기술자료

4-05. 기초의 단열 - 가. 기초의 형태

M 관리자 21 22,806 2011.03.07 21:15
패시브하우스의 기초 단열을 다루면서 기초의 설계까지 이야기해야 하는 것은 앞서의 상황과 마찬가지로 우리나라의 표준이 대부분 중대형건축물과 공동주택을 중심으로 이루어져 있으며 특히 단독주택을 위한 표준은 없다시피 하고, 인터넷의 정보 또한 각자의 경험치 또는 책자의 정보를 여과 없이 그대로 옮기고 있는 수준이기 때문이다.

여기에서는 

기초를 이야기하기 전에 선언적으로 이야기할 것은 "경제적 기초"는 없다는 것이다. 기초는 오로지 "알맞은 기초"만 있을 뿐이다. 말 그대로 기초이기 때문이다. 


기초의 구조계산을 위한 지내력 시험

현재의 낮은 설계비 수준 때문인지는 모르겠으나, 단독주택 단위에서 기초구조계산을 하는 경우는 거의 없다. "어! 우리 집은 구조설계사무소에서 계산한 기초 구조도면이 있는데?" 라고 반문하시는 분이 있을지도 모르겠다. 그 구조계산은 계산이 아니라 추정치일 가능성이 거의 100%에 가깝다. 여기서 추정치라고 이야기하는 것은 기초의 구조계산을 추정한 것이 아니라 "지반 상태의 추정"을 의미한다.

기초 구조계산을 제대로 하기 위해서는 지층의 상태를 알아보는 "표준관입시험" 이나 "평판재하시험"을 해야 하는데 이를 행하는 단독주택부지는 거의 찾아 보기 힘들기 때문이다. 

땅의 정보를 모르는데 그 위에 올려진 기초가 무슨 소용이 있을 것인가? 
구조를 하시는 분들이면 누구나 상식적으로 알고 있는 사항이지만 현실은 그렇지 않다. 단독주택에서는 지반조사없이 기초구조를 계산하고 있는 것이 현실이다.

정상적인 기초 방식의 선정은 다음과 같은 프로세스를 거친다.
지반조사(지내력) -> 구조계산(건물자중/용도별 이동하중/풍하중/설하중 고려) -> 기초설계

예를 들어, 파주 00 주택의 경우 지반조사를 했더니 하부에 지하수가 흐르고 있었다. 만약 여느 사람이 하듯이 그저 추정치로 기초를 앉쳤을 경우, 몇년이내에 침하가 있었을 것이다. 아래 사진은 지반 조사 후 파일기초를 시공하는 사진이다.


원래 계곡이있던 곳을 매웠다는 추정이 가능한데, 토지를 매매한 토지주택공사가 단지를 조성하기 전 원지반에 대한 상세한 설명이 매매시 같이 이루어졌어야 한다는 생각이다. 단순히 도면을 참고하라고만 문서에 되어져 있는 경우가 대부분이고 막상 신축시 문제가 생길 경우 문서에 명기를 해놓았기 때문에 귀책사유가 없다고 주장하는 것은 구매자입장에서 볼 때는 야속한 일이기 때문이다.

위와 같이 지반 하부의 상태 혹은 지내력은 미리 알 수 있는 것이 아니다. 시험을 통한 방법만이 유일한 방법이다. 물론 지금까지 해왔어도 아무런 문제가 생기지 않을 수 있다. 확률은 50:50 일 뿐.... 


기초의 형식

대게 단독주택의 기초는 아래의 그림처럼 줄기초 혹은 매트기초로 나뉘어 진다.
두 방법 중 어떤 것이 더 낳은 기초인가는 아무도 말할 수 없다. 위에 적었듯이 지내력 시험을 통한 기초설계를 해서 가장 경제적인 방법을 택하는 것이다.



하지만, 대게의 경우 줄기초는 슬라브 중간에 상부 벽을 받기 위한 지중보가 추가되므로 매트기초보다 콘크리트 물량이 적게 들어가도 인건비나 거푸집이 더 많이 들어감으로 결국 매트기초를 택하는 경우가 많다.

구조 설계사무소에 단독주택이나, 근린생활시설의 구조계산을 의뢰하면 오른쪽 그림처럼 매트기초로 풀어오는 경우가 대부분이다. 물론 지내력은 조사하지 않았음으로 충분한 안전율을 감안하여 철근이나, 콘크리트 매트 두께를 과다설계하게 된다.
지내력 조사가 사전이 이루어지면 경우에 따라서 기초비용에서 지내력 조사 비용을 빼고 남을 수 있다. 그 만큼 그 땅에 알맞게 설계가 이루어지기 때문이다. 물론 그렇지 않은 경우가 더 많다. 하지만 모든 것이 그렇듯이 추정치는 항상 문제를 야기할 소지가 있다.


