인문학적 목조주택 3. 형태는 기능을 따른다.

기능은 형태에 우선한다. "Form follows function"이 원문입니다. 이 표현은 미국의 유명한 건축가 루이스 설리반(Louis Sullivan)의 말로, 디자인에서 형태는 그 기능에 맞게 결정되어야 한다는 개념을 담고 있습니다.

팀버프레임 목수로써 건물을 설계하다 보면 똑같은 형태의 건물이라도 여러 종류의 프레임을 설계할 수 있습니다.  비슷한 단면을 가진 축조를 보았을 때 한옥의 형태의 단순성에 비하여 훨씬 더 많은 종류의 프레임 구조의 선택이 가능합니다.

동일한 건축 단면에서 보더라도 대략 위와 같이 여러가지 형태 외에도 더 많은 형태로 디자인 할 수 있습니다. 물론 각 종류 마다 상세에 있어 또 여러가지 형태로 분화 할 수 있어 수십 수백 가지의 형태로 설계가 가능합니다.  

프레임을 설계하는 데 있어서 장엄하고 웅장한 프레임을 표현하려고 천정고를 높이고 굵은 부재를 사용하고 다소 복잡하게 보이는 프레임을 설계하는 경우도 있습니다.  하지만  반면에 불필요한 부재를 다 정리하여 꼭 필요한 부재만 남기는 경우도 있습니다.  선택은 건축물의 용도에 맞추어 그때 그때 사정에 맞게 설계를 하게 되는 데 그때 다양한 옵션의 선택이 가능한 것은 큰 장점이기도 합니다. 물론 구조적으로 안정적인 한에서 말입니다. 

그런데 여기서 장식적 요소를 가미한 프레임과 미니멀한 프레임을 완성 후 비교하게 되면 오히려 미니멀한 프레임의 완성도가 더 높은 것을 종종 경험 하게 됩니다. 

아무래도 설계는 최종 완성 전까지는 영감과 상상의 영역이기 때문에 어떤 프레임으로 정 할지는 심사숙고 하게 마련입니다. 그런 절체절명의  순간에 항상 염두에 두는 문구는 기능은 형태에 우선한다는 말입니다. 어차피 외형의 최종 형태는 같을 지라도 한번 더 숙고하게 만듭니다.

적절한 예가 될지는 모르겠습니다.

1. 플레어 지붕(Flare Roof)

중세 유럽 프레임의 지붕형태를 보면 지붕 끝단에서 플레어로 장식된 모습을 종종 볼 수 있습니다. 어떤 지붕은 직선적으로 또 어떤 지붕은 곡선적으로 벌어진 이 플레어는 높은각의 지붕과 맞물려 무척 이색적인 모습을 연출합니다.  그런데 이런 플레어는 단순히 장식을 위하여 디자인된 것일까요?  아니면 무슨 다른 용도가 있을 까요.  

중세 유럽의 건축물에서 볼 수 있는 지붕 끝단의 플레어(flare)는 단순한 장식 이전에 구조적 기능을 위한  수단이였습니다.  

플레어된 지붕 끝단은 빗물을 더 효과적으로 멀리 흘려보내는 역할을 합니다. 중세 유럽에서는 비가 많이 오는 지역이 많았기 때문에, 플레어된 지붕은 물이 벽을 타고 흘러내리지 않도록 도와 건물을 보호하는 역할을 했습니다.  같은 이유로 눈과 바람에 대한 보호역활을 하는데, 눈이 쌓였을 때 지붕 끝에서 자연스럽게 눈이 떨어지도록 돕고, 강한 바람에 대한 저항력을 제공했습니다. 곡선형의 플레어는 바람의 흐름을 분산시켜 지붕의 손상을 줄이는 데 도움을 주었습니다. 또 중세 건축에서 높은 지붕은 공간을 확장하고 토지 이용을 극대화하는 데 중요한 역할을 했지만, 이러한 높은 경사는 균형 잡힌 건축미를 완성하기 어려웠습니다. 플레어는 시각적으로 부드럽고 우아한 곡선을 형성하여 높은 지붕의 경직된 느낌을 완화하는 동시에, 건축물의 외관에 독특한 아름다움을 더했습니다.

그런데 이러한 플레어는 단순히 미적인 요소와 위에서 말한 부차적 이유 외에 건축 구조와 관련된 중요한 요소가 숨겨져 있습니다.

