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기본적인 경량목구조(목조주택)의 지붕 설계하기
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목구조설계 – 충남대학교 | KOCW 공개 강의

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목구조설계  - 충남대학교 | KOCW 공개 강의
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목조건축물에 있어서의 구조설계 과정과 이해 – 나무신문

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  • Most searched keywords: Whether you are looking for 목조건축물에 있어서의 구조설계 과정과 이해 – 나무신문 최근 목조 건축물에 대한 관심은 고조되고 있고 그 설계과정에서 목구조 설계의 필요성과 여러 가지 의문도 있어 이번 글을 통해 목조주택을 중심으로 … 현재 팬데믹 이후의 시대적인 변화와 기후변화의 대응을 위한 탄소 저감과 탄소 중립 과제라는 세계적인 추세에 놓여있다. 탄소 중립을 위해 국내에서도 국가 차원의 추진전략사업을 세워놓았다. 경제구조의 저탄소화, 저탄소 산업생태계 조성 외에도 장기저탄소발전전략 중 자연·생태의 탄소 흡수 기능 강화 등의 내용이 그 중심에 있다. 부문별 전략 중에서 건축물은 고에너지효율과 재생에너지를 사용 촉진하는 내용이 주목된다. 사실상 목재가 최대의 탄소저장고이므로 친환경 목조 건축물을 적극적으로 추진하는 것이 가장 효과적인 방안이라는 것에 이견이 없을전문가기고,나무신문기고,나무신문,이석,위너스BDG,목조건축물,구조설계,건축설계,목조,건축,목조산업,단독주택
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목조건축물에 있어서의 구조설계 과정과 이해 - 나무신문
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목구조의 구조설계, 육안등급에 대한 설명 문제(하중기간계수) – 건축구조 : 네이버 블로그

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목구조의 구조설계, 육안등급에 대한 설명 문제(하중기간계수) - 건축구조 : 네이버 블로그
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목 구조 설계

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목 구조 설계
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3.7 경량 목구조와 중목구조의 설계적 차이점

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37 경량 목구조와 중목구조의 설계적 차이점

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목 구조 설계

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목 구조 설계
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소규모 목조건축 내진 설계 확인서 적극 활용해야 목조건축시공 활성화 될 수 있어” – 한국목재신문

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소규모 목조건축 내진 설계 확인서 적극 활용해야 목조건축시공 활성화 될 수 있어” - 한국목재신문
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목구조 설계 – YES24

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  • Most searched keywords: Whether you are looking for 목구조 설계 – YES24 Updating 건축관계 실무자와 학자, 설계자 등에게 목구조 설계를 소개하기 위한 것으로 이 책은 목구조 설계과정의 교과서나 이 분야의 체계적인 공부를 위한 참고 서적으로 활용될 수 있을 것이다.목구조 설계,DONALD E.BREYER 저, 세화(박룡), , XX00146079,XX00146079
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목구조 설계

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 목구조 설계 - YES24
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목조건축물에 있어서의 구조설계 과정과 이해

전문가 기고 | (주)위너스BDG 이석 대표이사

이석 대표이사(주)

위너스BDG

현재 팬데믹 이후의 시대적인 변화와 기후변화의 대응을 위한 탄소 저감과 탄소 중립 과제라는 세계적인 추세에 놓여있다. 탄소 중립을 위해 국내에서도 국가 차원의 추진전략사업을 세워놓았다. 경제구조의 저탄소화, 저탄소 산업생태계 조성 외에도 장기저탄소발전전략 중 자연·생태의 탄소 흡수 기능 강화 등의 내용이 그 중심에 있다. 부문별 전략 중에서 건축물은 고에너지효율과 재생에너지를 사용 촉진하는 내용이 주목된다.

사실상 목재가 최대의 탄소저장고이므로 친환경 목조 건축물을 적극적으로 추진하는 것이 가장 효과적인 방안이라는 것에 이견이 없을 것이다.

최근 목조 건축물에 대한 관심은 고조되고 있고 그 설계과정에서 목구조 설계의 필요성과 여러 가지 의문도 있어 이번 글을 통해 목조주택을 중심으로 설계과정을 간단히 소개한다.