매트기초의 하부 단열

줄기초를 선택하는 경우는 지표면 가까이 지내력이 부실하여 기초를 상당히 많이 내려야 할 때, 매트기초로는 그 구성이 어렵기 때문에 선택할 수 있다. 그 외의 경우라면 매트기초로 설계되는 것이 대부분이므로 우선 매트기초의 단열부터 설명을 들어간다.

외단열로 시공할 경우 대게 최선의 방법으로 선택하는 것이 아래와 같은 방법이다. 기초하단까지 외단열을 내리고 실내측에는 콘크리트 상부에 단열재를 두껍게 까는 방법(경우에 따라서는 겹쳐서 2겹으로 시공)이다.
이런 방법이 현재 시장에서 단열을 가장 고려했다고 선택하는 방법의 일종이다.





이를 시뮬레이션 해보면 다음과 같다.
시뮬레이션은 Therm 6.2를 사용하였으며, Therm을 이용한 지중 온도전달 해석은 2009년 Urbana Passive House Conference 에서 David White씨가 발표한 자료를 근거로 해석하였다.
David White씨는 PH Consultant Session 발표를 통해 기초의 열전달해석을 위해 지중온도의 산정과 실내측 표면온도를 설정, 그리고 표면열전달저항에 대한 해석 방법을 발표한 바 있다.
앞으로의 모든 기초부위 열전달해석은 상기의 방법을 따랐음을 미리 알린다.

외기온도 : -5℃
실내온도 : 20℃
외부 지표온도 : 외기와 동일

해석 결과는 상기와 같이 나타나며, 실내측에서 원형을 그린 부위가 취약부위로 나타난다. 즉, 외벽과 바닥이 만나는 꼭지점 부위에서 12.6℃ 이하로 떨어지는 구간이 발생하며, 이 구간이 내부 마감표면까지 치고 올라온다. 방통하부의 단열재 내부 라인은 시뮬레이션의 경계조건 상 큰 의미는 없다.
바닥도 곰팡이와 결로의 문제점을 노출하고 있지만, 대부분 바닥난방을 하는 국내 주거시설의 특성상 큰 문제를 야기하지는 않는다.. 즉, 콘크리트 구조에서 외단열이라 할지라도 바닥과 벽체가 만나는 지점에서 온도가 많이 떨어짐을 알 수 있다.
그러므로 기초부위에도 실내측 단열은 한계가 있다는 결론에 도달하게 된다.
물론, 단열재의 실내측에 방습층을 확실하게 시공할 경우 하자의 요인은 현저히 줄어들 수 있으나, 최선의 방법은 아닌 것이다. 


상기의 그림에 있는 매트기초에 외단열로 단열을 하면 아래 그림과 같다.

여기서 기초하부의 단열재가 과연 주택의 하중을 받아도 문제가 없을 것이가? 라는 문제는 일단 다음으로 넘어가기로 한다. 결론부터 이야기하면 문제는 없다.

원론적으로 상기의 그림처럼 외단열로 해야 한다. (GL +200~300 까지는 압출법보온판을 사용) 
하지만, 위와 같이 기초하부가 사선으로 되어져 있는 경우 그림을 그리기는 쉽지만 현장에서 그림처럼 시공하는 것은 불가능에 가까우며 억지로 할 경우 인건비로 인해 그 비용을 감당하기 어렵게 된다. 

아래는 기초하부가 사선으로 되어져 있는 경우의 기초하부 단열재 시공모습니다. 저 형태를 만들기 위해 정말 많은 사람이 무수히 많은 땀을 흘렸음에도 결과는 만족스럽지 못하다. 



일단 사선부분에 무근이 잘 고정되지도 않을 뿐더러 단열재를 붙히기 위한 면을 만들기는 더더욱 어렵다
특히, 면이 고르게 만드는 것이 불가능하기 때문에 단열재와의 사이에 공극이 발생하고 이를 해결하기 위하여 결국 단열재를 다시 해체하고 다시 면을 잡는 공정이 추가로 투입되었다. 많은 금액과 노력이 배로 들 수 밖에 없었고,결과적으로 불가능한 방법을 억지로 하는 것이라는 판단이다.
(경험상 이러한 형태의 기초 외단열에 약 500만원정도가 더 들어간다.)



그러므로, 기초의 형성방법은 매트기초라 할지라도 사선으로 구조계산이 되는 것이 아니라 직각으로 풀어야 한다.

위와 같이 되어야 공사가 답이 나온다.

낯선 형태일테지만 구조설계사무소에 기초를 직각으로 풀어달라고 요구하면 어렵지 않게 풀어오는 것을 볼 수 있다.
아래는 직각 형태의 기초를 구조계산하여 풀어낸 하나의 샘플이다. (이 도면대로 다른 집을 할 수는 없다. 반드시 구조기술사에 의한 구조계산이 수행되어야 한다.)


