일본산업뉴스요약

목재를 철골로 연결하는 신공법
니시마쓰건설 등 중견 건설사 연합이 목조 빌딩 시장 공략

니시마쓰건설을 비롯한 중견 건설회사 등 8개사가 대학과 목재 가공업체를 끌어들여, 목조 중고층 빌딩 시장 진출을 위한 'P&UA(Panel & Unbonded Anchor) 공법'을 개발하고 있다. 목조 기둥과 보를 철골 부재로 접합해 라멘 구조를 만드는 새로운 공법이다. 철골조와 철근콘크리트조에 익숙한 건설회사들이 앞으로 수요 증가가 기대되는 목조 건축을 보다 쉽게 시공할 수 있도록 하기 위한 전략이다. 순수 목조에만 집착하지 않고 철골 부재를 조합해 기존 기술을 개선하는 방식으로 개발을 시작했다.

독자적인 목조건축 기술을 이미 실용화한 대형 건설사들에 뒤처지지 않기 위해 중견 건설사들이 손을 잡고 공동 개발하고 있는 것이 바로 'P&UA 공법'이다. 아직은 생소한 공법이지만, 앞으로 각 사가 시공 실적을 축적해 나가면 서로의 지식을 공유함으로써 목조 중고층 빌딩의 보급을 더욱 가속화하기 쉬울 것이다.

P&UA 공법의 개발 주체는 이치우라 하우징&플래닝(도쿄)을 대표 기관으로 하는 'P&UA 공법 공동기술개발그룹'이다. 기술 개발에는 이치우라 하우징&플래닝이 2021년경 주도해 구성한 건설회사들과 오리모토구조설계(도쿄)가 참여하고 있다. 대학 교수들이 공동 연구자로 참여하며, 목재 프리컷 업체와 집성재 제조업체 등도 협력하고 있다. 전체 참여 기관은 20개사를 넘는다.

이 신공법의 핵심은 지진 발생 시 에너지를 흡수하는 'GIUA(Glued-in Unbonded Anchor)'라 불리는 접합 기술이다. 이는 목조 기둥과 보의 끝단에 강봉을 삽입한 뒤 에폭시계 접착제로 고정하는 기존의 기술 'GIR(Glued-in Rod)'을 독자적으로 개선한 것이다. 가장 큰 특징은 강봉과 목재 부재 사이에 비접착(Unbonded) 구간을 마련했다는 점이다.

이 비접착 구간에서 강봉이 신축하면서 접합부에 집중되기 쉬운 지진 에너지와 변형을 흡수하도록 설계했다. GIUA 공법에서는 목재에 접착제를 주입하고 강봉을 설치하는 작업까지 공장에서 완료한다. 건설 현장에서는 반입된 기둥과 보를 철골 접합부에 고장력 볼트로 체결하기만 하면 시공이 끝난다. 따라서 시공 정밀도를 높이는 동시에 공사 기간도 단축하기 쉽다.

개발 그룹에 참여한 니시마쓰건설 기술연구소 건축기술그룹의 다케우치(竹内) 수석연구원은 "철골조와 같은 방식으로 목재 기둥과 보를 접합할 수 있기 때문에 철골조 시공에 익숙한 건설회사에게는 시공성이 매우 뛰어나다. 목조 중고층 빌딩 시공 경험이 적은 건설사들도 쉽게 적용할 수 있다"고 설명했다.

기존의 GIR 공법은 이미 중·대규모 목조 건축에서 널리 사용되고 있다. 그러나 목재와 강봉이 일체화되어 있기 때문에 지진 시 큰 변형이 발생하면 목재의 섬유 방향으로 균열이 생기는 할렬 파괴가 발생하기 쉽다. 또한 목재에 강봉을 삽입하거나 접착제를 주입하는 현장 작업의 부담도 크다. 이에 공동기술개발그룹은 각 사의 아이디어를 결집해 이러한 문제를 한 번에 해결했다.

-- 신공법 첫 적용 사례는 5층 규모 목조 사원 기숙사 --
P&UA 공법이 처음 적용된 프로젝트는 가와사키시에서 2025년 3월에 준공된 이토추상사의 사원 기숙사다. 지상 5층, 연면적 약 2163㎡ 규모이며, 이토추와 자본업무 제휴를 맺고 있는 니시마쓰건설이 설계와 시공을 맡았다.

이 사원 기숙사는 목조를 기본으로 일부 철골조를 적용한 내화 건축물이다. 기둥과 보, 내력벽에는 삼나무와 편백나무 등 국산 목재를 사용했다. 동일한 규모의 철골조 건물과 비교하면, 건설 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO₂) 배출량을 약 460t 줄일 수 있었다.

