한옥은 어떻게 짓고 데울까

모형이 보여 주는 것

한겨울 옛집에 들어서면 바닥 두 가지가 나란히 있습니다. 방바닥은 하루 종일 앉아 있어도 될 만큼 따뜻한데, 한 걸음 옆 대청마루의 널은 바깥 공기만큼 차갑습니다. 두 공간은 무거운 기와지붕 하나를 함께 이고 있고, 그 지붕은 못을 박기보다 깎아 맞춘 나무 뼈대가 받칩니다. 이 페이지는 그 집을 한 부분씩 풀어 봅니다.

모형은 온돌방 한 칸과 대청마루 한 칸으로 된 작은 한옥입니다. 칸마다 가로세로 2.4 m이고, 지붕은 도리 셋으로 짠 가장 간단한 3량가 맞배지붕입니다. 돌 기단이 집을 45 cm 들어 올리고, 둥근 기둥 여섯 개가 초석 위에 서 있으며, 처마는 기둥 줄 밖으로 1.3 m 나옵니다. 집 옆 돌 받침에는 기둥머리 맞춤 세 가지를 실제의 두 배 크기로 올려 두었습니다. 결구 분해 막대로 맞춤을 풀 수 있고, 날짜와 시각을 바꾸면 서울 하늘의 해가 움직이며, 처마 깊이도 바꿀 수 있습니다. 아궁이에 불을 넣으면 방바닥 밑으로 불길이 지나갑니다. 오른쪽 「순서대로 보기」는 여덟 장면을 차례로 보여 줍니다.

치수는 국립민속박물관 한국민속대백과사전과 국가유산청 기고문에 나오는 살림집의 범위 안에서 골랐습니다. 어느 한 건물을 실측한 값은 아닙니다. 출처가 지역과 시대마다 다르다고 한 부분은 이 글에서도 그렇게 적었습니다.

접착제도 볼트도 없이 뼈대가 서는 이유

한옥의 뼈대는 세로로 선 기둥, 가로로 놓인 보와 도리, 비스듬히 걸린 서까래로 이루어집니다. 부재가 만나는 자리를 결구라고 부릅니다. 결구에는 두 가지가 있습니다. 이음은 두 부재를 길이 방향으로 이어 나무를 길게 만드는 방법이고, 맞춤은 보가 기둥에 닿을 때처럼 직각이나 비스듬한 각도로 만나는 부재를 짜는 방법입니다. 어느 쪽이든 한 부재에는 튀어나온 장부를, 다른 부재에는 장부 구멍을 만듭니다. 한국민족문화대백과사전은 기본 맞춤으로 통장부맞춤, 반턱맞춤, 장부맞춤, 주먹장맞춤, 연귀맞춤, 사개맞춤을 듭니다.

흔히 한옥은 못을 하나도 쓰지 않는다고들 합니다. 국가유산청 기고문에서 대목 윤정훈은 이 말을 바로잡습니다. 서까래는 주심도리에 연정이라는 못으로 고정하고, 서까래 끝의 평고대와 맞배지붕 옆면의 박공널도 못으로 박으며, 띠쇠나 감잡이쇠 같은 철물로 결구를 보강하기도 합니다. 그래도 큰 뼈대를 붙잡는 것은 결구의 모양과 그 위를 누르는 무게입니다. 지붕은 무겁고, 잘 깎은 결구일수록 무게가 실릴 때 부재끼리 더 단단히 맞물립니다.

기둥머리를 네 갈래로 나누는 사개맞춤

받침 위의 첫 번째 맞춤은 사개맞춤입니다. 기둥 꼭대기를 열십자로 파면 상자 모서리처럼 네 갈래가 남습니다. 서로 직각으로 들어오는 가로재 두 개는 홈 안에서 엇갈리는 부분을 각각 절반 깊이만큼 따 냅니다. 그래서 하나가 다른 하나 위에 얹히고, 둘이 합쳐 홈을 꽉 채웁니다. 모형에서는 아래 부재를 먼저 넣고 위 부재를 그 위에 덮습니다. 옆으로 당기면 네 갈래가 붙잡고, 들어 올리면 위 부재가 먼저, 그다음 아래 부재가 빠집니다. 끼운 순서의 반대입니다.

같은 사전에 따르면 사개맞춤은 기둥 위치에 따라 달라집니다. 건물 가운데의 평주에서는 가로·세로 부재가 반턱으로 맞물리면서 서로 주먹장이음을 하기도 하고, 모서리의 우주에서는 홈 안에서 창방끼리 반턱맞춤을 합니다. 모형은 가장 기본적인 모양을 보여 줍니다.

위로만 빠지는 주먹장맞춤

결구 종류를 두 번째로 옮겨 보세요. 주심도리 밑에 대는 납작한 부재인 장혀의 끝을 주먹처럼 끝은 넓고 목은 좁게 깎았습니다. 기둥머리에는 같은 모양의 홈이 있습니다. 장혀는 위에서 내려 끼웁니다. 일단 내려앉으면 옆으로 당겨도 넓은 끝이 좁은 입구에 걸립니다.