                                              [슬라브하부의 다짐 허용지내력은 건물자중에 따라 다름]




Comments

1 차동광 2011.03.08 08:26
의문을 가지고 있던 부분을 시원히게 해결해 주셔서 감사합니다...다음이 더 궁금합니다...무슨 드라마 처럼요...ㅎㅎㅎ
1 김진엽 2012.01.26 00:30
단열재 흡수력에 질문을 올린것과 연관질문입니다.
0.8mm비닐을 먼저깔고 그위에 단열재를 올릴생각인데 단열재의 종수 호수에 상관없이 침하가 안이루어지나요?
침하다음. 결로로인한 곰팡이가 바닥에 안피려면 최소 어떠한 단열재를 깔아야 문제를 해결할수있을지 의문이 듭니다

아휴.. 앞으로 밑에 읽은글들이 태산인데 이다음 질문이 생길경우 공책에적어놨다가 제보잘것없는
능력이상.. 거의다겠지요.. 이필요하다면 저만한 사람들이 수두룩할텐데 하면서 답변좀 부탁드리겠습니다..
M 관리자 2012.01.26 07:22
기초하부는 압출법을 사용하셔야 하며, 압출법의 밀도상 2층까지는 침하가 발생하지 않습니다.
결로로 인한 곰팡이는 바닥단열재 두께만 상관있는 것이 아니고, 전체적인 바닥의 열교를 고려하셔야 합니다. 아마도 기술자료실의 글 들을 찬찬히 보시면 이해되시리라 생각합니다.
감사합니다.
1 최광정 2012.02.15 13:32
상기의 경사부는 기초 및 슬라브(또는지중보와  매트기초)콘크리트의 일체타설을 위한 것으로 판단되며 이러한 경우 공기 및 공사비가 아래의 경우보다 유리해진다고 봅니다. 아래의 방법으로 했을 경우 콘크리트를 두번쳐야 하며 되메우기를 별도로 해야 합니다.
상기의 글의 원래 취지,즉 단열의 연속성으로 따지자면 아래의 방법이 맞다고 판단되지만 공사비,공기등의 증가 가능성에 대한 언급은 있어야 한다고 판단됩니다.
차라리 내측 옹벽을 바닥부터 약 30cm정도 높이로 2~3cm파내어 단열보강을 하는 처리방법은 어떨런지요?
M 관리자 2012.02.15 18:01
안녕하세요..
공사비 증가 등은 본문글에 언급되어져 있습니다.

지금은 번잡하고, 비용이 들지만 최근 독일에서 타설을 한번에 끝낼 수 있도록 하는 부자재가 나오기 시작하였습니다. 우리나라도 하다보면 점점 좋아지지 않을까 생각하고 있습니다.

그리고, 죄송합니다만, 말씀하신 방법을 조금 이해하기 어렵습니다. 조금 자세히 설명해 주시면 공부에 도움이 많이 될 것 같습니다.
감사합니다.
1 김병수 2014.03.20 22:32
콘크리트 3층 건물엔 무리란 이야기고 목구조에선 가능하나 3층까지만 안정된다는 말씀이시군요
그리고 GL +200~300은 원지반보다 200~300㎜ 올려시공한다는 의미죠?
그런데 단열제 두께는 얼마로 적용을 해야할까요? 단열제가 두꺼울수록 건물은 낮아져야할것 같은데....
무식해서 그런지 아는것도 없어 죄송할 따름입니다.
M 관리자 2014.03.21 03:30
안녕하세요.
http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_01&wr_id=155
이 글 위에서 조금 내리시면 단열재 두께가 나와 있습니다. 참고하시면 되실 듯 합니다.

지반에서 얼마를 올리실지, 그리고 그 높이에 따른 기초의 두께와 형식 등은 설계하시는 건축사와 상의를 해서 결정하셔야 합니다.

감사합니다.
1 김성진 2014.12.24 00:49
새로 가입한 회원입니다. 좋은 자료 감사합니다. 정말 좋은 일 하시는군요^^
2 고정룡 2016.09.25 21:24
안녕하세요  늘 좋은 말씀 감사합니다.

1호 부터 11호 주택의 주택 사진을 관심있게 보았습니다.

그런데  몇 집은 땅을 파내지 않고 바로 시공하는것 처럼 보입니다.

관리자님의 칭찬글도 보이구요

땅을 파내지 않은 것처럼 보인것이 맞는지요?
땅을 파지 않고 기초를 했다면  문제는 없는지요?


한국 건축 발전에 기여해 주셔서 감사합니다
저같은 시공자에게 빛같은 말씀이십니다.

