목재의 성질과 특성

핵심 정리

목재는 구조재료에 속하는 천연 재료다. 구조재로 쓰려면 목재의 장점과 약점을 함께 알고 있어야 한다. 목재는 가연성 재료이며 건습에 따른 변형과 수축팽창이 크다. 이 두 성질은 치수 관리와 방화 설계에서 먼저 고려해야 할 전제가 된다.

목재의 강도와 변형은 함수율에 따라 달라지므로 함수율 구간을 나누어 보아야 한다. 목재의 함수율이 섬유포화점 이상이면 함수율이 증가해도 강도는 거의 변하지 않는다. 섬유포화점 이상 구간에서는 강도 판단의 기준이 달라진다. 함수율이 변하면 목재는 수축하거나 팽창하며, 그 폭이 크다. 같은 함수율 변화라도 어느 구간에 속하는지에 따라 강도와 치수에 미치는 영향이 달라진다.

구조재의 강도는 힘을 받는 방향에도 의존한다. 목재의 압축강도는 섬유방향에 평행한 방향이 섬유직각 방향보다 크다. 같은 나무라도 단면의 위치에 따라 성질이 다르다. 목재 단면에서 수심 쪽 중앙부는 심재이고, 수피 가까운 부분을 변재라 한다. 동일 수종에서 인장강도는 변재보다 심재가 크다.

구조용목재는 품질을 등급으로 나누어 쓴다. 육안등급 구조재는 재종별 품질기준에 따라 1~3등급으로 구분한다. 구조용목재는 육안등급구조재와 기계등급구조재로 구분되며 육안등급구조재는 1·2·3종으로 나뉜다.

마지막으로 목재는 장점과 한계가 함께 있다. 목재는 열전도율이 작아 단열성이 좋다. 그러나 목재는 가연성 재료라 내화성이 약하다. 또 목재는 부패균과 충해에 의해 부패하기 쉽다. 단열성이라는 장점이 내화성이나 내구성까지 보장하는 것은 아니라는 점을 구분해 두어야 한다.

자세히

함수율과 수축·강도

목재의 함수율은 목재에 포함된 수분의 양을 완전히 건조한 목재에 대한 백분율로 나타낸다. 목재가 건조되어 수분을 잃으면 치수가 줄고, 수분을 흡수하면 치수가 늘어난다. 이 치수 변화를 건습에 따른 변형이라 한다. 강도와 변형은 서로 다른 물음이므로 구분해서 본다. 함수율이 섬유포화점보다 낮은 구간에서는 함수율이 줄수록 강도가 커지는 것이 기본 원리다. 따라서 함수율을 다루는 선지는 먼저 섬유포화점과의 위치 관계를 확인해야 한다. 치수 변화는 함수율이 바뀌는 것 자체에서 일어나므로, 강도 문제와 치수 문제를 한 문장에 섞지 않는다.

육안등급과 기계등급

구조용목재의 등급은 측정 방법에 따라 두 가지로 나뉜다. 육안등급구조재는 재종별 품질기준에 따라 등급을 정하는 방식이다. 기계등급구조재는 기계로 강도와 강성을 측정하여 등급을 나눈 목재다. 두 방식은 등급을 매기는 절차가 다르지만, 기준허용응력을 적용하는 조건은 같다. 허용응력을 적용하려면 건조사용조건 이하의 사용함수율과 기준하중기간이라는 두 조건을 함께 충족해야 한다.

표의 내용을 묶어 보면, 육안등급은 품질기준, 기계등급은 측정값이 등급을 정하는 기준이라는 차이만 기억하면 된다.

단면의 구분과 순단면적

심재와 변재는 같은 나무 단면에서 위치로 구분되는 부분이다. 심재는 수심 쪽 중앙부이고 변재는 수피 쪽 바깥 부분이다. 강도를 비교할 때에는 같은 수종 안에서 두 부분을 비교하는 것이 기본이다. 단면 계산에서는 구멍이나 홈이 있는 부재를 다루는 경우가 많다. 순단면적은 볼트 구멍이나 홈의 면적을 뺀 단면적이다. 순단면적은 부재의 실제 단면 중 응력을 받는 부분을 기준으로 잡는 값이다.