1. 연구 목적

2009년 6월에 “장기 우량 주택의 보급 촉진에 관한 법률”이 시행되어 단독 목조주택의 인정에 관한 순조로운 출발을 보이고 있다. 그렇지만, 현행의 인정 기준은 약 30년 전에 실시한 기술적인 내용을 담고 있어, 현대의 목조주택의 건축 방법에서 보았을 경우 많은 검증해야 할 과제가 있다. 예를 들면, 기후 변화나 새로운 외래 흰개미의 출현 등에 의한 부후균(腐朽菌, 나무를 썩게 하는 미생물) 및 흰개미 등의 열화 외력을 재평가해야 하며, 당시에는 출현하지 않았던 새로운 공법도 보급되고 있다.

<다양한 분야에서 보급되고 있는 목조 주택․건축물>

또, 목조주택의 장기 사용에 기본이 되는 목재, 목질 재료, 접합 부재(철물 등) 등에 필요한 재료 등의 품질이나 내구성에 관한 요건이 명확하지 않다. 아울러, 장기 우량 주택이 상정하는 내구연한의 내구성을 확보하려면, 이러한 건축자재가 열화되어 필요한 강도, 성능을 유지할 수 없게 되기 전에 점검을 실시해 교환하는 등의 조치가 필요하지만, 교환을 용이하게 실시할 수 없는 경우도 적지 않다. 적절한 장기 우량 주택의 보급을 추진하기 위해서는, 상기와 같은 사항에 대해 기술적인 자료를 수집해, 필요 시 개선 사항, 수정 사항의 근거가 되는 지식을 축적한 다음, 인정 기준의 방향, 그리고 그 구체적인 내용을 제시해 나갈 필요가 있다.

본 보고서는 이와 같은 배경을 근거로 장기 우량 주택에서의 내구성상의 현행 인정 기준의 근거가 되고 있는 기술적 지식에 대해 현대적인 관점에서 재검증을 실시하는 것을 목적으로, 여러 항목에 대해 검토하여 그 성과를 정리하였다.

2. 연구 방향

가. 장기간 사용하는 목재, 목질 재료 등의 강도 열화 기구의 해명과 그 예측 수법의 개발

(1) 흰개미의 종류와 생식 조건(지역: 온습도 환경)을 정리해, 열화 외력의 실태를 조사․파악한다.

(2) 목재, 목질 재료의 생물 열화와 강도의 관계를 실험적으로 해명해, 그 강도 저하가 건축물 전체의 구조 성능에 주는 영향을 실험, 해석의 양면으로부터 검토한다.

(3) 보존 처리 약제의 현상과 실태를 파악해, 그 효력의 지속시간을 촉진 열화 시험 등에 의해 파악한다.

(4) 장기 우량 주택의 각 성능(내진, 내풍, 에너지 절약, 유지 관리 용이성 등)이 담보되지 않는 한계 상태를 정의해, 그 한계 상태에 이르는 과정과 시간의 측정방법에 대해 검토한다.

(5) 실제 크기의 주택을 제작해 열화 대책 기술의 유효성 및 그 지속시간을 검증하기 위한 실험 조건 및 검증 방법을 검토한다.

나. 목조주택의 장기 성능의 열화의 조기 발견을 위한 실용적인 검사․진단, 유지관리수법의 확립과 그 실효성 확보의 검토

(1) 목조주택의 검사․진단, 유지 관리의 방법․빈도에 대한 현상과 실태를 조사․파악한다.

(2) 장기 우량 주택에서의 열화 대책 기술과 검사, 진단, 유지관리 방법․빈도와의 관계를 정리한다.

(3) 열화 대책 기술과 검사․진단, 유지 관리의 방법․빈도를 조합한 유효성을 실제 크기의 주택에서 검증하기 위한 실험 조건이나 검증 방법을 검토한다.

3. 연구 결과

가. 각종 흰개미 분포, 피해 실태에 관한 검토

전국의 흰개미 방제 업자를 대상으로 피해 실태 앙케트 조사를 실시한 결과, 흰개미의 현재의 야외 분포 북방 한계는 홋카이도 나요로시(名寄市, 북위 44도 37부, 동경 142도 46부)이며, 지금까지의 피해 가옥의 북방 한계는 홋카이도 루모이시(留萌市, 북위 43도 96부, 동경 141도 64부)였지만, 이번 조사 결과에서는 피해 가옥의 북방 한계는 홋카이도 삿뽀로시(북위 43도 7부, 141도 35부)였다.