목조 건축물에서의 구조설계과정은 건축설계의 과정에서 건축설계자와 협업을 통해 이루어진다. 타 구조형식에 비해 크게 다르지도 않다. 다만 목조건축물의 경우는 타 구조형식과는 달리 주요 목조의 구조부가 건축물의 디자인 요소로 크게 어필하거나 건축 마감재로서의 특징이 강하다. 즉 타 건축형식과 비교할 때 우리의 한옥이나 전통건축에서 드러나는 목구조의 양식이 그러하듯 구조가 두드러진다.

구조설계는 건축물의 안전을 최우선 목표로 필요한 것이며 건축설계에 있어 매우 중요한 내용의 하나다. 이러한 점에서 구조설계과정에서 첫 번째로 설계기준을 명확히 이해하고 고려해야 할 이유이다.

국내외 각 나라마다 건축물의 구조 안전을 위한 법규정이 제정되어 있고, 건축물의 안전성, 사용성과 내구성을 확보할 수 있는 설계기준을 두고 있다.

국내에서는 건설기술과 건설산업의 진흥을 위해 국가건설기준을 통합해 설계기준(KDS, Korean Design Standard)에서 건축구조설계기준(KDS 41)을 분류 규정하고 있다. 이들 내용에는 설계하중, 기초구조, 콘크리트구조, 강구조 등 구조설계의 원칙과 절차, 구조설계법 등을 규정하고 있다.

그림-1. 국내 및 미국/캐나다 및 유럽 구조설계기준

현재는 구조물의 부재 단면력이나 응력이 설계하중 범위에 들어오도록 하는 사양설계법(Prescriptive Design)을 기본적으로 사용하고 있으나, 세계적인 추세에 따라 성능기반설계법(Performance-Based Design)으로 한 발 더 나아가고 있다. 기존의 설계개념인 사양 설계는 기준에 명시된 규정을 따라 적용이 쉬운 반면 다양한 기술의 변화에 맞추기 어려운 한계점이 있다. 이제는 건축물의 요구되는 성능 목적에 따라 설계가 가능한 성능기반설계법과 BIM환경의 전환이 필요한 시점이다.

두 번째의 설계과정에서 고려해야 할 내용은 건축물이 전적으로 부담해야 할 중력에 의한 건축마감을 포함한 자중, 사용하중 그리고 바람과 지진하중 등을 계산하고 평가하는 것이다. 이들의 하중은 건축물에 작용할 때 가장 유효한 조건으로 평가될 수 있도록 하중조합을 고려한다.

그리고 구조 Frame을 결정하는 것이다. 바닥재의 두께, 보나 기둥 등의 부재의 크기, 위치, 방향 등 그리고 부재별 결합에 방식에 의한 전체 건물구조시스템을 결정하는 것이다. 어찌 보면 건축구조설계자 자신 스스로가 가장 창의성이 돋보이는 과정이라 할 수 있다.

각자의 경험과 전문 기술적 지식수준에 따라 매우 다를 수 있다. 여러 방안들을 고민하고 결정해가는 구조계획수립 과정은 설계의 완성도와 직결된다. 이때 건축설계자와 설비기계 등의 타 부문과의 조정과 협의 과정은 필수적이다. 구조설계자마다 구조시스템과 솔루션을 찾는 것은 오로지 자신에게 달려있다.

세 번째의 과정은 결정한 구조시스템이 안전하고 합리적으로 계획되어 있는 지 구조해석을 통해 시뮬레이션하고 검증하는 것이다. 일반적으로 구조해석은 건축구조물의 전용해석 프로그램에 의한 구조시스템을 이상화해 모델링 한 후 해석하는 것이다.

매우 간단한 건축구조물의 경우는 2차원적으로 또는 단순화한 수학적 모델 계산방식에 따르기도 하나 대체로 3차원 해석을 하는 것이 정확하고 정밀한 방법이라 할 수 있다.

