지붕골조는 루핑과 환기구,천장 마감재를 설치하고, 골조안에 단열재를 설치할 수 있는 구조 부재로 구성된다. 지붕면에 물매(경사)를 두면, 바닥공간보다 비용이 적게드는 주거지원 공간 또는 생활공간을 제공하게되는데 이는 기초를 추가할 필요가 없을 뿐만 아니라 주거공간의 증가에 비례하여 지붕공사 비용이 증가하지 않기 때문이다.
- 지붕 설계
 1) 가장 일반적인 지붕형태는 이등변삼각형의 모양을 갖는 박공지붕이다.
2) 서까래(rafter)나 트러스(truss)의 상현재는 동일한 길이의 경사면을 형성하고, 이 경사면에 방수재료인 루핑이 부착된다. 천장 장선(ceiling joist)이나 트러스의 하현재는 천장재를 접합하는 수평의 베이스를 제공하게된다.
3) 지붕 트러스의 하현재(수평재)는 지붕의 풍하중(바람에 의한 하중)과 설하중(눈에 의한 하중)이 작용할 때 두 서까래(Rafter)가 벽을 바깥 뱡향으로 밀어 내는 관계로 인장응력(하중/단면적)이 발생한다.
우리가 고무줄을 잡아 당기면 늘어나고 놓으면 원래 크기로 돌아 가는데 이는 탄성적 성질을 보여주는 예이다. 목재는 고무줄처럼 탄성적이지만 그 변형률(늘어난 길이/원래 길이)은 제한적이다. 목조주택의 경우, 지붕 서까래(rafter)는 천장 장선(ceiling joist)처럼 중간에 지지점을 필요로 하지 않기 때문에 지붕의 자중(자체 무게)과 지지 하중(풍하중,설하중 등)은 모두 하단으로 전달되어 서까래의 하단에서는 밖으로 밀어내려는 힘이 발생되고 벽과 마주치는 중앙에 이러한 힘이 전달된다. 이것은 트러스의 하현재 역할을 하는 천장 장선(ceiling joist)에 의하여 억제되며, 따라서 천장 장선은 인장력을 받는 부재가 된다. 이와 같은 이유로, 천장장선은 서까래와 상호 겹치는 곳을 안전하게 접합하여야 하는 것이다.
4) 주택의 건축양식에 따라 지붕형태와 지붕경사가 결정된다. 평지붕 또는 낮은 물매(경사도)의 지붕을 갖는 근대식 설계(진보적인 건축가들이 선호하는 양식?)와 중간 정도의 경사를 가진 램블러나 랜치(rambler or ranch:목장에서 흔히 볼 수 있는 주택)양식, 급경사를 가진 케이프 코드 주택(cape code cottage or saltbox house:국내에서 선호되는 주택의 외양을 갖고 있는 듯하다.)양식으로 구분된다
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일반 트러스의 형태
지붕형태 |
- 기성 목재 지붕트러스
1) 기성 목재트러스로 시공하는 경우,외주벽을 수직으로 세워 가새를 대고나서 기성 지붕트러스를 설치하게 되는데, 주택의 나비 방향으로 가로질러 윗깔도리(top plate또는 double plate)에 못을 박아 설치한다. 국내에서는 도로 상황에 따른 운반 및 공장 제작 비용,시공현장의 접근성 등의 문제로 인하여, 우수한 성능에도 불구하고 널리 보급되고 있지 못한 상황이다.
2) 지붕 트러스는 서까래와 천장 장선 대신에 삼각형의 강성 구조체를 사용한다.
3) 지붕 트러스의상현재에는 지붕 덮개 재료로 접합하고,하현재에는 석고보드 등으로 천장 마감을 접합한다.
4) 트러스는 중간 지지 없이 긴 지간으로 지붕과 천장하중을 지지할 수 있다.
5) 트러스를 사용하면 서까래와 천장 장선을 사용하는 경우와 비교해서 재료를 절감할 수 있다.
6) 크레인을 사용하여 트러스를 세우면 주택을 세우고 덮는 공사에 소요되는 노동력을 절감할 수 있다.
7) 내력벽이 필요하지 않기 때문에 커다란 실내공간을 확보할 수 있다.
8) 트러스를 사용할 경우, 간막이 벽은 구조성능이 요구되지 않기 때문에 융통성있는 설계가 가능하다.
- 트러스 설계와 조립
1) 트러스는 전문적인 기술로 제조되어야 한다.
2) 트러스는 구조해석,지간(span),형태,지점의 위치,접합 방법 등에 따라 다양하게 설계.제작된다.