국가유산청 기고문은 이 가벼운 부재를 먼저 끼우는 까닭도 설명합니다. 장혀가 기둥머리끼리 미리 잡아 주면 훨씬 크고 무거운 대들보와 도리를 들어 올려 앉히기가 수월해집니다. 목수는 주먹장의 위쪽 면을 아래쪽보다 한 푼(약 3 mm)쯤 넓게 깎아서 내려 박을수록 꽉 끼게 만듭니다.

세 번째는 장부맞춤입니다. 여기서는 장부가 기둥의 홈을 뚫고 지나갑니다. 장부맞춤은 당기는 힘에 약해서 빠지기 쉽기 때문에 산지라는 단단한 나무못을 가로질러 박아 잠급니다. 모형에서는 산지가 먼저 빠지고 그다음 장부가 미끄러져 나옵니다.

지붕 무게가 땅까지 가는 길

「힘의 길」을 켜 보세요. 주황 선은 동쪽 가구를 따라 지붕 무게가 내려가는 길입니다. 기와와 그 밑의 흙이 개판과 서까래를 누릅니다. 서까래는 도리와 도리 사이에 걸려 있어 그 무게를 도리에 넘깁니다. 3량가인 이 집에서는 기둥 줄 위의 주심도리와 꼭대기의 종도리가 받습니다. 국립민속박물관 사전의 「도리」 항목도 도리가 여러 서까래의 하중을 모아 보에 전달한다고 설명합니다.

주심도리는 기둥 바로 위에 있으니 그 몫은 보 머리와 기둥을 거쳐 거의 곧장 내려갑니다. 종도리는 보 한가운데의 판대공 위에 있으므로 그 몫은 보의 가운데로 내려오고, 보가 휘면서 그 무게를 양 끝 기둥으로 보냅니다. 기둥에서 무게는 초석으로 넘어갑니다. 사전은 초석을 기둥에서 오는 건물 무게를 지반에 전하는 돌이라고 설명합니다. 무게는 다시 기단을 지나 땅으로 들어가고, 파란 화살표는 땅이 되받치는 힘을 나타냅니다.

처마가 1.3 m쯤 나오는 이유

지붕을 벽에서 끝내도 될 것 같지만 그러지 않는 데에는 까닭이 있습니다. 내민 처마가 흙벽과 나무에 비가 닿지 않게 하고, 여름에는 벽과 문에 그늘을 드리웁니다. 국립민속박물관 사전의 「처마」 항목(김왕직 집필)은 현존 건물을 조사한 숫자를 소개합니다. 기둥 밑에서 처마 끝까지 선을 그으면 그 선이 기둥과 이루는 각이 28~33°, 평균 30° 정도라고 합니다. 처마 내민 길이는 전체 평균이 약 2 m이고, 살림집이 약 1.3 m로 가장 짧으며 궁궐 건물이 약 2.5 m로 가장 깁니다. 남쪽으로 갈수록, 그리고 시대가 내려올수록 깊어지는 경향이 있고, 비가 적고 추운 곳에서는 짧게 합니다. 국가유산청 기고문(황의수)은 중부지방 처마를 대략 4자(약 1.2 m)로 보고, 남쪽은 조금 더 길며 함경도는 3자 정도라고 적었습니다.

모형은 1.3 m로 잡았습니다. 기둥 밑이 지면에서 0.65 m, 서까래 끝이 2.93 m 높이에 있으므로 각도는 29.7°가 되어 조사된 범위 안에 듭니다. 처마 깊이 막대를 움직이면 이 각도가 다시 계산됩니다. 0.6 m면 12.9°, 2.0 m면 46.0°로 실제로 지은 범위를 한참 벗어납니다. 기후만 처마 길이를 정하는 것은 아닙니다. 처마가 처지지 않으려면 서까래가 밖으로 나간 만큼 이상 안쪽으로 물려 있어야 하고, 서까래 한 개의 길이에도 한계가 있습니다.

서울 위도에서 여름 그늘과 겨울 볕

정오의 태양 고도는 90°에서 위도를 빼고 태양의 적위를 더한 값입니다. 서울은 북위 37.57°입니다. 하지에는 적위가 +23.44°라서 정오의 해가 75.9° 높이에 있고, 동지에는 −23.44°라서 29.0°밖에 되지 않습니다. 「처마」 항목이 중부지방 기준으로 든 76°와 29°와 맞습니다.

화면은 처마 끝을 스치는 햇빛 한 줄기를 마루 바닥까지 그립니다. 6월 정오에는 이 빛이 기둥 줄 앞 0.68 m 지점의 기단에 떨어지고, 마루 전체가 그늘에 들어갑니다. 12월 정오에는 같은 빛이 마루 2.4 m를 다 건너 뒷벽 밑동 3 cm 높이에 닿습니다. 3월과 9월 춘분·추분 무렵에는 정오 고도가 52° 안팎이라 볕이 마루 안쪽 0.3 m쯤까지 듭니다. 읽기 칸에는 고른 날짜와 7:00부터 17:00 사이 태양시에 맞춘 숫자가 나옵니다. 초여름 아침에는 해가 북동쪽에서 뜨기 때문에 해가 집 뒤에 있고, 마루에는 직사광선이 들지 않습니다.

