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CLT건축 -- 쇠·콘크리트보다 강하다..나무로 지은 24층 빌딩

구봉88 2019. 11. 9. 06:28

방송에도 보도된  그 기술 제품


쇠·콘크리트보다 강하다..나무로 지은 24층 빌딩

김진희 입력 2019.11.08. 21:52

                          
      


[앵커]

최근 유럽을 중심으로 나무를 사용해 짓는 고층 건물들이 등장하고 있습니다.쇠나 콘크리트보다도 강한 첨단 목재를 사용하는 건데요.

시간과 비용도 절감할 수 있고 친환경적이어서 인기를 끌고 있다고 합니다.



[리포트]

오스트리아의 수도 빈.

지금 이곳에 24층, 높이 84m로 세계에서 가장 높은 나무 빌딩이 지어지고 있습니다. 건물 전체의 76%가 목재로, 완공되면 고급 식당과 호텔 등이 입주할 예정입니다.


[뤼디거 라이너/오스트리아 건축가 : "(공사 기간 나무는 또 자라서) 호호빌딩 수천 채를 짓는다 해도 숲은 피해를 입지 않죠."]


목조 건축의 선진국 영국은 이미 10년 전 나무로 지은 아파트를 선보였고, 일본에서도 교육기관과 관광센터 등 공공건물을 목재로 짓기 시작해 큰 호응을 얻고 있습니다.


[하라 유오코/학부모 : "나무의 따뜻함이 느껴지는 유치원에 (아이가) 다닐 수 있어서 정말 행복합니다."]


고층의 나무빌딩 건축이 가능한 건 CLT라는 첨단 공학 목재가 개발된 덕분입니다.


CLT 목재의 압축강도는 철의 2배, 콘크리트의 9배로 월등히 뛰어났습니다.

오스트리아 호호빌딩 한 채를 나무로 지을 경우 30만 톤의 이산화탄소 감축 효과가 있는데, 자동차가 80km 거리를 4만 4천 년간 운행하며 내뿜는 양과 맞먹습니다.


CLT 건물은 공장에서 재단된 목재를 현장에서 조립만 하면 되기 때문에 공사 비용과 시간을 줄일 수 있습니다.


[앤서니 시슬턴/영국 건축가 : "적은 인원으로 지을 수 있고, 현장도 안전합니다. 전 지구적인 환경에도 더 바람직하죠."]

CLT 건물은 진도 7 이상의 지진실험에서도 끄떡없이 버텼고 1,000도 이상의 화재실험에서도 기둥의 겉면만 탔을 뿐 중심부는 멀쩡했습니다.


[심국보/국립산림과학원 목조건축연구과장 : "자원순환 과정에서 우리의 미래이고 구조적인 내용에서도 성능적인 내용에서도 목조건축은 우리의 미래입니다."]


21세기 건축혁명으로 불리는 목조건축, 인간과 지구의 미래를 위한 대안으로 주목받고 있습니다.



**Cross Laminated timber

집성재, 합판의 일종이다. 일반적인 집성재가 나무의 결을 평행하게 쌓아놓고 접착한다면 CLT는 나뭇결을 서로 직각으로 교차(cross)시키는 방식으로 쌓아 접착한다. 별 것 아닌 것 같지만 유럽에서는 철과 콘크리트를 능가하는 재료로 각광받고 실제로 약 10년 전부터 활발하게 CLT건축이 이루어지고 있다.

1990년 독일의 한 회사에서 고안되었지만 그 회사에 제재 부문이 없었기 때문에 1998년 오스트리아 남부에 위치한 Katsch An Der Mur  라는 작은 마을에 있는 제재소가 그 기술을 채용하고 오스트리아 그리츠공과대학의 협력을 얻어서 기술이 더욱 개량되었다.

나무의 뒤틀림과 휨을 방지하고 모든 방향에서 하중을 견딜 수 있는 CLT는 하나의 패널로 벽도 바닥도 천장도 구분없이 사용할 수 있는데 CLT로 벽을 만들어 건물을 지어보면 철근콘크리트에 필적하는 강도를 낼 수 있고 그렇기에 기존에는 불가능하던 목조고층빌딩을 지을 수 있게 되었다. 실제로 오스트리아에서 2000년에 목조로는 2층까지밖에 올릴 수 없다는 기존의 법률을 9층 건물까지 가능한 것으로 바꾸면서 석조건물이 기본이었던 거리풍경이 목조로 변해가고 있다.

