【집 짓기】우리 집, 어떤 건축구조로 지을까 ⑤-스틸하우스
스틸하우스는 일명 투 바이 포(2″×4″)라고 하는 북미식 경량 목구조에서 유래한다. 스틸하우스에선 경량 목조주택에 사용하는 구조용 규격재를 스틸 스터드가 대신하고 있다. 따라서 스틸하우스는 경량 목조주택과 마찬가지로 시공이 간편하고 용이하며, 복잡한 공구가 필요 없고 원하는 형태를 자유롭게 표현할 수 있다. 한편, 스틸하우스는 철이 지닌 특성상 단열에 취약할 것이라고 생각하기 쉽지만, 스틸하우스에 외단열 시스템을 적용하면 지역별 단열 기준 요건을 충족하는 쾌적한 공간을 만들 수 있다.
글 윤홍로 기자
취재협조
한국철강협회 스틸하우스클럽 www.steelhouse.or.kr
㈜포스코 휴먼스 www.poscohumans.com
자료 ≪스틸하우스로 집 짓기≫ 구미 서관, 스틸하우스 구조 원리 및 특징
스틸하우스는 스틸 스터드 Stud라고 하는 두께 1㎜ 내외의 아연 도금된 냉간 성형강 구조용 자재로 주택의 뼈대를 구성하는 공법이다.
스틸 스터드_스틸하우스에 사용되는 ‘ㄷ’자형 구조재를 통칭하며, 아연 도금된 구조용 냉간 성형강(ZSS 400)으로 한국산업규격(KS D3854)에 등록돼 있다.
아연 도금_강재를 생산할 때부터 부식을 방지하기 위해 강재 표면에 아연을 도금하는 것을 의미한다. 아연 도금 강판은 표면에 흠집이 생기더라도 흠집 주변의 아연이 철보다 먼저 부식되면서 도막이 형성되기에 철까지 부식이 진행되지 않으므로 아연 도금 강판을 사용하는 스틸하우스는 수명이 반영구적이라고 할 수 있다.
냉간 성형강_열을 가하지 않고 상온에서 성형된 강재를 의미하며, 스틸하우스에 사용되는 자재는 아연 도금 강판을 롤 포밍기로 냉간 성형해 제작한다.
구조용 자재_건물을 지탱하도록 힘을 받는 부재를 의미하며, 구조용 부재의 강도를 결정하는 요인은 강재 등급인데 스틸하우스 부재는 인장강도(Fu)가 4.1tf/㎠급만을 사용한다.
스틸하우스는 경량 목구조 강국인 미국에서 1930년대에 나무를 갉아먹는 흰개미가 많아 주택의 수명이 단축되는 문제를 해결하기 위해 도입됐다. 하지만 스틸하우스는 경쟁력 부족으로 크게 발전하지 못했다. 1980년대 후반 목재 자원의 고갈, 가격 폭등, 품질 저하 등으로 만성적인 주택 공급 부족 문제와 환경 문제 때문에 높은 관심을 갖게 되면서 대체재의 출현이 요구됐다. 바로 철강재를 이용한 스틸하우스의 보급이다. 특히 1992년 플로리다에 태풍이 닥쳤을 때 스틸하우스만 건재했던 일과 클린턴 대통령의 국유림 벌채 금지령으로 목재 가격이 상승하면서 스틸하우스는 빠른 속도로 보급되기 시작했다.
일본에 스틸하우스가 본격적으로 도입된 것은 1990년대 중반이다. 강재구락부(Kozai Club)를 중심으로, 고로 6사에서 스틸하우스에 대한 연구가 체계적으로 진행됐다. 특히 고베 지진 당시 스틸하우스의 피해가 없었다는 것이 큰 홍보 요인으로 작용했다.
우리나라에 스틸하우스가 도입된 것은 1996년 서울과 포항, 광양에 7개 동의 스틸하우스가 건립되면서부터이다. 도입 배경은 습식공법이 주를 이루는 건축시장에 건식공법으로서의 대안을 제시하고 건설자재의 다양화를 유도하기 위해서였다. 습식공법은 대부분의 공정이 현장에서 이뤄지기 때문에 현장 상황에 따라 시공 품질이 제각각일 수밖에 없으며, 현장 작업이 많기 때문에 인건비가 많이 소요된다. 반면 스틸하우스와 같은 건식공법은 대부분이 공장에서 생산된 완제품을 현장에서 조립하므로 균일한 품질의 주택을 지을 수 있고, 현장 작업을 최소화함으로써 공사 기간이 단축되는 장점이 있다.
그리고 우리나라는 철강업이 발달해 스틸하우스의 재료로 사용되는 아연 도금 강판을 안정된 가격으로 쉽게 구할 수 있고, 다른 재료에 비해 품질이 균일하고 강도가 높기 때문에 작고 가벼운 자재로 주택을 지을 수 있다는 점이다. 스틸하우스는 포스코와 포항산업과학 연구원, 한국철강 협회 주도로 국산 자재의 개발과 KS 규격화, 구조설계 기준 고시, 건설 신기술 인증 등 다양한 기술 지원 사업의 성과로 시공 실적이 증가 추세에 있다.