조사 결과는 처마 깊이가 이 각도와 잘 맞는다는 것을 보여 줍니다. 그렇다고 옛 목수가 이 각도로 처마를 계산했다는 기록이 있는 것은 아닙니다. 출처들은 처마 깊이를 구조와 강수량과 햇빛이 함께 작용한 결과로 설명합니다. 지붕 물매도 관련이 있습니다. 처마 쪽 서까래를 10에 45치 오르는 물매(21.826.6°)로 완만하게 거는 이유 가운데 하나가, 처마를 깊게 내도 집 안이 어두워지지 않게 하려는 것입니다.

온돌방 밑에서 연기가 가는 길

「아궁이 불」과 「속 보기」를 켜 보세요. 온돌방의 바닥은 그 자체가 난방 장치입니다. 국가유산청 기고문(전북대학교 남해경)은 온돌의 구성을 아궁이, 구들장, 부넘기, 고래, 개자리, 연도, 굴뚝 순으로 정리합니다.

불은 서쪽 아궁이에서 탑니다. 열기는 함실에 모였다가 부넘기라는 낮은 턱을 넘습니다. 부넘기는 열이 고래 전체로 고루 퍼지게 하고, 아궁이에서 생긴 재가 고래로 넘어가지 못하게 막습니다. 턱을 넘은 불길과 연기는 흙과 돌로 쌓은 고래둑 사이 네 줄 고래를 따라 갑니다. 고래 바닥은 끝으로 갈수록 높아지는데, 사전은 불길이 아랫목에서 윗목까지 잘 이어지게 하려는 것이라고 설명합니다. 고래 끝에서 연기는 고래보다 깊게 판 개자리로 떨어지고, 그을음과 재가 그곳에 모여 나중에 쳐낼 수 있습니다. 그다음 연도를 따라 집 뒤 굴뚝으로 나갑니다.

고래둑 위에는 넓적한 구들장을 덮습니다. 구들장은 대개 모양이 고르지 않아서 틈에 작은 돌을 끼우고 진흙으로 메워 연기가 방으로 새지 않게 합니다. 함실 위에 얹는 함실장은 열기가 가장 센 자리라 더 크고 두꺼운 돌을 씁니다. 데워진 구들장은 바닥에 앉은 사람에게 열을 직접 전합니다. 방 안으로는 복사열을 내보내고, 그 위 공기는 데워지며 돌기 시작합니다.

방 한쪽이 더 따뜻한 이유

구들장의 색은 실측이 아니라 간단한 계산 모형에서 나옵니다. 함실의 연기를 400°C로 가정하고, 고래를 따라 갈수록 식게 했습니다. 돌마다 바깥 기온 5°C에 연기와의 온도 차이의 5분의 1을 더한 값으로 다가가게 했습니다. 불을 한참 때면 불 가까운 돌은 약 62°C, 개자리 쪽 돌은 약 23°C가 됩니다. 실제 온도는 땔감, 돌의 두께, 흙을 바른 두께, 불을 땐 시간에 따라 달라지고 집집마다 다릅니다. 그래도 결과의 모양은 같습니다. 불 가까운 아랫목이 따뜻하고, 먼 쪽 윗목은 덜 따뜻합니다.

마루 밑에는 불이 없는 이유

마루는 짧은 동바리 위에 떠 있어 밑으로 바람이 지나갑니다. 바닥은 무거운 귀틀 사이에 짧은 널을 끼운 우물마루입니다. 국립민속박물관은 우물마루를 한국 건축에서만 쓰는 독특한 마루 구성 방식이라고 설명합니다. 천장을 막지 않아 서까래가 그대로 보이고, 앞쪽은 마당으로 열려 있습니다. 대청은 여름철 가족 생활의 중심이었고 제사를 지내는 자리이기도 했습니다. 추운 겨울에는 생활이 따뜻한 온돌방으로 옮겨 갔습니다. 모형에서도 옆 방이 데워지는 동안 마루는 바깥 공기와 같은 5°C에 머뭅니다.

모형이 실제 한옥보다 단순한 점

실제 처마는 정면에서 보면 양 끝이 들리고, 위에서 보면 가운데가 안으로 휘어 들어갑니다. 팔작지붕이라면 모서리 추녀 양쪽에 선자서까래를 부챗살처럼 겁니다. 모형의 맞배지붕은 곧게 그렸습니다. 서까래는 같은 간격으로 놓았고 연정은 생략했으며, 기와 밑의 흙은 한 덩어리로 그렸습니다. 불은 함실아궁이처럼 함실에 바로 지피고, 부엌과 부뚜막은 넣지 않았습니다. 고래는 곧게 뻗은 줄고래이지만, 사전에는 부채고래, 맞선고래, 굽은고래, 되돈고래 같은 여러 모양도 나옵니다. 결구는 뼈대의 모든 접합부가 아니라 받침 위 기둥 하나에서만 보여 줍니다.

기와지붕 무게 계산: 기와, 흙, 기둥 하나

힘의 길을 켜면 주황색 선이 지붕 무게가 내려가는 길을 보여 줍니다. 이 절에서는 그 무게에 숫자를 붙여 봅니다. 국립방재교육연구원이 펴낸 『목조 건축물의 기존연구현황 자료집』은 국내 목조 건축물의 지붕을 층별로 나누어 제곱미터당 무게를 정리했습니다. 보통 한옥은 기와 150 kgf/m², 강회다짐 160, 보토다짐 160, 적심재 50, 서까래 위 산자·개판 15를 합쳐 535 kgf/m²로 잡습니다. 흙 두 층은 각각 두께 10 cm에 1,600 kgf/m³로 계산한 값입니다. 표의 흙·적심재·널 두께는 기와를 빼고 33 cm이고, 모형은 이를 30 cm 한 층으로 단순화했습니다. 여기서는 자료집 하중을 설명용 가정으로만 씁니다. 이 모형의 실측 하중이나 설계 권장값은 아닙니다.