그러나 아무리 전문적인 구조해석 프로그램이라고 해도 주어진 모델을 매우 빠르게 계산하는 도구에 불과하므로 구조설계의 전 과정으로 이해하는 것은 매우 단편적인 생각이다. 언젠가는 아무리 복잡한 건축물이라 하더라도 매우 빠르게 연산을 하고 최적의 해답을 찾는 AI가 등장할 것이다. 그러나 구조설계과정은 수학적 모델을 해석하고 계산하는 것 이외에도, 다양한 경험과 창의적인 노력을 통해 솔루션을 찾아가는 것이므로 그의 도움을 전적으로 받기에는 아직은 이르다.

그림-2. 구조해석프로그램에 의한 구조 시뮬레이션과 해석 작업

그 다음으로 구조부재인 각 바닥재, 보, 기둥, 기초 등의 응력을 고려해 설계하는 것이다. 설계 부재의 휨모멘트, 전단력, 축력, 좌굴, 펀칭 등을 고려해 재료 강도, 배근, 부재 크기 등을 확정한다. 목구조의 경우는 사용되는 목구조의 설계용 공칭강도를 비교해 단면의 크기, 접합부의 상세 등을 결정하는 것이다.

마지막 네 번째 단계는 구조도면을 작성하는 것이다. 건축평면도, 입면도, 단면도, 상세도 외에 기초평면도, 각층 구조평면도, 구조단면도, 접합상세도 등을 작성한다. 목조 건축물의 경우 구조도면의 표현과 표기 방식은 설계자의 의도에 따라 다르게 작성되는 경우가 대부분이다.

다만 경골목과 중목 주택의 경우는 장선의 방향, 보, 벽체와 기둥, 홀다운 위치 등과 구조 부재의 두께, 크기와 간격 등이 표기된다. 이외에도 못 박기, 부재의 설계 강도, 지내력 등을 표기한다.

대단면 목구조의 경우는 일반적으로 구조평면도 외에도 부재 간 접합부의 상세 등을 작성한다. 일본식 중목구조 형식의 주택설계 시 목부재의 생산과 조립을 위한 shop도면을 건축설계도면으로 이해하는 것은 잘못된 것이다.

그림-3. 건축설계도면과 구조설계도면의 작성

여전히 목조산업계 일부에서는 건축허가 시 구조안전확인에 대한 요구와 절차, 그리고 목구조 설계 경험이 많지 않은 구조기술사로 인해 원활치 않은 설계의 조달 등의 불만과 이러한 것들이 시장침체 요인이라고 보는 시각이 존재한다. 그러나 구조기술사의 인력 부족으로 이해하는 것은 잘못된 사실이다.

포항지진이 발생된 2017년 11월 이전까지는 목조주택은 경골목 중심으로 설계와 시공이 대부분 이루어졌다. 건축허가 시 정상적인 구조설계가 불필요했고 관습적인 현장 중심의 구조가 고려되고 시공된 것이 사실이다.

따라서 다양한 구조형식의 건축물 중에서 유독 목구조 건축물을 공학적이고 체계적으로 설계할 대상은 매우 적었다. 그러나 주택의 경우에도 내진검토와 설계를 의무화하고 소규모건축물기준의 개정된 목구조 기준안을 따르게 함으로써, 비로소 주택의 경우도 주거안전을 담보로 하는 구조설계기준이 마련된 셈이다.

더욱이 최근 단독주택의 경우는 건축주의 다양한 설계디자인이 요구된다. 따라서 비대칭적인 평면구성과 전이적 요소, 창호의 크기, 외벽의 마감재 등을 고려하면 현행 소규모건축물구조기준에 따라 내진구조안전확인서를 작성할 수 있는 대상은 많지 않다. 목조건축물을 바라보는 목조산업계의 인식전환도 매우 필요하다.

앞으로 목구조설계에 대한 바른 이해와 인식전환, 발주방식과 제도의 개선, 목구조기술의 독창적인 연구개발 그리고 목구조설계 전문가의 양성 등을 통해 더욱 목조산업계의 발전이 이루어질 것으로 기대한다.