CLT건축은 강도뿐만 아니라 여름은 덥고 겨울은 추운 석조와 철근콘크리트건물보다 쾌적한 주거환경을 제공한다. 실제로 목조건물은 내부습도가 50%~60% 정도로 자동으로 조절되지만 콘크리트건물의 내부습도는 0%~100%로 자연적으로는 아예 조절이 안된다.

목재라서 화재에는 약할 것 같지만 그렇지도 않은게 내화테스트에서 60분이 지나도 불이 옆방으로 번지지 않았으며 옆방 온도가 조금 올라가는 정도에 그친다고 한다. 이를 이해하려면 축열재와 단열재의 차이를 알아야 하는데 축열재인 콘크리트와 콘크리트 내부의 철근은 화재가 났을때 열을 빠르게 전달하며 퍼져나가게 되는데 진짜 문제는 벽이 아닌 바닥과 천장의 경우 가로질러져 놓아져있는 철근이 조금이라도 흐물흐물해지면 콘크리트는 곧바로 무너진다는데에 있다. 하지만 단열재인 CLT는 방 하나에 불이 붙어도 다른 방으로 번지기까지 상당한 시간이 필요하며 일반 사람들의 생각과 달리 애초에 완전건조된 두꺼운 목재는 불이 잘 붙지도 않는다.

일본에서 CLT를 들여오면서 2007년에 효고현 미키시에 있는 E-디펜스라는 세계최대규모의 내진실험시설에서 7층 높이의 CLT건물을 가지고 와서 1995년 고베 대지진과 동일한 진도7의 진동을 가했는데 이것도 견뎌낸다. 심지어 이때는 일부러 목재중에서 강도가 약한 삼나무로 제작했었다고 한다.
https://www.youtube.com/watch?v=X7AZVO6qr3c


300명 이상이 희생된 2009년 라퀼라지진이 발생한 이후로 이탈리아에서는 대부분의 건물이 CLT로 건설되고 있다고 하며 밀라노에는 13층 높이의 CLT건물이 등장할 예정이라고 한다.

<img class='wiki-image' src='//ww.namu.la/s/0088681e0262e4260de98749f0542dc09a3fb4907b2f4944bda1707353b426b20f548639d0343a260f31cd03c434aab46b08b753528ba40b287b52c08b2f3e3f63f88986af4e6d6b6291233b6555d507fa703b1dd0546445aa0ce27f1d1bc4e0' alt='파일:140605_KLH.jpg'>
유럽과 북미에서 주로 많이 쓰이며 공장에서 패널이 크게 나오면 18m×5m 이상의 크기로도 나오기 때문에 건축속도도 굉장히 빠르다. 실제로 캐나다의 학생기숙사 18층짜리를 CLT로 올리는데 불과 70일이 걸렸다고 한다. 공장에서 큼직한 패널을 가져다가 조립하는 방식이기에 가능한 것.

한국에도 있기는 있다. 수원의 국립산림과학원 산림유전자원부의 4층 건물을 국내에서는 최초로 CLT로 지었으며 서울대학교의 이전제 교수가 본인의 집을 용인에 CLT로  짓기도 했다. #[2]




국립산림과학원에서 CLT공법에 관심을 가지고 교육과 세미나를 개최하지만 정부나 대기업차원에서 큰 규모의 CLT패널 공장을 돌리지 않는 한 한국에서 일반 개인이 CLT건축에 도전하기는 현실적으로 어려움이 많다.



목재 단점 극복한 공학목재(엔지니어링 우드) 이용

이동흡 한국목조건축협회 전무l승인2017.09.18 14:32



건축재로서「목재」는 단점이 더 많은 재료다. 썩고, 타고, 벌레먹고, 뒤틀어지고, 사용하기 어렵다는 등이다.


이러한 단점은 자연에서 얻는 유기재료의 위대함이 된다는 반전이 있다. 우선 「썩는다」라는 문제에 대해서는 나무는 자연에서 얻는 유기물인 만큼 균에 의해 부패된다는 필연성이 있다. 썩기 때문에 흙으로 쉽게 돌아간다.