모형의 지붕으로 계산해 봅니다. 용마루 방향으로는 박공 기둥 사이 4.8 m에 양쪽 0.6 m씩 내민 길이를 더해 6.0 m입니다. 건물을 가로지르는 방향으로는 한쪽 지붕면의 수평 길이가 기둥 줄까지 1.2 m, 처마 1.3 m를 더해 2.5 m입니다. 서까래가 10에 5로 오르므로 비탈 길이는 2.5 m ÷ cos 26.6° = 2.80 m입니다. 두 면을 합치면 6.0 × 2 × 2.80 = 33.5 m²입니다. 535 kgf/m²를 곱하면 약 17,900 kgf, 176 kN, 대략 18톤이 기둥 여섯 개 위에 얹혀 있습니다. 서까래와 도리, 보의 무게는 이 계산에 넣지 않았습니다.

이제 나눠 봅니다. 지붕의 절반은 앞 기둥 줄로, 절반은 뒤 기둥 줄로 갑니다. 한 줄의 기둥 셋은 양옆 기둥과의 가운데 지점까지의 지붕 띠를 각각 맡습니다. 끝 기둥은 내민 0.6 m와 반 칸 1.2 m를 합쳐 6.0 m 중 1.8 m, 30퍼센트를 맡고, 가운데 기둥은 2.4 m, 40퍼센트를 맡습니다. 그래서 가운데 기둥은 0.4 × 8,970 kgf = 3,590 kgf(35 kN), 끝 기둥은 각각 2,690 kgf(26 kN)를 받습니다. 지름 24 cm 기둥의 단면적은 452 cm²이므로 가운데 기둥은 3,590 ÷ 452 = 7.9 kgf/cm², 0.78 MPa로 눌립니다. 같은 자료집은 전통 목조 건축물의 기둥과 보는 지붕하중을 충분히 견딜 크기라고 적었습니다. 오래된 건물에서 문제가 되는 곳은 접합부입니다. 홈을 파면 나무가 줄어들고 남은 부분에 응력이 몰리기 때문입니다.

자료집의 표는 궁궐 지붕이 얼마나 다른지도 보여 줍니다. 경복궁 근정전은 평균 956.5 kgf/m²(범위 750~1,163), 덕수궁 대한문은 735, 흥국사 대웅전은 575입니다. 모형 지붕을 근정전식으로 덮으면 33.5 × 956.5 = 32,000 kgf가 같은 기둥 여섯 개 위에 놓이고, 이는 1.8배입니다. 자료집은 처마도 경고합니다. 지붕이 무거우면 서까래 끝에 걸린 하중이 지렛대처럼 작용해 도리 반대편에서 맞물린 부재를 들뜨게 하고 갈라지게 할 수 있습니다.

이 계산은 모두 535 kgf/m²라는 값을 전제로 합니다. 실제 집은 흙이 더 얇거나, 지붕을 다시 이었거나, 눈이 쌓였을 수 있습니다.

처마는 얼마나 깊을 수 있을까: 해를 기준으로 풀기

처마 깊이 막대는 두 가지를 동시에 바꿉니다. 처마가 길면 더 멀리 나가고, 서까래가 아래로 기울어 있으므로 끝도 더 낮아집니다. 모형에서 서까래 끝의 지면 높이는 3.58 − 0.5 × d (미터, d는 내민 길이)입니다. d = 1.3 m이면 2.93 m이고, 마루 바닥이 0.85 m이므로 서까래 끝은 바닥에서 2.73 − 0.5 × d, 기본값으로는 2.08 m 위에 있습니다.

처마 끝을 막 스치는 햇빛은 바닥에 닿기까지 (바닥 위 처마 끝 높이) ÷ tan(고도)만큼 수평으로 갑니다. 하지 정오의 고도는 75.9°이고 tan = 3.99이므로 빛은 2.08 ÷ 3.99 = 0.52 m 안쪽으로 가서 바닥 높이에서는 앞 기둥 줄 밖 1.3 − 0.52 = 0.78 m에 떨어집니다. 마루는 그늘입니다. 동지 정오의 고도는 29.0°이고 tan = 0.554이므로 빛은 2.08 ÷ 0.554 = 3.75 m 안쪽으로 가서 기둥 줄 안 2.45 m에 닿습니다. 마루 깊이가 2.4 m이므로 빛은 뒷벽까지 갑니다.

이제 두 일을 모두 하는 깊이를 구해 봅니다. 여름 정오의 그늘은 d ≥ (2.73 − 0.5d) ÷ 3.99, d ≥ 0.61 m여야 합니다. 겨울 정오의 볕이 뒷벽에 닿으려면 (2.73 − 0.5d) ÷ 0.554 ≥ d + 2.4, d ≤ 1.33 m여야 합니다. 이 모형에서 동지·하지 정오를 함께 만족하는 범위는 0.61~1.33 m이고, 기본값 1.3 m는 그 위쪽 끝에 있습니다. 읽기 칸의 값도 같습니다.