이석

(주)위너스BDG 대표이사 건축구조기술사/건축공학석사. ㈜서울건축(SAC)과 ㈜삼성물산 건설부문에서 건축구조설계업무와 Senior Master로서 해외프로젝트 구조 PM 업무 등을 수행했다. 현재 ㈜위너스BDG의 전략사업 분야인 PC 및 Massive Timber기술 분야의 설계와 Smart Prefab System 기술개발에 주력하고 있다. [email protected]

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목구조의 구조설계, 육안등급에 대한 설명 문제(하중기간계수) – 건축구조

1. 목구조의 구조설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 목구조설계 하중조합에서 지진하중을 고려할 때, 지진하중의 계수는 1.4이다.

② 건물외주벽체 및 주요 칸막이벽 등 구조내력상 중요한 부분의 기초는 가능한 한 연속기초로 한다.

③ 침엽수구조재의 건조상태 구분에서 함수율이 19 %를 초과하는 경우는 생재로 분류한다.

④ 목구조 기둥의 세장비는 50을 초과하지 않도록 하며, 시공중 에는 75를 초과하지 않도록 한다.

2. 건축구조기준(KBC2009)에 따라 목구조를 설계할 때, 옳은 것은?

① 휨부재의 처짐 산정 시 보의 최대처짐은 활하중만 고려할 때에는 부재길이의 1/240, 활하중과 고정하중을 함께 고려할때에는 1/360보다 작아야 한다.

② 모든 목재가 1등급인 침엽수 육안등급구조재의 기준허용휨응력의크기는 낙엽송류 > 소나무류 > 삼나무류 > 잣나무류 순이다.

③ 가설구조물이 아닌 경우 고정하중, 활하중, 지진하중, 시공하중등의 설계하중 중에서, 설계허용휨응력의 보정계수 중 하나인 하중기간계수 CD값이 가장 큰 것은 지진하중이다.

④ 목재의 기준탄성계수 E로부터 설계탄성계수 E’를 결정하기 위해 적용가능한 보정계수에는 습윤계수 CM, 온도계수 Ct,치수계수 CF, 부피계수 CV 등이 있다.

3. 목재의 기준허용응력 보정을 위한 하중기간계수 CD가 1.25인 하중은?

① 풍하중

② 시공하중

③ 적설하중

④ 충격하중

4. 목구조의 구조계획에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 가새는 골조의 스팬방향과 도리방향에 균형을 이루도록 배치한다.

② 가새는 그 단부를 구조내력상 중요한 세로재와 접합한다.

③ 주각을 직접 기초 위에 설치하는 경우에는 철물로 긴결한다.

④ 단일기둥은 원칙적으로 이음을 피한다.

5. 목구조 휨부재의 설계에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 휨부재의 따냄은 가능한 한 피하며, 특히 부재의 인장측에서의 따냄을 피한다.

② 따냄깊이가 보 춤의 1/6 그리고 따냄길이가 보 춤의 1/3 이하인 경우, 휨부재의 강성에는 영향이 없는 것으로 한다.

③ 단순보의 경간은 양지점의 안쪽측면거리에 각 지점에서 필요한 지압길이의 1/3을 더한 값으로 한다.

④ 보안정계수는 휨하중을 받는 보가 횡방향변위를 일으킬 가능성을 고려한 보정계수이다.

6. 다음의 설계하중 중에서 목재의 설계허용응력의 보정계수 중 하중기간계수 CD가 가장 큰 것은?

① 고정하중

② 활하중

③ 시공하중

④ 적설하중

7. 목재의 강도에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 압축강도의 경우 섬유방향에 평행한 방향의 강도가 섬유방향에 직각인 방향의 강도보다 크다.

② 육안등급 구조재는 각 재종별로 규정된 등급별 품질기준에 따라 1 ~ 5등급으로 구분하여 기준허용응력을 정하고 있다.

③ 목재의 함수율이 섬유 포화점 이상일 경우 함수율이 증가 하더라도 강도에는 변화가 거의 없다.

④ 인장강도의 경우 동일 수종에서 변재의 강도보다 심재의 강도가 크다.

8. 목구조의 구조계획에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?

① 고정하중, 활하중, 적설하중 등의 수직하중을 가능한 한 균등하게 분산하며, 안전성을 확보할 수 있도록 기둥-보의 골조 또는 벽체를 배치한다.