구조는 주택의 뼈대로, 주택이 다 지어지고 난 후엔 외관상으로 보이지는 않는다. 하지만 구조 자체가 튼튼해야 폭설이나 강풍에도 오래 견딜 수 있다. 스틸하우스 구조는 스틸 스터드로 이뤄진 벽체를 통해 힘을 전달하는 방식으로 벽식 구조이다. 즉, 스틸 스터드 하나하나가 모여서 벽체와 바닥 및 지붕 구조를 이룬다. 지붕에 눈이 쌓이면 이 하중은 지붕의 뼈대(트러스)로 전달되고, 이것은 다시 2층 벽체로 전달된 후 다음으로 1층 벽체를 통해 결국 기초로 전달된다. 이때 어느 한 부분이라도 하중을 지탱하지 못하면 주택은 제대로 서 있을 수 없게 된다.
스틸하우스의 벽체 중 힘을 받는 벽체가 내력벽이다. 이 벽체는 주택을 지을 때 구조 엔지니어에 의해 주택에 작용하는 하중이 잘 전달되도록 설계가 이뤄진다. 또한 스틸하우스 벽체 중엔 하중을 받지 않고 칸을 나누기 위해 설치된 비내력벽이 있다. 이러한 벽체들은 주택의 구조를 변경하면서 얼마든지 위치를 바꾸거나 없앨 수도 있다.
겨울엔 내부의 따뜻한 열기를 외부로 빼앗기지 않도록 하고, 여름엔 뜨거운 외부의 열기가 실내로 유입되지 않도록 하는 것이 단열성이다. 단열 성능이 좋은 주택이어야 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있으며, 냉난방비가 적게 든다. 스틸하우스는 벽체와 지붕, 기초에 단열 설계를 충실히 하여 우수한 단열 성능을 확보하고 있다. 방로란 벽체의 내·외부에 물방울이 발생하는 현상(결로)을 막는 것으로, 스틸하우스에선 열의 이동 경로와 습기의 유입을 차단해 좋은 방로 성능을 확보하고 있다.
단독주택의 경우 내화 성능을 요구하지 않는다. 그러나 3층 이상의 주택이나 바닥 면적이 2,000㎡ 이상인 건축물엔 내화 성능 인증 벽, 바닥, 지붕 구조체를 사용해야 한다. 스틸하우스는 벽체와 바닥에 대해 1시간 내화 구조 인증을, 지붕은 30분 내화 구조 인증을 받았다. 현행 법규에선 스틸하우스와 같은 건식공법의 바닥 구조체는 이와 같이 인증된 구조를 그대로 적용할 경우에 한해서만 법률적으로 효력이 있다.
원하지 않는 소리는 크기와 관계없이 거주자에게 불쾌감을 준다. 주택의 외부에서 발생하는 차량의 소음이나 내부에서 발생하는 아이들에 의한 소음, 세탁기나 청소기 등을 사용함으로써 발생하는 소음 등이 다른 방으로 전달되지 않도록 설계해야 한다. 스틸하우스에선 바닥과 벽체를 설계할 때 차음재와 보조재를 사용해 차음 성능을 확보하고 있으며, 창이나 문과 같은 개구부를 기밀하게 시공해 조용한 주거 환경을 확보하고 있다.
스틸하우스는 건식공법으로 시공되며 스틸 스터드를 사용해 제작된 벽체를 현장에서 조립한다. 시공 순서는 기초 위에 1층 벽체를 세우고 바닥을 설치한 후 2층 벽체를 설치하며, 이 위에 지붕을 얹어 스틸하우스 골조를 완성한다. 현장에서 골조를 조립하는 데 2~3일 정도 소요되며, 골조가 완성된 후 구조용 합판과 석고보드를 사용해 바탕 면을 설치하고 마감공자를 완료하는 데까지 약 2달 정도 소요된다.
포스코의 고내식 합금 도금 강판인 포스맥PosMAC®이 스틸하우스에 적용되고 있다. 포스맥이 부식에 강한 이유는 무엇일까. 철의 부식을 막기 위해 적용되는 아연 도금 강재는 도금층인 아연이 부식돼 소모될 때 철이 녹스는 것을 대신 막아주는 방식이 적용된 강판이다. 특히 아연층이 부식돼 소모되는 속도는 공기 중 염분 함량이 높은 도서島嶼 해안지역, 그리고 화학적 부식이 우려되는 산업 지역 및 농축산 지역 등 환경적 요인에 따라 빠르게 진행된다. 포스코에서 기존 제품과 차원이 다른 철을 만든 이유다. 바로 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 알루미늄(Al) 세 가지 원소를 합금한 도금으로 장기간 안심하고 사용할 수 있게 만든 것이 포스맥이다.
포스맥은 시간이 지날수록 마그네슘의 도움을 받아 매우 안정된 상태의 치밀한 부식 생성물인 시몬클라이트Simonkolleite(Zn5(OH)8Cl2·H2O)라는 필름층이 형성·유지된다. 즉 아연만 도금한 방식보다 막이 하나 더 생기는 것이다. 그 결과 기존 제품에 비해 10배 이상 부식에 더 강해진다. 놀라운 점은 도금 처리되지 않은 절단면도 부식 방지가 가능하다. 노출 초기 붉은색의 녹[赤?]이 생기지만, 시간이 흐르면서 상하부의 시몬클라이트 도금층이 단면부로 확산돼 이를 덮어줌으로써 추가적인 부식을 방지해 준다. 또한 도금층의 강도가 아연 도금에 비해 월등히 강해 가공할 때 금형의 오염을 줄이고, 시공 중 발생하는 스크래치에 의한 손상을 최소화한다.