건물의 긴 방향은 GIUA를 적용한 한 방향 라멘 구조이며, 보의 길이방향에는 P&UA 공법의 요소기술 가운데 하나인 '코터(L형 강재) 내력벽'을 채택했다. 편백나무 CLT(직교집성판) 패널을 강재 코터를 이용해 구조체에 접합하는 방식이다. 총 97세대의 세대 간 경계벽 일부에 코터 내력벽을 채택했다. 이 기술은 공동기술개발그룹이 2022년 10월에 일본건축센터로부터 취득한, 첫 번째 ‘구조평정’(기술적 근거를 제시하는 평가)를 기반으로 한 기술이다.

기둥과 보의 접합부에 사용하는 철골 접합부는 시공성을 높이는 것 외에도 장점이 있다. 접합부에 설비 슬리브용 보 관통구(원통형 구멍)를 설치할 수 있어 배관과 덕트를 통과시키기 쉽다. 일반적으로 중·대규모 목조 빌딩에서는 보나 내력벽을 관통하지 않도록 설비 경로를 설정한다. 관통구를 만들면 목재 균열이나 강도 저하가 발생하기 때문이다. 하지만 관통구가 없으면 배관과 덕트의 위치가 제한돼 시공이 복잡해지고 층고 확보에도 제약이 생겨 건설 비용이 증가하는 요인이 된다.

-- 목조 중고층 빌딩에 적용 단계에 진입 --
니시마쓰건설이 시공 실적을 선도하는 한편, P&UA 공법 공동기술개발그룹은 목조 중고층 빌딩 보급을 위한 핵심 기술의 추가 개발과 개선도 추진하고 있다.

우선 기존의 한 방향 라멘 구조를 두 방향으로 확장해 순수 라멘 구조를 적용할 수 있도록 했다. 또한 목조 보를 탄소섬유로 보강해 접합하는 요소기술을 도입해, 보 높이(보의 수직 방향 길이)의 45% 이하 직경까지는 슬리브 개구를 설치할 수 있도록 했다. 이 기술은 2024년 10월 취득한 두 번째 구조평정에 포함된다.

이어 공동기술개발그룹은 2025년 10월에 세 번째 구조평정도 취득했다. 새롭게 개발한 강재 브래킷(지지 부재)을 적용함으로써 라멘 구조를 목조뿐 아니라 일부를 철골 구조로 대체할 수 있게 했다. 이에 따라 건물 일부에 목조를 적용하는 하이브리드 구조도 가능해졌다. 요소기술 가운데 GIUA는 이미 특허를 취득했으며, 다른 기술도 특허를 출원 중이다.

"P&UA 공법의 기반이 되는 목조 하이브리드 기술이 모두 갖춰졌다. 앞으로도 공동기술개발그룹을 중심으로 요소 기술 개발을 계속할 방침이지만, 본격적인 목조 중고층 빌딩 실용화 단계로 빠르게 나아가고 싶다."(니시마쓰건설 다케우치 수석연구원)

니시마쓰건설은 이미 다음 건축 프로젝트에도 착수했다. 세 번째 구조평정 기술을 적용해 설계·시공하는 5층 규모의 대학 시설 '니시마쓰 서스테이너블 그린 프로젝트'다. P&UA 공법을 적용하는 두 번째 프로젝트로, 국토교통성의 '2025년도 우수 목조건축물 등 정비 추진사업(선도 부문)'에 선정된 주목받는 사업이다. 일본 정부 역시 P&UA 공법의 보급을 통해 목조 고층 빌딩이 더욱 확산되기를 기대하고 있다.

이 프로젝트는 국산 삼나무와 편백나무를 사용한 구조용 집성재의 양방향 목조 라멘 구조를 기본으로 하면서, 일부 기둥을 철골조로 구성한 하이브리드 구조를 채택한다. 또한 더블스킨 커튼월을 통해 목조 골조가 그대로 드러나는 파사드(외관)도 계획하고 있다. 대학 시설은 2027년 9월에 준공될 예정이다.

이 밖에도 이치우라 하우징&플래닝이 설계 협력하고 있는 6층 규모의 임대 공동주택 '이치가오 맨션 프로젝트(가칭)'도 2028년 1월 준공을 목표로 추진되고 있다. 연면적은 약 1510㎡, 총 29세대로 계획됐다. 구조는 목조와 일부 철골조를 결합한 하이브리드 방식이며, 다이요건설(요코하마시)이 설계·시공을 맡은 프로젝트에 이치우라 하우징&플래닝이 P&UA 공법 적용을 제안했다. 이 사업 역시 국토교통성 '2025년도 우수 목조건축물 등 정비 추진사업(보급 부문)'에 선정되었다.

P&UA 공법에 대해 공동기술개발그룹은 앞으로도 기술 개발을 지속할 방침이다. 그룹 외 기업도 참여할 수 있도록 하여 시공 실적을 더욱 확대해 나갈 계획이다.

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