나. 건축 유해균에 관한 검토

최신의 유전자 배열을 이용한 목재 부후균 분류 수법을 건축 유해균의 분류에 적용해, 균사(菌絲, Hypha) 및 자실체(子實體, Fruit body)가 명확하지 않은 주택 등의 노후 부재로부터 목재 부후균을 검출해, 건축 유해균에 관한 지식을 습득하는 것을 목적으로 검토를 실시하였다. 그 결과, 목재 부후균을 정성, 정량하는 방법의 하나로서 GAPDH 유전자의 이용이 유효하다는 것을 밝혔다. 또, mRNA나 단백질의 발현 해석에도 적용할 수 있다는 점에서, 향후 환경 중의 목재 부후균의 동태 모니터링을 실시하는데 있어서 GAPDH 및 본 효소 유전자는 중요한 툴이 될 것으로 보인다. 또, 풍부한 데이터베이스를 이용한 ITS(Internal Transcribed Spacer) 영역에 의한 균총(菌叢, Colony) 해석과 GAPDH 유전자에 의한 정량적인 균총 해석 수법을 조합하여, 보다 상세한 목재 부후균의 모니터링의 가능성이 시사되었다.

다. 보존 처리의 내구성과 내구성능에 관한 검토

“주택 품질확보의 촉진 등에 관한 법“의 “방부 및 방의(防蟻, 흰개미 대책)에 유효한 약제”는 일본 농림규격이나 일본공업규격(JIS)을 비롯한 여러 규격에 의해 규정되어 있다. 하지만, 이러한 약제로 처리된 보존 처리 목재의 효력의 지속성에 대해서는, 일부의 주입처리용 목재 보존별로 옥외 폭로(暴露) 20년 이상의 장기 시험의 실적이 있지만, 그 외 많은 목재 보존제에서는 주입 처리용 목재 보존제로 10-15년, 표면 처리용 목재 보존제에서는 2년 정도의 시험 실적 밖에 없는 것이 대부분이다. 또, 옥외 폭로의 열화 환경은 통상의 주택 내의 열화 환경보다 훨씬 가혹하여, 옥외 폭로로 요구된 내구연한을 그대로 주택 부재로서 사용했을 시의 내구연한으로 하는 적용하는 것은 적절하지 않다. 이에 보존 처리 목재를 적절히 관리된 주택의 구조용 부재로서 장기간 사용했을 때의 내구성을 예측하는 것을 목적으로 촉진 폭로 시험을 실시하였다. 그 결과, 일부 유효 성분은 50℃나 80℃의 고온에 노출 시, 약제의 휘산(揮散)이나 분해가 촉진되어 단지 3개월이라고 하는 단기간에도 잔존량이 큰 폭으로 감소하는 것이 밝혀졌다. 다만, 각 약제의 경향을 명확히 하기 위해서는, 폭로 시험을 계속해, 한층 더 데이터를 축적할 필요가 있다.

라. 내구성 향상 조치로서의 신공법의 건전도 실태 조사

현대 목조주택에 적용되고 있는 새로운 공법(외단열, 고기밀 고단열, 매트기초, 마루밑․다락(천정과 지붕 사이의 공간) 환기, 벽체 환기, 철물 등)에 관한 실태 조사를 실시해, 내구성능을 검증함으로써 내구성능을 향상시키기 위한 조치 등에 대해 검토하였다. 이번 조사에서는 신공법의 내구성능의 실태를 조사하기 위해서 대기업 주택업자뿐만 아니라 보험보증검사 회사를 중심으로 한 청취 조사와 자료 수집을 실시해, 일부 회사에 대해서는 사고 조사 사례에 관한 자료 등의 제공을 받아 이의 분석․정리를 실시하였다. 그 결과, 이전 조사 결과와 마찬가지로 물(수분)과 관련한 장소 등이 사고 사례의 대부분이며, 특히 발코니를 포함한 외벽에 피해가 집중하고 있는 상황을 알 수 있었다.

마. 접합부의 강도 열화 평가

생물 열화 피해를 받은 접합부의 강도 평가를 실시하기 위해서, 흰개미와 부후균에 의한 피해 시험체를 각각 작성해, 이를 기초로 접합부 강도 시험을 실시하였다(부후균에 의한 시험체는 부후도(腐朽度)가 부족하기 때문에, 강도 시험은 미실시). 강도 시험한 접합부 시험체의 열화 상황은 밀도, 피로딘(Pilodyn), 레지스터 그래프, 초음파, 화상 데이터 등을 이용해 기록하고, 수집한 데이터를 기초로 접합부의 성능을 평가하는데 있어서 유효한 비파괴 파라미터를 검토하였다.

