매스팀버 건축물의 3가지 혁신 > 목재소식

시애틀의 인력 주택 프로젝트인 하트우드의 바닥, 보 및 기둥 연결 세부 사항을 모형화한 모습.

매스팀버 디자인에 있어서 지난 10년을 되돌아보면, 건축자재로서의 매스팀버와 구조용집성판(CLT)가 많은 발전을 이루어 온것은 분명하다.

2014년에 설계되어 2017년에 완공된 87,500sf 디자인 빌딩은 미국 최초의 매스팀버 건물 중 하나로 CLT 중력 및 측면 시스템과 최첨단 콘크리트-CLT 복합 바닥 시스템을 갖춰 매스팀버의 가능성을 입증했다.


획기적인 UMASS 프로젝트가 10년 전에 시작된 이후로, 1,000개 이상의 매스팀버 건물이 계획되었고 수백 개가 건설 프로젝트로 실현됐다. 우드웍스(WoodWork)의 우드이노베이션네트워크(WIN)에 따르면, 10년 전 미국에는 건물 등급의 CLT 제조 공장이 없었고 북미에만 소수의 CLT 제조 공장이 존재했다고 밝혔다. 오늘날, 북미에는 12개 이상의 CLT 제조 공장이 있으며, 유럽의 모든 주요 CLT 생산자들이 이 지역에 진출해 있다.

규모나 크기에서 강철 또는 콘크리트 건물을 대체할 수 있는 매스팀버 건물의 안전성, 신뢰성 및 내구성은 대형 사무실 건물및 주택 프로젝트에서 여러 번 입증됐다. 이는 종종 8x40피트 이상의 대형 CLT 빌트 생산에 내재된 효율성을 충족시키는 반복 요소와 모듈을 갖춘 건물 유형이다.

파예트빌 아칸소 대학에 있는 LWA 설계의 아도히 홀은 2019년 완공 당시 미국 최대 CLT 빌딩이라는 특징을 훨씬 뛰어넘은 건축물이다. 이렇듯 초기 수십 년 동안 대부분의 프로젝트에서 매스팀버는 다음과 같은 세 가지 공통적인 세부 사항을 가지고 있다:


아칸소 대학교 아도히 홀의 ‘캐빈’ 커뮤니티 룸.

- 글루램과 보의 기둥과 기둥-보 구조가 결합된 매스팀버 바닥 패널

- 진동 및 음향 제어를 위해 매스팀버 바닥 패널 위에 얇은 음향 매트가 있는 콘크리트 또는 기타 ‘wet’ 토핑

- 기둥과 보의 연결을 위한 금속 구조재

이 세 가지 공통 구성 요소는 매스팀버 건물에 필요한 건축 및 구조적 조건의 대부분을 해결하고 있다. 매스팀버가 ‘공통적인’ 프로젝트의 첫 10년을 기점으로 점점 발전함에 따라 더 다양한 매스팀버 솔루션을 탐구하고 있는 상황이다. 세 가지 주요 예는 다음과 같다.


1) 매스팀버-철강 하이브리드 구조의 부상

미국 전역에서 우리는 더 많은 철골 및 CLT 플로어 패널 하이브리드 구조 시스템을 볼 수 있다. 이 접근 방식은 특히 30x30 피트 스틸 오피스 그리드와 같은 많이 검증된 건물 유형에서 공통적인 기둥 그리드와보 깊이를 유지한다.

복합 금속 데크와 콘크리트 바닥 대신 CLT 바닥 패널(wet 토핑 적용됨)을 사용하면 탄소 격리에 중요한 목재 섬유를 최대한 사용할 수 있다. 적절하게 설계하면 목제 플로어 패널의 아래쪽을 노출시켜 미적 사항을 고려할 수 있다.

매스팀버-강철 하이브리드 구조는 건물 유형이나 비용이 책정된 프로젝트에서 해결책이 되고 있다. 텍사스주 오스틴의 ‘901 이스트 식스’, 펜실베이니아 주립대학의 ‘엔지니어링 웨스트 2 빌딩’과 같은 프로젝트들이 매스팀버와 강철의 상호 교환성을 보여주는 대표적인 예이다.

 
2) 강철 보강의 필요성 줄인 매스팀버 건물

매스팀버 건물에서 강철을 대폭 제한하거나 제거하는 연결을 설명하는 혁신적인 방법들이 연구되고 있다. 여전히 비용이 많이 들지만 강철 보강이 없는 목재 구조의 해결 책은 2013년에 완성된 스위스 취리히에 있는 ‘타메디아 오피스 빌딩’과 같은 프로젝트 에서 볼 수 있다. 하지만 2023년에 완공된 시애틀의 하트우드(Heartwood)라는 주택 프로젝트는 아틀리에존(Atelierjones)이 설계하고 팀버랩(Timberlab)이 상세히 기술한 것으로 비용 효율적인 매스팀버 적용의 가능성을 보여준다. 이 팀의 설계는 매스팀버 건물의 비싼 구성 요소인 강철 커넥터를 제거하여 탄소 발자국이 적은 다양한 구조물에 적용할 수 있다.


3) 매스팀버 바닥 패널의 양방향 스팬 기능 활용

CLT 및 MPP(질량 합판 패널)와 같은 매스팀버 바닥 패널 유형의 고유한 양방향 스팬 기능을 최대화하려는 노력이 증가하고 있는데 이러한 접근법의 초기 예는 브리티시 컬럼비아 대학의 ‘블록 커먼즈 톨 우드 하우스’이다.

완공 당시 18층 건물에서 가장 높은 목조건축물로 가장 잘 알려져 있었지만, 매우 반복적이고 간격이 좁은 CLT 패널의 독특한 시스템도 특징적이다. CLT 패널 폭의 생산능력을 고려하면 기둥 간격은 약 9피트 폭으로 제한되었고, 그 결과 매우 간격이 좁은 기둥이 생겼다.

그러나 특히 Timber Systems3에 의한 유럽의 접착 기술에 관한 최첨단 연구는 훨씬 긴 스팬과 매스팀버 가능성의 진정한 실현을 가능하게 하고, 혁명적이고 다용도의 플랫 슬래브 철근 콘크리트를 내력 기둥으로 복제하는 것을 가능하게 하고 있다.

이 가능성에 관심을 가지고 우리는 오번 대학교의 ‘KPNC 환경교육센터’ 프로젝트에서 CLT의 포인트 지원된 양방향 스팬 능력을 탐구하고 있다. 그래서 우리는 보가 없는 집성 기둥에 CLT 패널을 캔틸레버(한쪽만 지지되고 한쪽 끝은 돌출되게)하여 아래 보의 시각적 장벽이 없이 평평한 슬래브 덩어리 목재 지붕의 효과를 극대화하고 외부 산림 보호구역과의 내부 공간 연결을 용이하게 할 수 있다.

종합적으로 말하면 이 세 가지 접근법은 매스팀버의 교환성, 비용 효율성, 공간적 범용성을 보여준다. 그 목적은 들보와 기둥에 의해 지지되는 일방향 바닥 스팬의 기존 사용을 넘어 대규모 목재 구조를 확장하는 것에 있다.

출처 : 한국목재신문(https://www.woodkorea.co.kr)