② 벽체는 상하벽이 가능한 한 일치하도록 배치하며, 수직하중이 국부적으로 작용하는 경우 편심을 고려하여 설계한다.

③ 골조 또는 벽체 등의 수평저항요소에 수평력을 적절히 전달 하기 위하여 벽체가 일체화된 격막구조가 되도록 한다.

④ 각 골조 및 벽체는 되도록 균등하게 하중을 분담하도록 배치 하며, 불균일하게 배치한 경우에는 평면적으로 가능한 한 일체가 되도록 하고, 뒤틀림의 영향을 고려한다.

1. 정답 ① 목구조설계 하중조합에서 지진하중을 고려할 때, 지진하중의 계수는 1.6 이다.

2. 정답 ③ 가설구조물이 아닌 경우 고정하중, 활하중, 지진하중, 시공하중등의 설계하중 중에서, 설계허용휨응력의 보정계수 중 하나인 하중기간계수 CD값이 가장 큰 것은 지진하중이다.

① 휨부재의 처짐 산정 시 보의 최대처짐은 활하중만 고려할 때에는 부재길이의 1/240, 활하중과 고정하중을 함께 고려할때에는 1/360보다 작아야 한다.

② 모든 목재가 1등급인 침엽수 육안등급구조재의 기준허용휨응력의크기는 낙엽송류 > 소나무류 > 잣나무류 > 삼나무류 순이다.

④ 목재의 기준허용응력 F로부터 설계허용응력 F’를 결정하기 위해 적용가능한 보정계수에는 습윤계수 CM, 온도계수 Ct,치수계수 CF, 부피계수 CV 등이 있다.

3. 정답 ② 시공하중

4. 정답 ② 가새는 그 단부를 구조내력상 중요한 가로재 와 접합한다.

5. 정답 ③ 단순보의 경간은 양지점의 안쪽측면거리에 각 지점에서 필요한 지압길이의 1/2 을 더한 값으로 한다.

6. 정답 ③ 시공하중

7. 정답 ② 1종구조재(규격재), 2종구조재(보재) 및 3종구조재(기둥재)로 구분

8. 정답 ③ 골조 또는 벽체 등의 수평저항요소에 수평력을 적절히 전달 하기 위하여 벽체가 일체화된 격막판 구조가 되도록 한다.

하중과 하중조합

(1) 응력과 변형 계산에 적용하는 하중의 종류 및 크기는 KDS 41 10 15에서 정한 규정에 따른다.

(2) 목구조설계에서는 다음의 네 가지 하중조합을 고려하여 위험하중조합을 결정한다.

3.7 경량 목구조와 중목구조의 설계적 차이점

제목 : 전원주택 집짓기 궁금증 100가지

-홈트리오 건축가 3인방이 전하는 집짓기 입문 필독서-

저자 : 이동혁, 임성재, 정다운

PART 3. 건축 설계와 관련된 궁금증

3.7 경량 목구조와 중목구조의 설계적 차이점

같은 목조주택이라 하더라도 ‘경량목구조’와 ‘중목구조’는 완전히 다른 공법이라 볼 수 있습니다.

같은 나무로 지으니 비슷할 거라 생각들 하지만 그냥 완전히 다른 구조체의 시공방법이라 생각하는 것이 맞습니다.

경량목구조는 미국식 주택 공법입니다. 캐나다나 유럽 등지에도 사용되고 있지만 현재 한국에 들어와 발전된 기술들을 보면 미국 주택의 기본 바탕을 벤치마킹에 발전시킨 부분들이 많습니다.

2*6의 구조목을 40cm 스터드 간격으로 촘촘히 세운 뒤 하나의 유기적인 관계로 얽히며 구조성능을 발휘하는 공법입니다. 내진에 강하고 스터드 사이에 중단열 공법이 자연스럽게 적용되기 때문에 단열에 뛰어난 성능을 발휘합니다.

가변적인 부분을 가져갈 수 있으며, 실내 부분에서 디자인적 목공 작업이 수월한 장점을 가지고 있습니다.

