1. 지붕 골조

 

 POINT : 지붕 골조에는 동자주를 세우는 방식과 트러스 형식이 있다. 동자주 방식이 일반적이지만 최근에는 지붕 경사만큼의 큰 공간을 확보할 수 있는 오픈   천장 형식도 있다. 

 

 

  1. 동자주 방식

목조건축물의 지붕은 크게 경사지붕 (박공지붕, 우진각지붕, 외쪽지붕 등) 과 평지붕으로 나뉜다. 경사지붕은 천장보 위에 동자주와 펄린, 서까래가 갈리면서 지붕 골조가 구성된다. 지붕 골조는 지붕이 받는 수직 하중과 지붕면이 받는 횡하중에 저항하게 된다.

지붕골조 형식은 크게 동자주를 세우는 방식과 트러스를 짜는 방식으로 나뉘는데, 일반적으로 동자주 방식이 많다. 동자주 방식이란 천장보 위에 동자주를 세우고, 그 위에 펄린을 놓고 용마루에서 지붕 경사쪽으로 서까래를 거는 방식이다. 이 골조가 수직 하중을 받게 된다. 횡하중은 기둥과 마찬가지로 동자주만으로는 저항할 수 없다. 따라서 가새나 구조용 합판 등으로 내력벽을 만들어야 한다. 지붕면에는 바닥과 마찬가지로 횡하중이 작용하므로 지붕의 수평면에 구조용 합판을 깔아 수평 강성을 확보해야 한다.

한편, 최근에는 지붕골조를 드러내는 오픈 천장이 늘고 있다. 천장보와 동자주, 펄린을 생략하고 서까래 없이 서까래보를 넣는다.서까래보란 서까래 단면을 키운 것으로 경사면에 따라 처마보와 용마루 사이에 바로 건다. 경사분만큼 큰 공간을 만들 수 있다.

단, 서까래보 형식을 위해서는 서까래보만으로 수직하중을 적절히 지지할 수 있어야 한다. 다시 말해 용마루가 받는 수직 하중에 의해 용마루가 처지면서 지붕이 처마 바깥쪽의 수평 방향으로 벌어지는 현상(thrust)을 방지해야 한다. 이를 위해서는 첫째, 용마루의 단면을 크게 하여 용마루에 발생되는 수직 변형을 줄이거나 둘째, 천장보를 연결하는 Tiber (일반적으로 스틸 파이프와 같이 인장력에만 유효한 부재를 사용한다.)  라는 부재를 스팬 길이만큼 거는 방법이 있다.

 

  1. 트러스식 구조

지붕 골조를 삼각형 모양으로 짜는 것을 트러스 형식이라고 한다. 트러스에는 각각 부재에 축력(인장력, 압축력)만이 작용하기 때문에 작은 부재로도 스팬을 크게 할 수 있다. 트러스가 있는 방향은 횡하중에 저항할 수 있으나, 반대방향으로는 트러스가 아니므로 동자주 방식과 마찬가지로 내력벽을 설치할 필요가 있다.

 

① 동자주 방식

a. 동자주가 있는 경우

동자주 방식의 기본적인 골조이다. 용마루가 받는 수직 하중은 펄린, 동자주를 거쳐 천장보에 전달된다. 횡하중을 견디기 위한 내력벽이 필요하므로 천장보 레벨에 맞춰 귀잡이보를 넣는 경우도 있다.

 

b. 동자주가 없는 경우

동자주 방식에서 펄린, 동자주를 생략하면 그림과 같이 천장이 높은 오픈 천장이 된다. 단, 단면을 키운 서까래보가 지붕 합판이 받는 수직 하중을 지지해야 한다. 이때 용마루가 처지면서 지붕이 수평 방향으로 벌어지지 않도록 Tiber 등을 시공한다. 용마루의 단면 높이를 키워도 된다.

 

 

② 트러스 방식

삼각형 모양의 지붕형태를 살려 트러스 형식의 지붕 골조를 만든다. 중목구조의 단독 주택에서는 일반적이지 않지만 대공간을 확보해야 하는 중, 대규모 목조건축물의 지붕 골조로 사용하는 경우가 많다.

 

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