3) 트러스는 통상 지간과 물매,설치 간격(보통 중심간격 24"-60cm),양식,내밈 길이(처마),작용하중,트러스와 박공트러스의 수량 등에 따른 견적이 필요하다.
4) 60cm 간격으로 설치되는 트러스의 수는 주택의 길이를 2로 나누어 소수점 이하를 버리고 1을 뺀 값이다. 박공트러스는 지붕의 각 끝에 1 개씩 필요하다. 예를 들면, 15.5m(51')길이의 박공주택은 25개의 트러스와 2개의 박공트러스가 필요하다.
- 트러스의 형태
1) 가격과 지간,설계 하중 등을 고려하여 가장 적합한 형태의 트러스를 결정한다.
2) 주택용으로 북미 지역에서 가장 흔히 사용되는 목재 트러스의 형태는 핑크 트러스(웨브 부재가 W형임),돋움 핑크(raised fink),박공(gable),왕대공(king post:1개의 수직 웨브 부재),하우어(howe:웨브 부재가 M형),시저(scissors:하현재의 경사면에 의하여 둥근 천장이 형성됨),힙(hip:상단이 평면형),애틱(attic:샛기둥과 하현재,천장 장선으로 다락방이 형성됨),평트러스(flat: 수평의 상.하현재로 구성됨) 등이다.
3) ㄱ자형 주택의 지붕골을 형성하는 부위는 트러스 상단에 서까래를 설치하여 완성한다.
4) 트러스는 12d 못 3개로 하현재와 윗깔도리를 접합한다.
5) 두께 9~12mm 합판이나 웨이퍼보드 덮개를 사용할 때,덮개 모서리에 H형 클립을 사용하여 틈을 둔다.
- 트러스의 취급
1) 운반이나 보관중 비정상적인 응력을 가하면 안된다.
2) 트러스는 수직으로 작용하는 지붕하중을지지하도록 설계되어 있기 때문에, 세운 상태로 들어 올리고 보관되어야 한다.
3) 수평으로 운반하여야 할 경우, 충분한 인원과 지점을 사용하여 측방향으로 휘어지는 것을 막아야 한다.
4) 트러스를 수평으로 운반할 때, 중앙부만을 지지하여서도 안되고 한쪽 끝만 지지하여서도 안된다.
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현장제작 지붕골조
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- 천장장선(ceiling joist)
1) 기성 목재 트러스 대신 서까래(rafter)와 천장장선(ceiling joist)으로 지붕 골조를 시공한다. 국내 시공현장에서 일반적으로 사용하는 방법이다.
2) 천장장선은 트러스의 하현재와 같은 역할을 하여,서까래의 하단과 벽체의 상단이 바깥쪽으로 밀리는 힘을 저지하는 인장부재로 작용하며, 천장 마감재를 접합하는 베이스 역할을 한다.
3) 천장장선은 2층 또는 다락의 바닥 역할을 한다.
4) 천장장선은 외주벽과 실내 간막이 벽 사이를 긴결하게 접하시키는 타이로서의 역할도 한다.
5) 천장장선은 외주벽과 실내벽 위에 2x6,2x8재를 사용하여 시공하는데, 서까래와 마찬가지로 주택의 나비를 가로질러 설치한다.
6) 가능하면, 천장장선의 길이가 12',14',16'이상의 짝수 재장이 되도록 하여 재료의 손실이 없도록 시공한다.
7) 장선의 치수는 지간과 수종,장선간격,설계하중에 따라 달라진다.
8) 천장장선은 외주벽과 실내벽의 깔도리에 경사못치기하여 견고하게 고정시켜야한다.
9) 실내 내력 간막이벽에서로 서로 겹치거나 맞댄 접합되는 경우와 외주벽위에서 서까래와 겹치거나 접합할 때,천장장선은 상호간에 직접 못을 박거나 목재 또는 금속 덧판을 대고 못을 박아 접합한다.
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 1) 물매 지붕의 시공에서는,실내벽과 외주벽의 골조공사가 완성된 후,천장장선을 설치하고 서까래를 세운다.
2) 서까래는 통상 마룻대(ridge board)와 추녀에 적합한 각도로 마구리가 재단되어 외주벽의 윗깔도리(또는 이중 깔도리 상단)위에 설치되는데, 깔도리에 맞닿는 서까래의 면을 잘라낸다. 그 모습이 새의 부리모양을 하고 있어 일명 bird's mouse라 불리운다.
3) 서까래는 한 쌍씩 맞추어 세운다.
