KBC 0802 재료 및 허용응력

0802 재료 및 허용응력
0802.1 구조용목재
0802.1.1 재종 및 등급
0802.1.1.1 재종과 0802.1.1.2 등급
구조용 목재의 재종과 치수는 KS F 3020(침엽수구조용재)에 따른다고 명시되어있다.
(1) 육안등급구조재(Visually Stess-Graded Lumber): 1종, 2종 및 3종구조재로 분류되며 또한 각각의 종에서 1등급, 2등급, 3등급으로 구분된다. 캐나다는 Light Framing(경골목구조), Beam & Stringer와 Post & Timber로 구분하며, 주로 SS(Select Structural), No.1, No.2,와 No.3(or Stud)로 구분한다. 북미에서 가장 많이 사용되는 재종이며 등급이다.
(2) 기계등급구조재(Machine Stress-Rated & Machine Evaluated Lumber): E7, E9, E11, E13, E15로 구분된다. BC에서는 기계등급구조재가 일반 주택, 타운하우스, 저층 목조 아파트 시공에서 잘 사용되지 않고 있다.

0802.1.1.3 건조상태구분: KBC에서는 목재의 수분함량에 따라, 건조재는 KD15(15%이하)와 KD18(18%이하) 그리고 생재는 G 18%초과로 구분하고 있다. 캐나다와 미국은 다음의 표와 같다.(출처: Design of Wood Structures 6th edition, Donald E, Beyer, 이하 이 참고서의 출처는 Desing of Wood Structures라고 하겠다.)
MC는 Moist Content, S-GRN는 Surfaced Green, S-DRY는 Surfaced Dry, KD는 Kiln Dried를 의미한다. 목재의 수분함량을 만족하기 위해 생재를 대기에서 말리는 방법은 시간과 장소의 제약이 따르므로 인공적인 건조방법인 KD를 사용하게 된다. KBC에서 북미보다 1%가 적은 18%의 규정까지는 필자가 알수 없으나 기후나 환경에 따라 엔지니어를 포함한 법 제정자들의 역활에 의해 제안되었을 것으로 믿는다. 한국도 자재검수시 또는 현장 반입시 목재의 규격, 등급 및 건조상태를 확인하겠지만, 북미의 모든 목재는 다음과 비슷한 형상의 도장이 날인되어 있다.
여기서, 12는 위의 그림에서 12 아래에 있는 WWP 즉, Western Wood Products Association에 등록된 제조회사의 고유번호라고 생각하면 되고, STAND는 Standard로 북미에서 경골목재의 등급중에 하나이다. 주로 STAND 대신에 No.1, No.2, No.3 또는 STUD라는 등급들을 흔히 볼수 있다. D FIR는 Douglas Fir-L의 줄임말로 북미서부 미송과 낙엽송들을 의미한다. S-DRY는 생략한다. 이상의 요건들이 목재등급관련 인장의 중요 요소라고 할수 있다.

목재에 대한 또다른 구분들을 언급하면 다음과 같다.

1) 치수에 따른 호칭: 치수에 대해서 설계코드에 따라 추후 설명하겠지만 일반사항을 설명하면 영어로 된 코드나 책을 읽다가 보면 lumber와 timber의 구분이 명료하지 않다. 그러나 간단히 말하면 lumber는 최소변의 치수가 2"(38mm)~4"(89mm)인 목재이고 timber는 5", 즉 6"(140mm)이상의 목재를 말한다. 필자는 공칭(호칭)치수와 실제치수를 둘다 적어 놓았다.

2) 수종에 따른 호칭: hardwood는 활엽수가 주종이며, softwood는 침엽수가 주종이다. 침엽수중 Douglas Fir와 Southern Pine은 침엽수로 hardwood로 구분이 되나, 밀도나 구조적 특성이 일반 ardwood보다 우수하여 많이 사용하게 된다.

3) 목재내의 호칭: 목재내에는 계절과 나이에 따라 호칭이 다르다. 아래의 그림(Design of Wood Structures)을 보면 1년동안의 나이테사이에 봄에 자란부분(early wood)과 여름에 자란부분(latewood)으로 구분이 되며, 여름에 성장부분이 더 두껍고 밀도와 강도가 봄에 성장한 부분보다 우수하다. 목재 단면상 어두운 부분은 heartwood로 초기부터 나무를 지탱하는 부분이고, sapwood는 나무자체의 지탱과 양분의 저장 및 운반을 담당하는 부분이라고 말할수 있으며 강도의 차는 거의 없으나 heartwood는 양분이 적으므로 부패저항능력이 우수하고 sapwood는 양분저장공간의 존재로 wood-preserving chemical 침투능력이 우수하다.

4) 표면 상태에 따른 호칭: 재재목(sawn lumber)의 표면정도에 따라 dressed(or surfaced, 제련된), rough-sawn과 full-sawn lumber로 나누어진다. 대분분의 구조재로 쓰이는 재재목은 dressed lumber와 rough-sawn lumber이다. 이중에서도 dressed lumber가 거의 다라고 보면 된다.

<목재의 건조수축관련 특성>

오늘 추가적으로 간단히 목재의 건조특성에 알아보겠다. 먼저 좌측의 그림(Design of Wood Structures)을 보면 목재는 나이테의 직각(radial) 및 평행방향(tangential)과 목재의 길이방향(longitudinal)으로 수축하게 된다. 여기서 궁궁증을 유발하는것이 과연 어느방향으로 가장 많이 수축할까? 목재는 tangential방향으로 수축을 가장 많이하게 된다. radial 방향으로의 수축은 tangential방향의 약 절반정도이나 무시할수 없는 수축량이지만, longitudinal방향 축소는 거의 무시할수 있다. 목재의 수축량은 수평부재 즉, 장선(joist)과 덮개(rim board)의 수축량(건조수축 및 수직하중에 의한 축소량을 포함)의 영향이 거의 전부라고 해도 과언이 아니다. 거기에 BC주에서 이끌고 있는 6층 목구조의 경우, 중력방향 축소량은 더이상 무시할수가 없다.

KBC에 내용에 따라 준비를 하다보니 조금 불편한 감이 있다. 그리고 미국 보다는 캐나다 코드에 의해 설명이 더 많아지는데 이해해주기 바란다.

그럼 다음에 또 ... ... .

대한국인 이희용 (david.hy.lee@gmail.com)