감사합니다.
M 관리자 2016.09.25 21:34
그렇지는 않습니다.
지내력이 나오는 표면에 바탕을 두고.. 절토든 성토든 상관없이 기초의 저면이 최종 지표면으로 부터 300mm 이상 들어가게 결과가 나오면 됩니다.
사진으로는  대지 넓이게 비해 300mm의 깊이가 거의 표면에 그냥 올리는 것 처럼 보일수도 있습니다.
2 고정룡 2016.09.25 21:35
관리자님 정말 감사드립니다.
M 관리자 2016.09.25 21:40
별말씀을요.. 감사합니다.
2 고정룡 2016.09.28 15:20
관리자님 바로 위에서 말씀해주신 기초 깊이  저면 300mm 의 조건을 알수 있을까요?

그리고 여기에 여쭤봐도 될런지 모르겠지만

곰팡이가 생기는 조건이 상대습도 80 %라고 말씀해 주셨고

패시브 하우스의 벽체 열관류율로 하면  생기지 않는다 말씀해 주셨는데

이때 어떤 조건으로 이루어진 계산인지가 궁금합니다.

그외 다른 조건도 알고 싶습니다.

예를 들어 외부 몇도 습도 몇프로? .내부 몇프로..

그리고  지금 개정된 단열법규로 시공한다면  붙박이장 커튼을 감안하지 않은 상태에서

곰팡이가 생기지 않을것이라 말씀해 주셨는데

이 말씀은  목구조의  토대 부분 , 해더부분의 열손실도 포함 된것인지요?

매번 좋은 말씀 감사합니다.
M 관리자 2016.09.28 15:50
300mm 는 아래 글을 보셔요..
http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_01&wr_id=112

패시브하우스의 벽체 열관류율과 곰파이 생성조건은 아래 글을 보셔요..
http://www.phiko.kr/bbs/board.php?bo_table=z3_01&wr_id=580

아닙니다. 열교가 없다는 전제로 드린 말씀입니다.
1 박경원 03.23 15:56
본문에서 "여기서 기초하부의 단열재가 과연 주택의 하중을 받아도 문제가 없을 것이가? 라는 문제는 일단 다음으로 넘어가기로 한다. 결론부터 이야기하면 문제는 없다." 라고 하셨는데.

혹시 이 문제 없는 것에 대한 기준이 있나요?
3층 건물이하라던지. 지내력이 어느정도 된다던지.
압축강도 얼마이상의 단열재라던지. 이런 기준이 있는지 궁금합니다.

설계사무소에서는 위와 같은 도면을 보내주었는데.
시공사에서는 단열재가 하중을 직접 받는 구조라 불안하다고 말을 하고 있어서 고민하고 있습니다.

검색해보면 단열재의 압출법보온판 특호의 압축강도가 25정도인데.
이정도면 콘크리트정도는 되어 문제 없다는 글을 보기도 했거든요.

시공사에서 문제를 제기하여 단열제를 외부에 두르지 않고 콘크리트 위에 올릴 것 같은데.
그러면 위 자료처럼 열교가 발생 하겠더라구요.

어떻게 하는게 맞는 방법일가요?
M 관리자 03.24 00:42
안녕하세요.. 현재의 압축강도로 2개층까지는 구조계산없이 가능합니다.
3개층이라면 별도의 구조계산이 수반되어야 합니다.
별도의 계산이라 함은.. 범위 내에는 들어 오지만.. 건축물의 형태에 따라서 가능할 수도 불가능할 수도 있다는 의미입니다.
지내력은 단열재와 무관합니다. 지내력은 건축물 자체를 받아 내야 한다는 것이 전제조건입니다.
G 궁금이 03.24 09:01
안녕하세요?
기초하부 전면에 설치되는 단열재의 강도는 설계된 지내력이상 되어야하는것이 아닌가요?
M 관리자 03.24 09:20
네 기본적으로는 그렇습니다.
그래서 구조계산이 필요한거구요.
1 박경원 03.24 20:46
구조계산은 구조기술사분께 따로 문의 드려야 하나요?

그리고 불가능할 경우에는 다른 대안은 어떤 방법이 있나요?
찾아본 바로는 대부분의 시공사에서는 사진 처럼 저렇게 시공을 하던데.
열교가 나는것을 감안하고 하중의 전부를 단열재에 가지 않게 저렇게 시공 하는 방법이 대안이 될 수 있나요?
M 관리자 03.24 22:01
아니어요..
풀어 낼 수 있습니다. 콘크리트 건물은 어차피 2층부터 내진구조로 설계되어야 하므로, 구조계산을 거쳐야 합니다.
1 박경원 03.27 03:44
네. 고맙습니다. 알아보겠습니다.