세계 건설 시장에서 공학 대형 목재(Mass Timber)의 부상

세계 건설 산업은 급격한 도시 성장과 탄소 배출 감축이라는 시급한 과제 사이에서 균형을 모색하며 중대한 전환점에 서 있습니다. 이러한 변화의 중심에는 ‘매스 팀버(Mass Timber)’의 부상이 자리 잡고 있습니다. 매스 팀버 (Mass Timber)란 교차 적층 목재(Cross-Laminated Timber : CLT), 집성재 (Glue-Laminated Timber : Glulam), 적층 단판 목재(Laminated Veneer Lumber : LVL) 등으로 구성된 공학 목재 제품군을 통칭하는 것으로, 이는 이제 막 일부 건축가들 사이에서 유행하던 독특한 건축 트렌드의 단계를 넘어 장기적인 도시 인프라의 핵심 구성 요소로 확고히 자리매김하고 있습니다. 이러한 전환은 단지 심미적인 요인에 의해서만 이루어지는 것이 아닙니다. 이는 기술적 진보와 규제 변화, 그리고 목재의 생애 주기 성능에 대한 더욱 심층적인 이해가 융합됨으로써 추진되는 것으로, 이를 통해 목재는 탄소 집약적인 기존의 철강과 콘크리트를 대체할 구조적 대안으로 서의 입지를 다지고 있습니다.

The Smile Installation © Alison Brooks Architects

매스 팀버의 재료 과학과 제품 유형

Moholt Timber Towers @ Ivan Brodey

도시 환경에서 목재가 갖는 장기적인 유효성은, 전통적인 경량 목구조용 제재목으로는 불가능한 성능을 발휘하게 해주는 공학 목재의 재료 과학에 기반을 두고 있습니다. 대형 목재(Mass timber) 제품은 고성능 접착제나 기계적 결합 장치를 활용하여 목재 섬유를 전략적으로 배치함으로써 구조적 온전성을 확보하며, 이를 통해 종종 철근 콘크리트의 그것을 능가하는 강도 대 중량비를 지닌 부재들을 만들어냅니다. 교차 적층 목재(Cross-Laminated Timber : CLT)는 이러한 전환을 이끄는 핵심 동력 역할을 합니다. 규격 목재 층들을 서로 직교하는 방향으로 적층 함으로써, CLT 패널은 탁월한 치수 안정성과 양방향 지지 능력을 확보하게 되며, 이는 고밀도 주거와 상업용 건물의 바닥판 구조재로서 CLT를 이상적인 선택지로 만들어 줍니다. 평행하게 적층된 층들로 구성된 집성재(Glued Laminated Timber : Glulam)는 기둥과 장 스팬 보에 하중 지지 능력을 제공함으로써, 현대적인 사무 환경에서 흔히 요구되는 개방형 건축 구조를 가능하게 합니다.

The new Andy Quattlebaum Outdoor Recreation Center @ Jonathan Hillyer

다월 적층 목재(Dowel-Laminated Tim : DLT)는 접착제 대신 활엽수 다월을 활용함으로써 재료의 완전한 순수성과 향상된 재활용성을 추구하는 프로젝트에 매력적인 선택지가 됩니다. 재료 과학의 발전 덕분에 기존 목재보다 강도가 월등히 높고 화재 및 수분에 대한 저항성 또한 뛰어난 공학 목재 제품들이 등장하였으며, 이는 대규모 및 구조 건축 분야에서의 해당 자재 활용 범위를 더욱 확장 시키고 있습니다.

상업용 부동산의 변화

A cross-laminated timber school building

매스 팀버(Mass Timber)가 도시 건축의 주류 자재로 자리매김하고 있다는 사실은 세계에서 가장 막강한 자본력을 갖춘 기업들이 이를 채택함으로써 갈수록 더욱 확실하게 입증되고 있습니다. 구글, 마이크로 소프트, 언더 아머 등은 모두 최신 사옥 단지 개발에 매스 팀버를 도입했는데, 이는 목재가 과거에는 오직 철강과 콘크리트에만 국한되었던 수준의 제도적 신뢰를 확보했음을 시사합니다.

The Andy Quattlebaum Outdoor Recreation Center

매스 팀버(Mass Timber)의 가장 설득력 있는 경제적 이점 중 하나는 시공 속도에 미치는 영향입니다. 매스 팀버 부재는 정밀하게 설계되고 현장 외부에서 사전 제작되므로, 현장 조립 작업이 기존의 현장 타설 콘크리트 방식보다 훨씬 더 신속하게 이루어집니다. Milwaukee의 ‘어센트(Ascent)’ 프로젝트 데이터에 따르면, 매스 팀버 구조물의 건립 속도는 그와 동등한 규모의 콘크리트 타워를 지을 때보다 25% 더 빨랐던 것으로 나타났습니다.