바. 구조체가 허용 할 수 있는 습윤 상태의 검토

구조체(기둥, 토대, 대들보 등)가 허용 할 수 있는 습윤 상태를 검토하기 위해, 분위기 습도가 주기적으로 변동할 때의 유도기(誘導期, Lag phase)와 대수증식기(對數增殖期, Logarithmic growth phase)에서의 노후 진행에 관한 실험을 실시하였다. 그 결과, 유도기에서는 균사 접종 후 1개월 정도에서 약간의 질량 감소를 볼 수 있었지만, 그 수치가 1∼3%로 적기 때문에 균사 정착 시간의 판정은 어렵고 향후 추이를 지켜볼 필요가 있다. 대수 증식기의 노후 진행에 대해서도 마찬가지였다. 또, 부후균 생육 후에 영양이 될 수 있는 기존 건물에서의 목재의 질소 함유량 조사를 실시한 결과, 결로나 빗물의 영향이 생기는 부위에서 질소 함유량이 높은 값을 나타내는 것을 알았다.

사. 다락 환기구의 요구 성능에 관한 검토

현행의 에너지 절약 기준에 준거하는 성능을 가지는 건물을 대상으로, 구조체의 틈새 상태나 방습․기밀성능에 주목한 실험을 실시해, 다락 환기 면적의 요구 성능을 검토하기 위한 데이터 수집을 실시하였다. 이번 조사에서는 실험뿐만 아니라 다수 실제 환기를 고려한 시뮬레이션 계산을 실시해, 기밀성 및 지붕 형상의 영향에 대해 고찰을 더하였다. 그 결과, 다락 습도 성질과 상태에는 기밀성능의 확보가 중요하고, 다락에 연결되는 외벽 환기층이 다락 환기에 기여하는 것 등을 알 수 있었다.

아. 접합 철물의 내구성 평가에 관한 검토

장기 우량 주택의 접합 철물의 내구성 기준 및 JIS 기준에 반영시키는 것을 목적으로, 목조주택에서의 접합 철물 및 접합 도구의 열화 특성을 명확히 하기 위한 몇 가지 실험을 실시하였다. 이번 조사에서는 특히 부식이 현저해진다고 여겨지는 보존 처리 목재 또는 산성도가 높은 수종(樹種)과 접촉하고 있는 철물의 부식 실험을 중심으로 실시하였다. 실험은 방청 처리 18종과 보존 처리 목재 14종, 무처리 목재 2종의 모든 조합에 대해, 옥외 폭로 시험과 내습 시험의 2종을 실시하였다. 시험장소는 홋카이도, 츠쿠바, 요코하마, 교토의 4개소로 하였다. 실험 개시 후 3개월이 경과한 시점에서의 결과는 구리를 포함하는 보존 처리 목재에서는 아연 도금계의 철물에 부식이 많이 발생하였고, 그 외 다른 조합에서는 비교적 안정되어 있는 것을 알았다.

자. 장기 우량 주택에서의 유지 관리에 관한 검토

장기 우량 인정에서의 유지 보전 계획의 현상을 파악하고, 유지 관리의 기본이 되는 점검의 주기, 부위나 방법의 매뉴얼화에 이바지하는 지식을 체계화하는 것을 목적으로, 건축사무소 및 주택건설업자를 대상으로 한 실태 조사를 실시하였다. 그 결과, ①건설업자의 규모가 클수록 독자적인 유지 보전 계획을 작성하는 경향이 높고, 규모가 작은 업자는 공적인 제삼자기관이 작성한 유지 보전 계획을 참조, 인용하고 있는 경향이 있었다 ②장기 우량 주택에 대한 대처는 건설업자의 지역이나 규모에 상관없이, 관심이 높은 건설업자는 적극적으로 채용하고 있는 것으로 보이는 반면, 관심이 없는 건설업자는 향후에도 도입할 예정이 없었다 ③장기 우량 주택의 인정에는 비용이 소요되기 때문에, 아무래도 고객의 요구에 맞는 대응이 중요하지만, 자사 기준이 장기 우량 주택의 인정 이상인 건설업자 등 기술력이 높은 건설업자는 모든 건물을 장기 우량 주택에 대응시키는 등 적극적인 대응을 전국 각지에서 볼 수 있었다. 또, 점검․개수 주기에는 신뢰성 공학의 개념을 도입한 새로운 예방 보전의 검증이 요구되고 있었다.