구조 하에 전면창을 구현할 수 있는 방안이 무엇일까를 고민하던 차였습니다. 달리 표현하면 창문 사이의 내력벽을 없애고 구조목 기둥으로 대체하면 안될까 하는 문제 의식이었습니다.
다시 한번 감사드립니다.
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릿지빔, 레프터, 칼라타이 등은 별개의 문제이기에 건축사께서 알아서 잘 하시리라 생각하고 언급하지 않겠습니다.
구조는 개념적으로 아래 그림과 같습니다.
횡력에 저항하기 위한 사선 부재가 개입되면 전면에 전단벽이 전혀 없이 가능합니다.
이 것을 철재 와이어로도 대체가 가능하나 제작비가 제법 들어갈 수 있습니다.
위에 김국환소장님이 말씀하신 것이 맞습니다.
유리를 직접 끼우면 안된다.. 라는 법은 없으나.. 이게 안되는 논리 혹은, 되기 위한 논리는 아래와 같습니다.
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가. 창은 유리와 프레임의 평균 성능으로 규정하고 있습니다.
나. 프레임이 없다면 유리만의 성능으로 적법함을 따질 수 있는지가 관건인데, 그렇지 못합니다.
다. 유리는 유리의 중앙부와 테두리의 열적 성능 차이가 무척 크기 때문입니다. 유리의 시험성적서는 유리의 중앙부에 대한 열적 성능만 반영합니다.
만약 유리만 있다고 해서 유리시험성적서로 갈음토록 해준다면, 유리의 성능이 매우 좋게 나오는 착시효과가 있기에, 법에 취지에서 벗어 나게 됩니다.
이게 가능하다면, "최대한 싸게 했지만, 격렬하게 더 싸게 하고 싶어 하는" 수많은 집 장사에서 모두 유리만 끼워서 허가를 받을 것이기 때문입니다.
그래서 법이 정한 논리를 따르게 되면, 유리에 대한 물리적 실험을 해서, 유리 중앙과 테두리의 평균성능에 대한 시험성적서를 받아야 합니다.
다만 이 것 조차 허가되지 않을 가능성이 높은 것은... 구조체 (목재)에 유리를 끼운다는 논리이므로, 그 목재가 유리의 틀이 됩니다. 그러므로 그 나무에 유리가 끼워진 시험성적서를 요구하는 것이 타당합니다.
보셨다는 그 많은 건물들 (구조체에 유리만 끼운..)은 허가권자가 법에서 정한 논리를 이해하지 못해서 허가를 내준 경우 이거나, 세계적인 명성이 있는 건축사일 가능성이 높습니다.
왜 세계적인 건축사에게는 그 것을 허용하냐면... 세계적인 건축사이기 때문입니다. 소비자가 루이비통 코트에서 따뜻함을 요구하지 않는 것과 유사합니다.
다만 이 모든 것을 떠나서,
허가권자가 이의제기를 하지 않아 허가를 득할 수 있고, 부분적인 열손실로 인해 테두리에 결로가 생길 수 있고, 풍압이 클 때 유리가 깨질 확률이 상대적으로 높다는 것을 건축주가 미리 인지를 하고, 여기에 대한 하자 책임을 공급자(건축사, 시공사)에게 묻지 않는다고 한다면 적용하셔도 되세요.
패시브적 개념에서 접근하자면, 시험성적서를 당연히 가지고 있어야 겠지요..
다만, 건축물의 에너지절약설계기준 제6조의 다 4)에 의거 별표4에 따른 구조체에 창호목조프레임 개념의 틀을 같이 설치하면, 시험성적서 없이 통과될거라 조심스럽게 의견 드려봅니다.
알려 주셔서 감사합니다.
제가 이해한게 맞는지 다시 한번 확인해보고자 합니다.
[구조 문제와 관련하여]
앞서 말씀드린 현 설계의 기본틀을 근본적으로 바꾸지 않는 한 (즉 중목 구조 등으로 재설계를 하지 않는 한), 현재 수준에서 전면창을 실현할 수 있는 유일한 방법은 관리자님께서 말씀하신 방식으로 가새를 설치하는 것이다. 공학용 목재를 이용해 몇몇 기둥과 보를 보강하는 방식으로는 충분하지 않다.
[유리 고정과 관련하여]
창호 개구부 구조에 목조프레임 개념의 틀을 설치하고 삼중유리를 고정하면 시험성적서 없이 허가를 받을 수 있으며 이 때 열관류율은 1.4 W/m2이다. 단 이와는 별개로 결로 발생이나 풍압에 의한 파손 리스크는 감수해야 한다.
제가 바르게 이해했는지 모르겠습니다 ^^
네 공학용목재를 이용하는 것은 한계가 있습니다.
유리 관련
맞게 이해하셨습니다.