숫자는 모두 앞 기둥 줄에서 바닥 높이로 잰 거리입니다. 「그늘 끝 ○ m 밖」은 그늘의 가장자리가 기둥 줄 밖에 있다는 뜻이라 마루 전체가 그늘입니다. 살림집 조사값 1.3 m를 한참 넘는 2.0 m 처마라면 겨울 정오의 볕이 1.12 m밖에 들지 않습니다. 이 결과는 모형의 높이와 곧은 맞배지붕에서 나온 것입니다. 옛 목수가 이 식을 풀었다는 뜻이 아니고, 출처들은 처마 깊이를 구조와 비와 햇빛이 함께 작용한 결과로 설명합니다. 다만 서울 위도에서 이 비례라면 1.3 m 안팎이 쓸 만한 깊이라는 점은 보여 줍니다.

돌로 된 바닥은 열을 얼마나 담을까

불은 몇 시간 때는데 방은 훨씬 오래 따뜻합니다. 돌 바닥이 열을 저장하기 때문입니다. 가정한 값으로 대강 계산해 봅니다. 구들장 두께를 8 cm(가정), 밀도를 2,600 kg/m³, 비열을 0.8 kJ/(kg·K)로 잡습니다. 화강암 계열 돌의 흔한 값입니다. 2.4 m × 2.4 m 방은 5.76 m²이므로 돌의 무게는 5.76 × 0.08 × 2,600 = 1,200 kg입니다.

모형이 돌에 주는 목표 온도는 5°C + 0.2 × (연기 온도 − 5°C)이고, 연기는 함실에서 거리 s를 따라 5°C + 395°C × e^(−s ÷ 1.6 m)로 식습니다. 그러면 불 가까운 s = 0.22 m에서 74°C, 1 m에서 47°C, 2 m에서 28°C, 개자리 쪽 2.26 m에서 24°C가 나옵니다. 방 전체(s 0.22~2.62 m)의 평균 목표는 약 41°C입니다. 돌이 향해 가는 온도입니다. 앞에서 말한 62°C와 23°C는 모형의 기본 시간만큼 불을 땐 뒤의 값이라서, 불 가까운 돌은 74°C 목표에 아직 못 미친 상태입니다.

바닥이 평균 41°C에서 25°C로 식는다고 하면 1,200 kg × 0.8 kJ/(kg·K) × 16 K = 15 MJ, 4.2 kWh를 내놓습니다. 여덟 시간에 나눠 내면 약 520 W로, 작은 전기난로 정도입니다. 이 계산은 구들장 두께가 왜 중요한지 보여 줍니다. 돌을 반으로 줄이면 같은 불로 저장하는 열도 반이 됩니다. 실제 바닥에는 돌 위의 흙과 종이도 있어 질량이 더 크고 열을 더 담으며, 벽과 문으로 빠지는 열은 이 페이지에 값이 없습니다. 이 값은 돌이 열을 저장하는 방식을 보여 주는 예이고 특정 집의 예측은 아닙니다. 국가유산청 기고문(온돌문화)은 사람에게 닿는 열을 전도·복사·대류로 설명하는데, 불이 꺼진 뒤에도 이 세 가지를 이어 주는 것이 저장된 열입니다.

산지로 꿴 맞춤은 지진에서 어떻게 움직일까

나무를 깎고 산지로 꿴 맞춤은 단단히 고정되지도, 자유롭게 돌지도 않습니다. 『The Scientific World Journal』에 실린 동대문(흥인지문, 보물 제1호) 논문은 기둥과 보가 나무 산지로 고정된 맞춤으로 이어져 있어서 강접합도 핀접합도 아니라고 쓰고, 그래서 건물 전체의 강성을 추정하기 어렵다고 설명합니다. 골조가 어떻게 움직이는지는 맞춤과 그 위에 얹힌 무게에 달려 있습니다.

지붕하중을 정리한 같은 자료집에는 역사 목조 건축물 16동의 진동 측정값도 있습니다. 땅과 건물의 미세한 떨림을 재는 상시 미동 측정입니다. 고유진동수는 1.15 Hz에서 3.66 Hz까지로, 건물이 한 번 흔들리는 데 0.3초에서 0.9초쯤 걸린다는 뜻입니다. 표의 감쇠는 임계감쇠의 약 1.5~4.2퍼센트입니다. 이 값은 감쇠비이지 한 번 흔들릴 때 잃는 에너지의 백분율이 아닙니다. 맞춤의 마찰과 미끄러짐도 에너지를 소모하지만 이 측정만으로 건물 전체 감쇠에서 그 몫을 따로 알 수는 없습니다. 한국 맞춤과 같지는 않은 일본의 산지 맞춤 연구는 비슷한 원리를 설명합니다. 기둥과 관통하는 보를 다월(나무못)로 꿴 일본의 반복 재하 시험은 목재 맞춤 특유의 미끄럼형 이력을 확인했습니다. 맞춤이 쓸리면서 조금 밀리다가 부재끼리 다시 받치면서 단단해지는 움직임입니다.