라이프 사이클 환경 영향

매스 팀버(Mass Timber)가 지닌 환경적 가치 제안은 이 소재의 장기적인 중요성을 뒷받침하는 핵심 동인입니다. 건축과 건설 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 35%-40%를 차지하고 있는데, 철강과 콘크리트를 목재로 대체하는 것은 기후 완화를 위한 두 가지 경로를 동시에 제공합니다. 즉, 광물성 자재의 탄소 집약적인 제조 공정을 회피하는 동시에, 대기 중의 탄소를 건축 구조물 내부에 직접 저장하는 효과를 거둘 수 있는 것입니다. 라이프 사이클 평가(Life Cycle Assessments : LCA) 결과는 대규모 목조 건축물이 동등한 콘크리트 건축물에 비해 내재 탄소 배출량을 22%에서 50%까지 감축한다는 사실을 일관되게 보여줍니다. 내재 탄소와 저장 탄소를 모두 고려할 경우, 대규모 목조 건축물의 지구 온난화 잠재력(GWP)은 콘크리트 건축물보다 81%에서 94%까지 낮을 수 있습니다.

Mjøstårnet, Brumunddal, Norway

Mjøstårnet is Europe’s tallest mass timber building

건축가 : Voll Arkitekter
위치 : 노르웨이

세계에서 가장 높은 전 목조 건물 중 하나인 Mjøstårnet는 고층 목조 건축 공학 분야의 기념비적인 건축물입니다. 높이 85.4미터에 달하는 이 18층 구조물은 측면 안정성을 위해 콘크리트 코어에 의존하지 않고서도, 목재가 도심 고층 건축이 요구하는 엄격한 기준을 충족시킬 수 있음을 입증해 보입니다.

5.4 metres tall sustainable building

Mjøstårnet의 주 하중 지지 시스템은 입면을 따라 배치된 대형 집성목 트러스로 구성되어 있으며, 이는 수직 및 수평 하중을 모두 지지합니다. 고층 목조 건축물이 직면하는 가장 중대한 과제 중 하나는 가벼운 자중(自重)인데, 이는 바람에 의한 진동을 유발하여 거주자의 쾌적성에 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 엔지니어들은 하이브리드 바닥 구조 전략을 채택했습니다. 즉, 2층부터 11층까지는 목재 데크로 구성하고, 12층부터 18층까지는 프리 캐스트 콘크리트 슬래브를 적용한 것입니다. 상층부에 추가된 질량은 건물의 동적 강성을 높여주며, 이를 통해 수평 가속도가 쾌적성 기준 범위 내에 충분히 머무르도록 보장합니다. Mjøstårnet의 화재 안전 전략은 대형 집성재 부재의 예측 가능한 탄화 현상에 크게 의존하고 있습니다. 2016년에 실시된 연소 시험을 통해, 대형 집성재 기둥의 경우 외부의 탄화층이 내부의 구조적 심재를 열로부터 차단해 줌으로써 화재 발생 시 스스로 소화된다는 사실이 입증되었습니다. 또한 이 건물은 내부 공간과 파사드(façade)의 일부를 아우르는 강화 스프링클러 시스템을 통해 보호받고 있습니다.

Ascent, Milwaukee, USA

건축가 : Korb Architecture
위치 :USA

Ascent 프로젝트는 북미의 규제 환경 속에서 매스 팀버(mass timber)의 가능성을 입증하는 핵심적인 개념 증명 사례로 작용합니다. 25층 높이로 우뚝 솟은 이 건물은 2022년 완공 당시 세계에서 가장 높은 목재 하이브리드 구조물이었으며, 목재 기반 고층 건축물에 대한 미국 건설 업계의 선호도에 변화가 일고 있음을 알리는 신호탄이 되었습니다. Milwaukee에서는 역사적으로 건축 법규에 따라 목조 건축물의 층수가 6층으로 제한되어 왔습니다. ‘어센트 (Ascent)’ 프로젝트를 추진하기 위해, 개발팀은 도시 당국과 2년에 걸친 건축 규정 예외 승인 절차를 진행했으며, 이 과정에는 CLT 패널에 대한 실물 규모의 화재 시험이 포함되었습니다. 이러한 분석을 통해 부분적으로 노출된 목조 구조물이 고층 건축물에 요구되는 엄격한 안전 기준을 충족할 수 있음이 입증되었고, 이는 궁극적으로 해당 지역에 더욱 포괄적인 대형 목재(Mass Timber) 관련 규정이 도입되는 길을 열어주었습니다. 이 프로젝트는 도심 내 제약된 부지 환경에 필수적인 ‘적시 배송(Just-in-Time)’ 모델을 채택했습니다. 사용된 대형 목재는 오스트리아의 지속 가능 관리 white spruce 숲에서 조달되어 정밀 가공 과정을 거친 뒤 Milwaukee로 운송되었으며, 이를 통해 신속한 조립이 가능했습니다. 이러한 선택이 가져온 환경적 효과는 실로 지대하여 건물에 사용된 목재는 도로 위 차량 약 2,400대를 없애는 것과 맞먹는 양의 탄소를 저장하는 효과를 냈습니다.