인공적으로 만들어진 무기재료는 자연으로 쉽게 돌아가지 않으므로 자연과 환경에도 인간에게도 결코 좋을 수 없다.

 목재는 목섬유 한올한올이 모여 만들어진 생물세포의 결합체다. 그러므로 동일한 것은 있을 수 없는 각각의 개성이 있는 재료다.


목재가 갖고 있는 이러한 다양함은 조형과 공예에서는 매우 중시되지만, 건축용재와 같은 공업적 용도에 목재를 사용할 때는 섬유방향이나 옹이 등의 배열에 따라 편차가 큰 단점으로 바뀔 수 있다. 특히 건축재의 평가는 평균값으로 결정되는 것이 아니라 그 안에 포함된 가장 저질 재료에 의해 평가된다.


편차가 큰 목재는 건축사들의 기피 대상이 될 수밖에 없다. 철이나 콘크리트를 건축사들이 선호하는 이유도 충분히 납득이 된다. 공학적으로 구조계산을 하는데 목재는 강도적인 근거 자료가 충실하지 않기 때문에 목재가 주거환경에 유리하다는 것을 알면서도 사용할 수 없었다.


이러한 목재의 단점을 극복한 것이 공학목재, 즉「엔지니어링 우드(Engineering wood)」다.

 단판 또는 섬유 등의 형상으로 세분화된 목재를 접착제로 붙여 압착하고,

결점 요인을 제거한 후 일정한 형상이나 크기, 강도가 나올 수 있게 가공한 목재를 말한다.


최근 고층 목조빌딩의 붐을 일으키고 있는 CLT(Cross Laminated Timber, 구조용집성판)가 그 대표적인 예다.


하나의 판면 크기가 길이 30m, 폭 10m, 두께는 임의로 조절할 수 있다.

판면 자체가 하나의 벽면이나 바닥이 될 수도 있고, 기둥이나 보를 별도로 요구하지 않는 구조체이다. 세계적으로 10층 규모 이상의 CLT빌딩이 이미 17동이나 된다.


이는 콘크리트 구조물이 아니면 불가능했던 것이 목구조로도 구조계산이 가능했기 때문이다. 시공에 있어서도 물을 사용하지 않는 건식공법이므로 종전처럼 콘크리트가 양생되는 기간을 기다릴 필요도 없다.


공기를 크게 단축할 수 있고, 인건비도 크게 절감할 수 있으며 내장으로 목재벽면을 사용할 수 있다. 시공비도 콘크리트 대비 15%정도가 저렴하다는 보고도 있다. CLT와 같은 공학목재의 이용은 금후 저탄소 녹색성장의 탄소저장 건축기술로 크게 각광을 받을 것으로 기대한다.

이동흡 한국목조건축협회 전무  heub2575@gmail.com


국내 최초 'CLT 하우스'준공...목조건축의 시공 혁신

  
국내 최초 CLT 하우스 

 

위치: 경기 용인시 수지구 신봉동

대지면적: 597㎡

건축면적: 119.22㎡

규모: 지하 1층, 지상 2층

구조: 철근콘크리트(지하층)+CLT(벽체)+경량목구조(천장)

설계: 가와종합건축사사무소

시공: (주)스튜가목조건축연구소

수퍼-E 인증 기술자문: 캐나다우드 한국사무소

 


 

지난 5월 학술지 ‘네이처’는 유럽과 북미 시장에 번진 목조 건물 붐을 심층적으로 다뤘다. 경쟁적으로 목조 건물을 짓는데 건물 규모가 갈수록 커지고 있다는 것이다. 영국 런던에 건설 예정인 80m 규모의 초고층 건물이 대표적인 예다.

  이러한 목조건축 시장의 혁명적인 변화를 가능하게 한 것은 목자재의 혁신적인 성능 향상 덕분이다.

목질화한 세포로 이뤄진 나무는 같은 무게일 경우 강철이나 콘크리트보다도 강도가 세다. 하지만 목재는 시간이 지나고 습도에 따라 뒤틀림이 발생할 위험이 크다. 갈라지기도 한다. 이 때문에 통나무 그대로 쓴다면 문제가 될 수 있다. 전통 한옥을 생각하면 그 의미를 쉽게 알 수있다.