무게는 왜 도움이 될까요? 자료집은 이렇게 적었습니다. 지붕하중이 커지면 그 밑 이음과 접합부의 강성이 더 커지지만, 일정 하중을 넘으면 건물에 변형과 균열이 생깁니다. 같은 가속도에서 지진 관성력은 질량에 비례하고, 이런 목조 건축물에서는 지붕이 질량의 큰 몫을 차지합니다. 바람의 압력은 풍속과 바람을 받는 면적, 공기역학적 형상에 달렸으며 건물 질량에 비례하지 않습니다. 대략의 크기는 이렇습니다. 모형의 176 kN 지붕이 땅과 함께 단단하게 움직이고 땅의 가속도가 0.1 g라면 수평 힘은 0.1 × 176 = 17.6 kN입니다. 이 힘은 도리가 있는 약 3.5 m 높이에 작용하므로 기둥과 기둥머리·기둥뿌리의 맞춤이 흔들림을 버텨야 합니다.

실제 건물 세 채와 견주기

2010년 자료집과 국가유산청 자료로 모형과 실제 건물 세 채를 나란히 놓을 수 있습니다.

부석사 무량수전(국보 제18호). 국가유산포털은 지금 건물이 1376년에 다시 지어졌고 1916년에 해체·수리했다고 적었습니다. 앞면 5칸, 옆면 3칸에 주심포 양식, 팔작지붕입니다. 자료집은 무게를 1,380 kN, 두 수평 방향 고유진동수를 2.00 Hz와 2.39 Hz, 감쇠를 1.5퍼센트와 1.8퍼센트로 실었습니다. 같은 자료집에는 보와 공포에 철물로 보강하고 앵커볼트를 박은 사진도 있습니다.

숭례문(남대문), 서울. 자료집에는 무게 1,049 kN, 2004년 측정 고유진동수 2.12 Hz와 1.56 Hz, 감쇠 1.7퍼센트와 1.8퍼센트가 있습니다. 자료집은 1960년대 해체수리 때 목부재에서 철물보강이 많이 발견되었고, 이 문이 2008년 화재로 불탔다고 적었습니다.

경복궁 근정전. 여기서 볼 것은 지붕입니다. 평균 956.5 kgf/m²는 보통 한옥 표의 535의 약 1.8배이고, 자료집은 근정전을 손상된 부재에 나무를 덧대어 고친 건물 가운데 하나로 꼽았습니다.

모형과 견주면 실제 건물은 훨씬 무겁습니다. 무량수전의 1,380 kN은 모형 지붕 하나의 약 여덟 배입니다. 큰 전각 여러 채의 진동수는 1~3 Hz 사이지만, 전체 조사 범위는 3.66 Hz까지입니다. 이는 조사한 건물의 관측값이지 모든 목조 골조에 적용되는 규칙은 아닙니다.

흔한 오해

「한옥은 맞춤만으로 서 있다.」 무게도 그만큼 중요합니다. 작업대 위에서는 헐거워 보이는 맞춤도 지붕이 눌러 주면 단단해집니다. 국가유산청 기고문은 서까래 못과 띠쇠를 쓰는 곳도 있다고 덧붙입니다.

「처마는 깊을수록 좋다.」 위의 표는 그렇지 않다고 보여 줍니다. 2.0 m에서는 겨울 정오 볕이 바닥 1.12 m까지밖에 들지 않고, 자료집은 처마 끝의 하중이 지붕에 지렛대처럼 작용한다고 경고합니다.

「온돌은 뜨거운 공기로 방을 데운다.」 방은 주로 돌을 통해 데워집니다. 바닥에 닿는 것으로 전도되고, 데워진 면에서 복사되며, 그 위에서 대류가 생깁니다. 연기는 방으로 들어오지 않습니다.

「지붕이 무거울수록 집이 튼튼하다.」 지붕이 무거우면 일정 하중까지는 맞춤이 서로 더 단단히 받쳐 줍니다. 그 선을 넘으면 골조가 변형되고, 지진에서는 그 질량이 힘의 원인이 됩니다.

「화면의 온도는 측정값이다.」 간단한 식에서 나온 값이고, 이 페이지가 여러 곳에서 밝혔습니다. 실제 바닥은 땔감, 돌, 흙에 따라 다릅니다.

눈앞에서 집이 올라갑니다

페이지를 열면 집이 눈앞에서 지어집니다. 국가한옥센터는 한옥 공사의 순서를 이렇게 정리합니다. 터를 잡아 다듬고, 초석을 놓고, 나무를 부재로 다듬은 다음 뼈대를 짭니다. 기둥을 먼저 세우고 그 위에 들보와 도리를 얹고, 서까래와 개판을 겁니다. 종도리를 올릴 때는 상량식을 치르는데, 집의 주요 구조가 다 짜였다는 뜻입니다. 그다음에 흙을 깔고 기와를 잇고, 벽선을 세워 흙벽을 바르고, 마지막으로 온돌, 마루, 난간, 창호 공사를 합니다.

모형은 이 순서를 6초쯤에 보여 줍니다. 기단과 주춧돌, 기둥, 보, 도리, 서까래, 흙과 기와, 벽과 창호, 마루, 구들 순입니다. 단계마다 무대 위에 지금 짓는 부분의 이름이 뜹니다. 느린 휴대폰이나 움직임 줄이기를 켠 기기에서는 다 지은 집부터 보입니다. 조작 탭의 다시 짓기를 누르면 처음부터 다시 짓고, 모형을 한 번 누르면 바로 끝까지 건너뜁니다.