4) 박공벽의 샛기둥은 단부 서까래 아래쪽에서 잘 맞도록 파내고 깔도리와 서까래에 못질하여 고정시킨다.
5) 지붕지간이 길고 경사가 완만할 때, 서까래 사이에 연결보(collar tie)를 설치한다. 경사물매와 짧은 지간에서도 연결보가 요구될 수 있지만 매 세번째 마다 서까래에 설치하면 충분하다.연결보는 보통1x6 판재를 사용한다, 연결보는 천장장선의 기능도 있으므로 이를 이용하여 지붕 천장 마감의 베이스로 사용할 수 있다.
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- 모임지붕
1) 모임지붕에는 박공벽이 없다,
2) 중앙 서까래는 마룻대에 타이로 고정하고, 귀추녀(hip valley)는 더 짧은 서까래를 지지하도록 한다.
3) 건물 전체의 페리미터(돌출된 주변 부위) 주위에 코니스(cornice)를 설치한다.
4) 모임지붕은 장방형 주택 중심부의 박공지붕과 같은 방식으로 골조를 시공한다. 단부벽은 귀추녀로 골조를 설치하며, 벽체의 각 바깥쪽 구석으로부터 마룻대까지 45도의 각도로 설치된다. 짧은 서까래는 윗깔도리에서 귀추녀까지 설치된다.
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- 박공 지붕창(gable domer):흔히 까치창이라 불리운다.
 1) 박공 지붕창을 시공할 때, 지붕창 개구부의 각 측면에 위치한 서까래는 이중으로 설치한다.
2) 옆 샛기둥과 짧은 회첨추녀를 이중 서까래 위에 설치한다.
3) 옆 샛기둥은 서까래와 윗깔도리에 지지된다,
4) 회첨추녀는 지붕선의 골조에 헤더를 사용하여 고정한다.
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1) 합판: |
a) 미국표준 PS 1(U.S Voluntary Standard PS 1)은 표준등급의 합판에 서까래나 트러스의 허용간격을 표시하도록 규정하고 있다.
b) 합판 지붕덮개의 표판 목리가 서까래에 직각이 되도록 설치한다.
c) 바닥 덮개와는 달리 지붕덮개는 통줄눈으로 간단히 시공할 수 있다.
d) 중심간격 60cm(24")의 서까래에서 목재 슁글,너와, 아스팔트 슁글이 사용되는 경우의 합판두께는 최소 9mm이며, 중심간격 40cm(16")인 경우는 최소 두께 8mm이다.
e) 슁글에 사용되는 못의 침투를 양호하게 하고, 면전단 저항과 지붕외관을 향상시키기 위하여 최소 두께보다 두꺼운 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
f) 슬레이트 등의 무거운 루핑재료를 사용할 때, 서까래 중심간격이 60cm일 경우의 최소 두께는 15mm이며, 중심간격이 40cm일 경우는 12mm 두께의 합판을 사용한다.
g) 합판 모서리에서는 중심간격 15cm로 못박고 중간 부위에서는 30cm를 유지한다.8mm나 10mm합판에는 6d 일반 못이나 35mm 좁은 머리 스테이플을 사용하고, 이보다 두꺼운 합판에는 8d 일반 못이나 41mm 좁은 머리 스테이플을 사용하여야 한다.
h) 팽창할 경우를 고려하여,설치중에 합판의 측면에서 3mm,마구리에서 1.5mm의 간격을 두고 설치한다.(금속 H형 클립을 사용하면 합판의 모서리를 지지하면서 틈을 확보할 수 있다.)
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2)구조용 플레이크보드 |
***구조용 플레이크 보드(웨이퍼보드 및 OSB포함)는 합판과 같이 적용한다. 구조용 플레이크보드 패널에 따라서는 패널의 길이 방향으로 배열된 플레이크나 스트랜드를 갖고 있다. 이들 제품의 길이 방향과 지지하는 구조재는 직각으로 설치하여야 한다.
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 1) 지붕에서 굴뚝 개구부를 설치할 때, 지붕덮개는 4면의 마감벽돌로부터 18mm만큼 떨어지게 시공하여야 한다.
2) 개구부 주위의 서까래와 헤더는 벽돌에서 최소 5cm 이상 떨어지게 시공하여야 한다.
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출처 : 농목수의 목조건축 이야기
메모 :
1) 아연도금이나 알루미늄,스테인리스강 못으로 지붕덮개에 직접 접합한다. 아스팔트 펠트나 알루미늄 비흘림 등을 이용하여 지붕창의 방수처리를 한다.