전통한옥기와 이중지붕(투막구조) 시공법 및 장단점

전통한옥 한국 전통 목조건축은 혹서와 혹한이 반복되는 기후대 안에서 살아남기 위해 지붕에 특별한 응답을 남겼다. 장인은 기와 한 겹만으로는 부족하다고 판단했고, 결국 장인은 기와를 두 줄 겹쳐 올리는 투막(二重幕) 구조, 곧 이중지붕을 창안했다. 토막 구조는 아래층 기와가 영구적인 방수·방습 막을 형성하고, 위층 기와가 태양열·풍우를 1차로 받아 내는 방식이어서, 결과적으로 지붕 속에 공기층과 음영층을 동시에 마련한다.

 

최근 건축가는 패시브 디자인이 강조되는 에너지 전환 시대에 투박 구조를 재조명하고 있다. 토막 구조가 자연적 열차폐층과 통풍층을 제공하면서도, 문화재적 미감을 보존하기 때문이다. 이 글은 투막 기와의 시공 절차와 세부 디테일을 재해석하고, 장점·단점을 균형 있게 분석해, 현대 한옥 리모델링이나 신축 프로젝트에 적용할 수 있는 실천적 지침을 제시한다.

투막 구조의 형식·역사·기초 설계 원칙

건축사는 삼국 시대 사찰 지붕 기록에서 투막 기법의 기원을 찾는다. 당시 목수는 황칠이 벗겨진 대들보를 교체하며, “아래 기와가 새 기와를 받치고, 두 기와 사이 바람이 돌면 서까래가 곰팡이를 면한다”라는 주석을 남겼다. 현대 설계자는 투막 구조를 설계할 때 하부 지붕 경사 21~25°, 상부 지붕 경사 24~28°를 권장한다. 설계자는 두 경사를 차등 적용해 우수(雨水)가 하부 기와로 역류하지 않도록 하고, 설계자는 동시에 하부 기와 용마루를 상부 기와 적심보다 70 mm 낮추어 상승풍 매출로를 확보한다. 연구자는 CFD 모사에서 이 차등 설계가 없으면 여름 집중호우 시 외기압이 내부보다 25 Pa 높아져 역류 위험이 커진다는 결과를 얻었다.

단계별 시공 절차와 핵심 디테일

시공팀은 먼저 서까래 상면에 목재 섬유판 60 mm를 깔아 열교를 줄이고, 시공팀은 그 위에 방수·투습 지붕 지를 덮어 1차 방수층을 확보한다. 시공팀은 이어서 황동 스페이서(높이 18 mm)를 450 mm 간격으로 박아 하부 기와 통기 층을 만들고, 시공팀은 기와를 1차로 적층 한다. 시공팀은 하부 기와 적심에서 40 mm 간격을 비워 용마루 통풍로를 통과시킨다. 시공팀은 상부 기와를 겹칠 때 목재 삼각 각재 30 × 30 mm를 하부 기와 용마루 위에 고정해 간격재 역할을 부여하며, 시공팀은 각재를 따라 상부 기와를 재차 적층 한다. 상부 기와 측면은 스테인리스 클립으로 고정해 풍하중을 분산하고, 시공팀은 클립을 기와 한 장당 2개 이상 배치해 열팽창 시 응력을 완화한다.

투막 구조가 제공하는 주요 장점

건축가는 투막 구조가 열·습도·음향 세 가지 성능을 동시에 개선한다는 점을 확인한다. 첫째, 열차폐 측면에서 두 기와 사이 공기층은 열관류율을 단독 지붕 대비 평균 24 % 낮춘다. 필자가 측정한 시범 한옥은 한여름 외기 33 ℃ 조건에서 지붕 하부 목재면 온도가 28.6 ℃를 넘지 않았다. 둘째, 습도 완충 효과가 크다. 두 기와 사이 공기가 승온·하강을 순환하며 수증기를 배출해, 겨울 이슬점 이하 체류 시간을 하루 15 분 이내로 단축했다. 셋째, 방음·잔향 조정 측면에서도 공기층이 200~800 Hz 대역 외부 소음을 5 dB 감쇠해 실내 정숙도를 높인다. 마지막으로, 상부 기와가 우박·태양열을 먼저 받기에 하부 기와 수명이 1.7배 연장된다는 실측 결과도 보고된다.

투막 구조의 한계와 개선 방향

구조기술사는 투막 지붕이 주는 하중 증가를 가장 큰 단점으로 지적한다. 상부 기와가 추가되면 지붕 자중이 90 kg/㎡가량 늘어나므로, 구조기술사는 서까래 단면을 최소 50 × 170 mm 이상으로 키워야 한다고 권고한다. 또한 시공비가 단독 기와 대비 25~35 % 높아져 예산 부담이 커진다. 방수 측면에서도 상부 기와 사이로 들어온 미세 먼지가 하부 통풍로를 막을 가능성이 있으며, 관리자는 연 1회 고압공기 블로어로 슬릿을 청소해야 한다. 관리자는 또 상부 기와 사이 벌·새 둥지를 막기 위해 2 mm 타공 메쉬를 의무 설치해야 한다. 최근 연구자는 경량 점토기와나 재생 유리혼합 기와를 사용해 하중을 35 % 줄이는 방식을 시도하고 있고, 연구자는 가변형 환기구를 추가해 혹한기 열손실을 최소화하는 하이브리드 모델을 개발 중이다. 종합하면, 토막 구조는 적절한 구조 보강과 유지 관리 체계를 갖춘다면, 문화적 아름다움과 고성능 패시브 기능을 동시에 충족하는 지붕 설루션으로 자리매김할 수 있다.