중목구조 팀버프레임의 결구법: 스카프조인트 2제

스카프 조인트 2제

팀버프레임 중목구조에서 사용되는 결구법은 수십종으로 아주 다양합니다.
팀버프레임에 사용되는 조이너리는 대체로 크게 세가지 유형으로 나뉘어집니다.
첫째 압축력에 대응하는 결구,
둘째 인장력에 대응하는 결구,
그리고 전단력에 대응하는 결구가 그것입니다.

이번에 소개하는 조이너리는 스카프조이트로 세번째 전단력에 대응하는 결구법입니다.
두 부재를 길이 방향으로 이어서 하나의 긴 부재를 만들어줍니다.
이론적으로는 이렇한 연결로 목재를 무한대 길이의 부재로 만들 수 있습니다.

이번 프로젝트에서는 주택을 가로지르는 두개의 긴 미드플레이트가 필요했습니다.
주택의 길이가 25미터에 달하므로 25미터 플러스 알파의 길이의 부재가 필요합니다. 이상적으로는 단일 부재로 만들어지는 것이 가장 좋겠지만 현실 적으로 목재의 구득, 제재, 운반을 고려하면 불가능하며 또 그럴 이유도 없습니다. 그래서 길이 7~8 미터 가량의 목재를 3개씩 이어 약 25미터 길이의 긴 플레이트로 만들어야 했습니다.

이럴 경우 사용하는 것이 스카프 조인트입니다. 전통 결구법의 용어로는 보통 이음이라고 합니다. 전통 한옥에서는 통상 기둥머리 위에서 사괘맞춤으로 도리부재가 계속 이어나가게 됩니다. 그에 따라 한옥에서는 이러한 이음에 의한 부재의 연장은 드다지 많이 쓰이지 않습니다.

그래서 전통건축에서는 일반적으로 기둥 사이 즉 칸의 너비 또는 길이에 맞는 나무를 구해 사용하고 거꾸로 그 길이에 맞추어 칸을 설계합니다. 따라서 궂이 길이를 연장하면서까지 목재의 길이를 연결할 필요가 거의 없습니다. 건물의 길이를 늘이고 싶으면 칸을 늘리면 되기 때문입니다.

어쨌든 결과적으로 전통 건축에서 사용되는 이음의 종류는 서양의 팀버프레임이나 이웃나라 일본에 비하여 그다지 많지 않습니다. 하지만 일본에서는 토대나 도리 등에 주로 사용하는 기법입니다.

스카프 조인트는 두개의 부재를 나무결과 평행방향으로 연결시키는 연결 수법으로 두개의 부재를 하나의 긴 부재로 만들 때 사용합니다.

스카프 조인트의 종류

팀버프레임 중목구조에 있어서 스카프조인트의 종류는 아주 다양합니다.  일반적으로 스카프 조인트는 형상이 복잡할 수록 단단한 결합을 만들 수 있다고들 합니다. 실제로 잘 짜여진 스카프 조인트의 강도는 생각보다 훨씬 강합니다.

그래서 그런지 스카프조인트는 목수들의 기술과 정성을 가늠하는 척도가 되기도 합니다. 정교하게 다듬어진 연결을 보면 장인의 정신을 느낄 수 있습니다.

이번 프로젝트에서는 두가지 스카프 조인트가 사용되었습니다.
스탑 블레이드 조인트와 하프 브리들 조인트입니다.

스탑블레이드 조인트는 전통 결구법으로 보면 맞물림 이음의 변형입니다.
앞서 말씀드린대로 우리나라에서는 도리재가 기둥위에서 서로 연결되기 때문에 이런 이음법은 많이 발달하지 않았습니다. 반면 서양이나 일본에서는 토대나 도리, 플레이트 등에 자주 쓰이는 연결법입니다. 그 중에 스탑블레이드 조인트는 일본에서 많이 사용되는 형식입니다. 연결된 두 부재를 동일하게 다듬은 후 서로 뒤집어 이어붙이게 됩니다.

결합된 후 상하 좌우 변형을 버틸 수 있게 가로 세로 방향으로 홈과 턱을 만들어 넣습니다. 그리고 두 부재를 결합할 때 서로 마주보는 두개의 웻지( 쐬기 ) 를 사용하여 결합 합니다. 두 부재를 포개어 연결한 후 웻지를 양쪽에서 박아 넣으면 부재가 자연스럽게 길이 방향으로 밀려나 미리 만들어진 장부마춤 홈과 촉에 끼워지게 됩니다.

좌우로 사용된 조인트, 목재의 깊이가 깊으면 촉을 두개,세개 추가로 만들어 전단응력을 높입니다.

이 장부 마춤은 조인트 중간에 삽입된 웻지를 빼내기전에는 물리적으로 상하 좌우 방향으로 빠져나올 수 없도록 고안된 결합법입니다.  통상적인 이음의 방향은 상부와 하부로 나뉘어지지만 경우에 따라서는 이음의 방향이 좌우 측면으로 결합되는 경우도 있습니다. 이 경우는 목재의 폭에 비하여 깊이가 깊은 부재를 사용하는 경우이며 높은 전단응력을 필요로하는 경우 에 사용하게 됩니다. 스카프 조인트 중 가장 강한 결합력을 가지는 대표적인 결구법입니다. 난이도 역시 나름 높은 편입니다.

하프 브리들 스카프 조인트
[ Half and Bridled Scarf Joint ]

하프 브리들 조인트는 보통 기둥 바로 위에서 부재를 연결시키는 경우  주로 사용합니다.  부재 상부와 하부에 모티스와 테넌이 역시 각각 대칭으로 동일 설계되며  한쪽을 뒤집어 결합 시킨 후 양쪽의 테넌을 모티스에 넣은 다음 오크 팩으로 결합을 완성시킵니다.

연결부에서 좌우방향으로는 모티스와 테넌이 지지해 주며 상하 방향으로는 한쌍의 팩이 그 역활을 합니다. 좌우 방향으로는 모티스엔 테넌이 완벽하게 지지하지만 상하 방향으로는 순수하게 팩으로 지지해야 하기 때문에 다른 종류의 스카프 조인트에 비해 비교적 약한 연결로 봅니다.

하지만 이 조인트는 기둥머리에 조이너리가 위치한다든지 하여 상하방향으로의 전단응력이 필요 없을때 주로 사용하고 있습니다. 다만 이 경우에도  조이너리 부재의 할렬을 방지하기 위해 기둥 머리에서 일정 면적의 지지 공간( Bearing Space) 을 주는 방향으로 조이너리를 설계합니다. 

사진에서는 양쪽 테넌에 넣는 팩이 보이지 않는 데 이것은 프레임 바깥쪽에서부터 팩을 사용하기 때문에  안쪽에서는 팩이 없는 듯 보입니다.

이상 스카프 조이너리 2제를 설명 드렸습니다.
설명 드린 대로 스카프조인트의 종류는 여러가지가 있으며 그때그때 상황을 봐가며 설계와 치목을 합니다. 마침 최근 프로젝트에 두 가지 스카프조인트가 사용되어 사진과 함께 설명 하였습니다.

https://youtu.be/V4bXM7zVfjs