벽이 지붕보다 나중에 들어가는 까닭은 벽이 무게를 받지 않기 때문입니다. 지붕의 무게는 기둥, 보, 도리로 짠 뼈대가 모두 받고, 흙벽은 기둥 사이를 채울 뿐입니다.

한 집에서 한 해를 보냅니다

무대 위쪽 막대(휴대폰에서는 아래쪽)로 봄, 여름, 장마, 가을, 겨울을 고릅니다. 단추마다 날짜도 함께 바뀌어 해가 따라 움직입니다. 3월 21일, 6월 21일, 7월 15일, 9월 23일, 12월 21일입니다. 날짜 미끄럼을 움직여도 계절이 바뀝니다. 모형은 35월을 봄, 68월을 여름, 911월을 가을, 122월을 겨울로 보고, 여름 가운데 6월 25일부터 7월 26일까지를 장마로 칩니다. 기상청이 1991~2020년 평년값으로 낸 중부지방 장마 기간이고, 이 동안 평균 378 mm쯤의 비가 내립니다.

무대에서 바뀌는 것은 다음과 같습니다.

• 하늘과 빛, 마당 색(겨울에는 눈, 장마에는 젖은 땅)
• 집 옆 감나무: 봄에는 꽃, 여름에는 무성한 잎, 가을에는 붉은 잎, 겨울에는 빈 가지에 감 몇 개
• 겨울에는 지붕에 쌓인 눈과 내리는 눈, 장마에는 비와 처마 끝 낙숫물, 가을에는 지는 잎
• 창호: 여름과 장마에는 열고, 다른 계절에는 닫습니다
• 키 1.7 m의 얼굴 없는 마네킹이 그 계절에 사람이 머물던 자리에 섭니다. 여름에는 대청마루, 봄과 가을에는 마당, 겨울에는 아궁이 곁입니다

날씨와 색은 그림입니다. 해의 위치, 처마 숫자, 낙숫물 자리는 계산한 값입니다.

장마에 빗물은 어디로 떨어질까

빗물은 기왓골을 타고 내려와 처마 끝에서 한 줄로 떨어집니다. 장마를 고르면 읽기 칸에 그 줄이 땅에 닿는 자리가 돌 기단 끝에서 얼마나 떨어졌는지 나옵니다. 기단은 기둥 줄 밖으로 0.9 m 나와 있고 모형의 기와는 서까래 끝보다 6 cm 더 나가므로, 처마가 0.85 m쯤보다 길면 낙숫물이 기단 밖으로 떨어집니다. 기본값 1.3 m에서는 기단 끝에서 0.46 m 바깥입니다. 국가유산청 기고문이 말하는 처마의 쓰임과 같습니다. 낙숫물을 기단 밖으로 떨어뜨려 기둥 밑을 젖지 않게 합니다.

내 위도에서 처마는 얼마나 깊어야 할까

조작 탭의 내 위도와 처마에서 집을 다른 위도로 옮길 수 있습니다. 도시를 고르거나, 위도를 끌거나, 내 위치 쓰기를 누릅니다(브라우저가 먼저 묻고, 위도만 이 페이지에서 쓰며 저장하지 않습니다). 무대의 해가 곧바로 따라 움직입니다.

어느 위도든 이 모형 집에서 동지와 하지 정오를 기준으로 두 한계를 계산합니다. 6월 정오 볕을 마루에서 막는 가장 짧은 처마는 d = 2.73 ÷ (하지 정오 고도의 탄젠트 + 0.5)입니다. 12월 정오 볕이 뒷벽까지 닿는 가장 긴 처마는 d = (2.73 − 2.4 × t) ÷ (t + 0.5)이고, t는 동지 정오 고도의 탄젠트입니다. 권장값은 긴 쪽 한계를 미끄럼 단위로 내린 값입니다. 그래야 비도 가장 많이 막습니다.

모두 모형 값입니다. 이 집의 높이, 26.6°로 곧은 서까래 물매, 깊이 2.4 m의 바닥, 태양시 정오의 해를 기준으로 했습니다. 적도 가까이에서는 6월 정오의 해가 머리 위보다 북쪽에 있어 여름 그늘에 남쪽 처마가 필요 없고, 겨울 해도 높아서 처마를 어떻게 해도 깊이 2.4 m 방의 뒷벽까지 볕이 닿지 않습니다. 북쪽으로 갈수록 두 한계 사이가 넓어져 미끄럼의 끝인 2.0 m가 한계가 됩니다. 남반구에서는 집이 해가 있는 북쪽을 보고 앉으므로 같은 숫자를 거울처럼 씁니다.

손으로 장작을 넣습니다

아궁이 입구는 기단 서쪽 끝에서 마당을 보고 있습니다. 입구를 누르면 장작 한 번이 들어가고, 무대 막대의 아궁이 단추는 시점을 그쪽으로 돌립니다. 장작 한 번은 센 불의 40퍼센트만큼이고 모형 시간으로 45초쯤에 걸쳐 사그라들어서, 더 넣지 않으면 바닥이 다시 식습니다. 아궁이 불을 켜면 누군가 곁에서 계속 불을 지키듯 불이 세게 유지됩니다. 속 보기를 켜면 불에 가까운 돌이 먼저 데워지고 먼 쪽이 뒤따릅니다. 이 열 숫자는 위 구들장 절과 같은 가정한 값입니다.

