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제목중목구조 입문 - 10. 접합방식 (철물)2020-02-05 09:34:32
작성자 Level 10

 10. 접합방식 (철물)

1. 단면결손이 적은 공법

중목구조에서 사용되는 이음과 맞춤의 최대 약점은 단면 결손이 생긴다는 점이다. 이때 접합부의 단면적이 작아지므로 수직 하중과 횡하중으로부터 접합부가 파손될 위험이 커진다.

가장 전형적인 예가 통기둥의 단면결손이다. 통기둥은 2방향에서 가로 부재가 결구된다. 맞춤 종류는 장부 맞춤이 일반적인데 이는 단면결손이 커지게 된다. 그 결손율은 장부 맞춤 개수에 비례하며, 120mm각 기둥을 사용한다해도 4방향에서 보가 접합되면 84mm각 기둥과 같은 능력밖에 지닐 수 없게 되어 기둥은 좌굴되기 쉽다.


이러한 단면결손을 줄이기 위해 효과적인 방법은 바로 철물공법이다. 철물공법이란 목재를 연결 철물을 사용하여 접합하는 방법이다. 철물 제조 회사마다 다양한 철물을 개발하고 있으며, 접합방식은 한쪽 구조재에 부착된 연결철물에 다른 한쪽의 구조재를 짜맞추고 드리프트핀을 박아 고정시키는 방식을 사용한다. 이러한 공법을 드리프트핀 공법이라고도 한다. 결손율을 최소한으로 줄일 수 있어 통기둥에 장부 맞춤이 4방향에서 결구되더라도 결손율이 10~25%에 그친다. 전통적인 접합 방식의 결손율 51%를 크게 밑도는 수치로 기둥의 좌굴 위험이 극히 줄어든다. 

 2. 철물공법의 다양한 이점

 철물공법은 통기둥뿐만 아니라 다른 접합부에서도 단면 결손이 작다. 중목구조의 전통적인 방식보다 구조적 성능을 높일 수 있다. 그 외의 특징으로는 첫째, 철물을 미리 프리컷 공장에서 부착하므로 오차가 적고 정밀해 현장의 작업능률이 크게 오른다. 둘째, 하고이타 볼트 등의 보강 철물이 필요 없고, 연결철물이 내부로 숨겨져 구조를 드러내도 접합부를 깔끔하게 노출시킬 수 있다. 전통방식(이음, 맞춤)에 비해 철물 비용이 별도로 발생하긴 하지만, 통기둥 등 단면 결손이 커질 부분만 부분적으로 철물 공법을 써서 전통방식과 병용할 수도 있다

  전통방식의 단면 결손


 

 중목구조의 통기둥 접합부를 평면도로 그린 것이다. 4방향에서 맞춤으로 접합되면 남는 통기둥의 단면적이 매우 적다는 것을 알 수 있다

통기둥 단면결손율 

  

 

접합부 개수

결손 후의 단면적

결손율

통기둥 실제 치수 (mm)

0 방향

14,400

0%

120 X 120

1 방향

12,576

13%

112 X 112

2 방향

10,752

25%

103 X 103

3 방향

8,928

38%

94 X 94

4 방향

7,104

51%

84 X 84

 

120mm각 통기둥에 전통방식인 맞춤으로 보를 접합시켰을 때 생기는 단면 결손의 면적과 결손율이다. 접합되는 단면 결손 면적을 제외한 면적을 통기둥의 최초 단면적으로 나누었다. 접합되는 보의 개수에 비례하여 면적 및 결손율이 올라가며, 통기둥의 최초 단면적이 줄어든다. 통기둥의 길이는 약 6m나 되므로 기둥이 쉽게 파손된다.

  철물공법


 

 철물공법에서는 기둥에 미리 부착된 철물과 드리프트핀을 이용해 기둥과 접합시킨다. 접합부의 단면적은 전통공법보다 현저히 낮고 단면결손으로 기둥이 좌굴되는 위험도 줄일 수 있다.

  철물공법의 단면결손


 

 철물공법의 통기둥 접합부 평면도이다. 4개의 보가 결구되어도 통기둥의 단면 손실은 그렇게 크지 않다.

철물 공법의 접합부 

 

 철물공법에서는 목재 내부에 연결 철물이 부착되므로 철물의 존재가 눈에 띄지 않는다. 전통방식에서는 보와 보를 결합시킬 때, 보 외부 쪽에 하고이타 볼트가 노출되지만 철물 공법에서는 철물이 보이지 않는다.

철물공법으로 세워진 건물 

 

 철물공법으로 세워진 목조 건축물의 예로 교회, 유치원, 온실 등이 있으며, 세 경우 모두 큰 스팬으로 공간이 구성되어 있다.

출처: 중목구조 입문 <The Introduction of Wooden Post & Beam>, 미야자키현, 2016.03