 서까래 하단과 보의 연결. DER ZIMMERPOLIER , FRITZ CRESS 저. 에서 발췌

지붕구조에서  마주보는 서까래(Rafter)는 하단의 대들보(Tie)와 연결하여 트러스를 형성합니다. 이 때 지붕경사를 따라 흐르는 하중은 수직하중과 수평하중으로 나누어 볼 수 있습니다.  수직하중은 압축력 형태로  기둥에 전달 되지만  벌어지려고 하는 수평하중은 대들보 부재의 인장력으로 잡아주게 됩니다.  이때 적당한 장부로 턱을 만들어 수평방향으로 슬라이딩하지 않게 합니다. 

그런데 보 부재를 벽선 에 마추려 하다보면  사진 321 번과 같은 실패를 고려해야 합니다.  따라서 장부 턱은 기둥 근처에 위치시키는 것이 구조적으로 유리합니다.  그렇게 되면 일반적으로 보 부재가 벽선을 넘어가게 됩니다.

지붕틀은 아래의 형태를 보면 아래와 같습니다. 

DER ZIMMERPOLIER , FRITZ CRESS 저. 에서 발췌

309번 도면을 보면 아무런 동자기둥 없이  서까래와  대들보(Tie Beam)으로만 삼각형 트러스를 이루게 됩니다. 보통 린스트럭쳐( Lean Structure: 맞대기 구조 ) 라고 불리는 데 경량 목구조에서 많이 볼수있는 형식의 프레임입니다.  이 경우 서까래 하단에서 받는 하중은 수직하중 과 수평하중으로 분리시켜 볼 수 있는 데 지붕각이 낮을 수록 수평하중이 커지고 지붕각이 높아지면 그 반대로 수직하중이 커지게 됩니다.  위 도면은 비교적 작은 규모의 지붕이라 (추정컨데 농가의 창고 주택) 이지만 몇개층이 지붕에 적층된 구조라면 더 큰 하중을 받게 되겠지요 물론 하중을 보조하는 부재들이 통상적으로 추가되겠지만, 아무튼 대들보는 벽선 외부까지 뻗게 됩니다. 그 이유는  서까래가 설하중 등으로 하중이 증가되면 서까래 하단의 장부가 밖으로 밀리게 되는 데 아무래도 목재의 살밥이 많이 남아있어야 목재가 밀려 쪼개지지 않고 그 하중을 감당 할 수 있게 되기 때문입니다. 또 그런 이유로 지붕의 경사가 높은 것이 하중을 감당하기에 유리해 집니다. 

따라서 서까래 하단의 연결에서 수평부재인 대들보, 타이빔은 서까래와 끝단에서 결합시키지 않고 더 길게 뻗어가게 하고 그 안쪽에서 결합하며 하중을 받는 기동은 결합부 아래에 위치시켜 하중을 전달받개 용이하게 설계합니다. 이후 이런 저런 이유로 벽선 외부까지 돌출된 대들보와 그 안쪽으로 연결된 서까래의 자연스런 연결을 위하여 삼각형의 부재를 덛붙여 플레어를 만듭니다. 

그러게 되면 결과적으로 지붕 하단이 치마처럼 살짝 벌어진 형태가 만들어지게 됩니다.

결론적으로 중세유럽에서 나타나는 플레어 곡선은 형태의 미적요소가 우선이 아니라 기능적인 면을 충족하기 위한 디자인의 결과 입니다.

Form Follows Function.

DER ZIMMERPOLIER , FRITZ CRESS 저. 에서 발췌

이것이 기능이 형태에 우선한다는 명제에 적절한 예인지는 잘 모르겠습니다. 

모던 팀버프레임의 마이스터 테드벤슨은 ( Tedd Benson ) 그의 저서(Timberframe Home, Taunton)에서 말하길 '구조적으로 안정된 프레임은 미적으로도 아름답다.' 라고 하였습니다.  팀버프레임 설계에서 항상 회자되는 격언인데 뭔가 새로운 형태의 프레임을 디자인 할때 첫번째로 머릿속에 담아두는 격언입니다. 그래서 특징적으로 고유한 형태의 프레임을 보면 그 형태 너머에 있는 존재하는 반드시 필요한 장치 라든가  여러가지 기능을 살펴보게 됩니다.

존재하는 것은 이유가 있는 법,  그렇게 이해가 가능해지면  설계시 엔지니어링을 고려할 때 다각도로 많은 생각과 고민을 하게하고 많은 도움을 받게 됩니다.  

호기심과 관찰력 그리고 감수성이 디테일을 만듭니다.

이 비슷한 예가 우리 전통 건축에도 있습니다.