페이지를 열면 다 지은 집에 작은 불이 이미 지펴져 있어 집 뒤 낮은 굴뚝에서 연기가 오릅니다. 이 첫 불은 어느 과제에도 세지 않습니다.

여름에는 집을 엽니다

모형의 창호를 누르거나 창호 열기를 누릅니다. 방 앞의 종이 문 두 짝은 경첩을 축으로 바깥으로 열립니다. 방과 마루 사이의 분합문 네 짝은 마루 서까래 쪽으로 들려 올라갑니다. 국립민속박물관 사전은 이런 문을 들어열개라 하고, 여름에 문을 모두 걸면 대청과 방이 하나로 이어져 확 트인 시원한 공간이 된다고 설명합니다. 한국민족문화대백과사전 「대청」 항목도 여름에는 창호를 접어 들쇠에 매단다고 적었습니다. 모형은 문을 한 짝씩 통째로 들어 올리지만, 실제로는 보통 두 짝씩 먼저 접어서 겁니다.

도감, 과제, 숨은 볼거리

조작 탭 끝의 도감에는 항목마다 출처가 달린 46개가 있습니다. 맞춤과 이음 13, 기와 14, 궁궐부터 마을 집까지 우리 옛집 11, 다른 나라 전통 집 8입니다. 다른 나라 집은 시라카와고의 갓쇼즈쿠리 농가, 베이징 사합원, 푸젠 토루, 몽골 게르, 알베로벨로 트룰리, 시밤의 탑 집, 크베들린부르크의 목조 골조 집, 야즈드의 흙집입니다. 맞춤이나 기와를 누르면 모형의 그 자리로 가고, 건물을 누르면 위도가 그곳으로 바뀌어 처마 한계가 다시 계산됩니다.

과제는 13개입니다. 손으로 사개맞춤 끼우기, 처마 1.0 m 이하로 6월 마루 그늘 만들기, 방바닥 40°C 만들기 같은 것들입니다. 과제는 내가 직접 조작한 뒤에만 인정하고, 첫 장면이나 안내, 자동 재생으로는 풀리지 않으며, 이 브라우저에 저장됩니다. 숨은 볼거리 10개는 모형이 어떤 상태가 되면 열립니다.

화면에서 해 보기

1. 날짜를 6월 21일, 시각을 12:00으로 두고 처마 깊이를 0.6에서 2.0까지 끌어 보세요. 그늘 끝을 위 표와 견줍니다. 0.6 m에서는 볕이 앞 기둥 줄에 겨우 닿습니다.
2. 날짜를 12월 21일로 두고 볕이 뒷벽에 닿는 가장 큰 처마 깊이를 찾습니다. 1.33 m 근처여야 하고, 1.35에서는 못 미쳐야 합니다.
3. 날짜를 3월 21일로 두고 처마 깊이를 1.6으로 올립니다. 읽기 칸에 정오에 마루 전체가 그늘이라고 나옵니다.
4. 결구 종류를 0으로 두고 결구 분해를 위로 당깁니다. 위 부재가 아래 부재보다 먼저 빠집니다. 이어서 결구 종류를 1로 바꿔 주먹장이 빠지는 모습을 견줍니다.
5. 힘의 길을 켜고 주황색 선을 용마루에서 초석까지 따라갑니다. 용마루 하중을 보 가운데로 내리는 대공을 찾아봅니다.
6. 속 보기와 아궁이 불을 켜고 어느 돌이 먼저 색이 변하는지 봅니다. 가까운 쪽과 먼 쪽을 열 계산 절의 목표값과 견줍니다.
7. 장마를 누르고 처마 끝의 빨간 손잡이를 집 쪽으로 끕니다. 낙숫물 줄이 마당에서 기단 위로 옮겨 오는 깊이를 찾습니다.
8. 아궁이를 누르고 아궁이 입구를 세 번 누릅니다. 속 보기를 켜고 아랫목이 40°C를 넘는 것을 봅니다.
9. 위도 칸에서 오슬로와 싱가포르를 차례로 고르고 권장 처마를 위 표와 견줍니다.
10. 사개맞춤을 고르고 위 부재를 끌어 올려 기둥에서 뺀 다음, 다시 눌러 끝까지 끼웁니다.

온돌과 마루의 짧은 역사

국립민속박물관 사전에 따르면 남한에서 가장 오래된 ㄱ자형 고래는 초기 철기시대 수원 서둔동 움집터에서 확인되었습니다. 방 전체에 고래를 놓는 전면온돌은 고려 후기에 완성되었다고 보는 견해가 지배적이지만, 오랫동안 사대부 집에서는 환자 치료나 손님 접대처럼 특정한 목적으로 좁게만 썼습니다. 지역과 계층을 가리지 않고 온돌이 크게 늘어난 때는 겨울 추위와 가뭄이 이어진 17세기입니다. 마루와 온돌을 한 건물 안에 함께 두는 방식은 대략 고려 말에 시작된 것으로 추정됩니다. 온돌문화는 2018년 4월 30일 국가무형유산으로 지정되었습니다.