Sara Cultural Centre, Skellefteå, Sweden

건축가 : White Arkitekter
위치 : Sweden

사라 문화 센터(Sara Cultural Centre)는 지역 공급망을 활용하면서도 도시의 시민과 문화적 중심부에 대규모 목재 구조를 어떻게 통합할 수 있는지를 보여주는 대표적인 사례입니다. 높이 약 80미터에 달하는 이 20층 건물은 유럽에서 가장 높은 목조 건축물 중 하나로, 대지 반경 60킬로미터 이내의 숲에서 조달한 목재를 사용하여 지어졌습니다. 이 건물은 도서관, 박물관, 극장, 호텔을 아우르는 독창적인 건축 형태를 구현하기 위해 맞춤형 하이브리드 시스템을 채택하고 있습니다. 호텔 타워는 두 개의 거대한 교차 적층 목재 (Cross-Laminated Timber : CLT) 엘리베이터 코어 사이에 사전 제작된 교차 적층 목재 (Cross-Laminated Timber : CLT) 객실 모듈을 배치하여 구축 되었습니다. 이와 대조적으로, 문화 센터의 광활한 로비와 강당은 집성목과 철골 트러스를 활용하여 기둥이 없는 유연한 공간을 조성하고 있습니다.

Brock Commons Tallwood House

건축가 : Acton Ostry Architects Inc.
위치 : Vancouver, Canada

브리티시 컬럼비아 대학교(University of British Columbia : UBC)의 18층 규모 학생 기숙사인 Brock Commons Tallwood House는 2021년 국제 건축법 (International Building Code : IBC)에 대형 목재(mass timber)가 도입되는 계기를 마련한 선구적인 시범 프로젝트였습니다.

Mass timber elements were encapsulated with gypsum board for fire protection

프로젝트 팀은 구조 부재와 기계, 전기, 배관(MEP) 시스템을 조율하기 위해 통합 설계 프로세스(Integrated Design Process : IDP)와 가상 설계와 시공 (Virtual Design and Construction : VDC) 모델링을 활용했습니다. 이러한 치밀한 계획 덕분에 주당 평균 2개 층을 시공하는 속도를 달성할 수 있었으며, 착공 4개월 만에 매스 팀버(Mass Timber) 구조 공사를 완료하여 당초 계획보다 2개월 앞당길 수 있었습니다.

미래의 인프라로서의 매스 팀버

Nordtvet Farm Kindergarten

모든 도시 자재의 장기적인 유용성은 궁극적으로 해당 자재의 라이프 사이클 효율성으로 가늠됩니다. 대형 목재(Mass timber)는 ‘해체 용이 설계(Design for Disassembly)’를 통해 순환 경제에 있어 독보적인 입지를 차지합니다. 일반적으로 철거 후 가치가 하락한 형태로 재활용(downcycle)되는 콘크리트와 달리, 대형 목재 패널은 기계적 결합 방식을 적용하여 건축물의 수명이 다한 후에도 손쉽게 분리해 향후 다른 건물에 재사용할 수 있습니다.

Puukuokka Housing Block

‘해체 용이 대형 목재 시스템(Disassembly Mass Timber System : DFD MTS)’과 같은 연구 프로젝트들은 주차장을 주거 공간이나 사무 공간으로 전환하는 경우처럼, 서로 다른 용도의 건물들 사이에서 재사용될 수 있는 표준화된 모듈형 부재들을 개발하고 있습니다. 이러한 접근 방식은 목재 내에 저장된 탄소가 여러 세대에 걸친 건물 수명 주기 동안 지속적으로 격리 상태를 유지하도록 보장합니다.