이 같은 목재의 단점을 극복하고 철근콘크리트 이상의 강도를 보장해준 자재가 바로 구조용집성판(CLT)이다. CLT는 수 cm 두께의 판재를 서로 90도 방향으로 붙임으로써 변형되려는 목재의 성질을 상쇄한 자재다.

CLT가 철근콘크리트의 성능을 낼 수있다면 목재는 친환경성을 장점으로 시장을 지배하는 새로운 강자로 군림할 수 있다. 철골이나 철근콘크리트의 경우 자재를 만드는 과정에서 많은 에너지가 들어간다. 에너지는 곧 이산화탄소다.

반면 목재는 나무를 베어다 적당한 크기로 잘라붙여 CLT를 만들기만 하면 된다. 목조 건축은 철근콘크리트 건물보다 사용 자재에서 발생하는 이산화탄소 양이 10분의1에 불과하다. 2014년 캐나다 노던 브리티시 컬럼비아대에 지은 30m 높이의 8층짜리 목재혁신ㆍ디자인센터는 목조로 지음으로써 400t 이상이 이산화탄소 저감 효과를 봤다.

CLT가 주목받으며 우리나라에도 최초 CLT 하우스가 올해 준공됐다.

주인공은 경기도 용인시 수지구 신봉동에 들어선 단독주택이다. 건물은 지을 때부터 화제였다. 국내 최초로 CLT를 사용했기 때문이다. 건축주가 목구조를 전공한 교수였기에 가능했다. 건축주는 전 세계에 CLT 열풍이 부는 가운데 국내에서는 접근도 못하는 현실이 안타까워 자신의 집에 직접 적용했다.

건축주의 결심에는 큰 대가가 따랐다. 시공 과정에 1년이 들어갔다. 단순 목구조로 짓는 것보다 훨씬 힘들었다. CLT 공법을 적용함으로써 설계와 시공자 외에 목재 산업 관계자들이 머리를 맞대야 했다. 구조계산이 관건이었다.

CLT는 골조와 벽체, 천장에도 시공할 수 있다. 하지만 용인 주택에는 벽체에만

 CLT를 적용했다. CLT로 경제성을 확보하는 데 한계가 있기 때문이다.


CLT로 골조를 잡으면 중목구조보다 2배 이상 시공비가 들어간다는 계산이 나왔다. 

  

CLT 사용 하우스의 특징이 외관보다 더욱 잘 드러나는 내부 

주택은 겉으로 봤을 때는 CLT 하우스란 점이 드러나지 않지만 내부로 들어가면 그 느낌이 확연히 다르다. 다만 내부에 패널을 이어붙인 흔적이 보인다. 벽체를 하나의 패널로 만들어야 하지만 국내에 아직 생산 시스템을 갖춘 공장이 없는 탓이다.

건물은 동시에 국내 두 번째로 캐나다의 ‘수퍼-E’ 인증을 받았다. ‘수퍼-E’ 프로그램은 캐나다 연방정부 천연자원부(NRCan)에 의해 개발된 저비용 고효율 에너지 주택 프로그램이다.

‘수퍼-E 하우스’는 성능에 기반을 두고 있기 때문에 설계자와 시공자가 선택할 수 있는 폭이 넓다. 비교적 쉽게 달성할 수 있는 기술표준을 따르기 때문에 상대적으로 비용이 많이 추가되지 않고도 목조건축의 성능을 한 단계 높일 수 있다. ‘수퍼-E 하우스’ 기준에 맞게 건설할 경우 현행 건축법에 맞게 시공한 목조주택보다 에너지 효율이 40% 이상 높다.

최삼영 가와종합건축사사무소 소장은 “용인 신봉동의 CLT 하우스는 목조주택의 가능성을 여러 면에서 입증한 건축물”이라며 “CLT 자재의 기능성과 캐나다 ‘수퍼-E’의 실용성이 만나 시너지 효과를 극대화했다.

시공과정에서 앞으로 해결해야 할 여러 문제점이 도출됐지만 이번 프로젝트가 CLT의 가능성과 확장성을 입증했다”고 설명했다.


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