다만 구조재의 한계상 5m 이상의 공간을 만들어 내기 힘들며, 목재가 마감재 안으로 들어가 뼈대 역할만 하기 때문에 목재가 겉으로 드러나는 ‘미’적인 부분은 거의 존재하지 않습니다.

일반인들이 보면 목조주택인지 철근콘크리트 주택인지 알기는 어렵습니다.

중목구조는 일본식 주택 공법에서 많이 차용되어왔습니다. 일본은 경량 목구조보다 중목구조가 일반적입니다. 단열보다는 내진적인 구조성능에 가장 큰 무게중심을 두고 있어 그렇습니다.

중목구조는 쉽게 생각해서 한옥을 머릿속에 떠올리면 이해가 편합니다. 경량 목구조처럼 살을 많이 대는 것이 아니라 각 모서리에 큰 기둥을 세워 보를 올려 집 형태를 잡는 것이라 생각하시면 됩니다.

좀 더 전문적으로 들어가면 머리 아프니 딱 한옥 생각하시면 깔끔합니다. 중목구조의 골조목은 공장에서 제작되어 현장에서 조립하는 형태로 진행됩니다. 부재가 크기 때문에 현장에서 가공은 불가능합니다. 그렇기 때문에 오차범위가 없으며, 정해진 사이즈대로 정확히 시공이 가능합니다.

기둥과 보가 겉에 드러나는 형태이며, 인테리어적으로 매우 뛰어난 ‘미’를 자랑합니다. 경량 목구조와는 다르게 5m를 넘어서도 공간을 만들어 낼 수 있습니다.

다만 상대적으로 단열성이 떨어지며, 두꺼운 목재를 사용해야 하기 때문에 자재 가격이 상당히 높습니다. 경량 목구조와 비교한다면 평당 가격으로 시공비가 평당 200만 원 이상 차이가 발생합니다.

중목구조는 다른 어떠한 특징보다는 한국에서는 ‘미’적인 부분 때문에 사용한다고 보는 것이 맞습니다. 이미 다른 장점들은 타 공법들이 보유하고 있기 때문에 중목구조를 사용하는데 단열이나 공간감 같은 것 때문에 사용한다는 것은 맞지 않는 말입니다.

대공간이 필요하다면 콘크리트, 단열성이 필요하다면 경량 목구조, 부재의 ‘미’적인 부분이 필요하다면 중목구조. 이렇게 보는 것이 맞습니다.

경량 목구조와 중목구조의 공간 설계는 그 시작점부터 완전히 다릅니다. 설계 다 해 놓고 공법 고르시겠다고 하시는 분들이 계신데요. 그러한 방법은 없습니다. 무조건 공법이 최우선. 그리고 그것에 맞게 구조와 공간을 설계해야 합니다.

각 공법마다 공간의 스케일과 부재를 놓는 방법, 내진성능의 구조계산방법, 마지막으로 설비에 대한 라인 잡는 법이 완전히 다르므로 꼭 공법은 선정 후 설계를 진행하시기 바랍니다.

목구조를 설계하고 시공할 때 초보자와 전문가의 차이점을 가르는 부위가 바로 설비입니다. 목구조를 설계해 보지 않은 건축가가 가장 많이 실수하는 것이 설비 배관적인 부분인데요. 말도 안 되게 벽 배관으로 해 놓는다던지, 아니면 화장실의 위치를 층별로 다르게 해 놓고 어떻게 설비 라인을 정리할지 안 그려놓았다던지 등을 본다면 바로 티가 납니다.

초보 건축가들이 항상 하는 말이 있는데요.

“아 그런 것은 시공사랑 협의하시면 되세요.”

네, 말도 안 되는 말이죠. 설비 배관과 어떻게 구조체를 지나가는지 단면도 그려주셔야 합니다. 아니면 현장에서 부재를 뚫고 가는 말도 안 되는 상황이 벌어집니다.

혹 위와 같이 말하는 건축가가 있었다? 네, 초보이거나 목구조에 대한 이해도가 떨어지는 사람일 것입니다.

(좌측부터) 이동혁 건축가, 정다운 건축가, 임성재 건축가

[집이라는 본질적인 가치에 집중하다.]

Architecture Team : 홈트리오(주)

대표번호 : 1522-4279

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