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문제 정의
- 도하 컨벤션 센터는 총 높이 551m, 연면적 124,220m2규모의 초고층 건물로 세 개 아웃리거의 위치와 코어 구조체의 콘크리트 강도 및 두께를 최적화하는 것이 본 프로젝트의 목적이었다. 이러한 세 개 설계변수들에 의한 조합이 최소 횡변위와 비용을 만족하는 최적안을 도출하는 것이 목표였으며, 세 개 변수들의 조합에 따른 수 천 개 안을 자동 생성하고 반복 해석에 의해 12시간 내에 최적화 결과를 도출할 수 있었다.
- 따라서 본 초고층 설계기술 연구단에서는 국내외를 막론하고 시장이 확대되고 있고, 건축물 설계 및 엔지니어링 분야에서 최고급 기술로 인식되어 소수의 선두 회사들이 세계시장을 독과점하고 있는 비정형 설계 및 엔지니어링 기술에 주목하고 다음과 같은 연구 목표를 세웠다. 즉 첨단IT기술의 융합에 의해 세계 수준 대비 동등 이상의 전산최적설계 기술을 개발하고, 이로써 Design-Build 입찰 등 세계건설시장에서 고부가가치 설계 및 엔지니어링 용역 수주 및 자체 수행이 가능한 기술력을 확보하는 것을 목표로 연구를 진행하였다.
- 롯데 수퍼타워는 총 높이 555m, 연면적 782,497m2 규모의 초고층건물로 세 개 아웃리거의 위치와 코어 구조체의 콘크리트 강도 및 두께를 최적화하는 것이 프로젝트의 목적이었다. 이러한 세 개 설계변수들의 조합에 의해 최소 횡 변위와 비용을 만족하는 최적안을 도출하는 것이 목표였으며, 최소 비용을 실현하는 아웃리거의 위치와 코어를 구성하는 벽체 부재들에 대한 콘크리트 강도와 두께 수직조닝 설계안을 결과물로 제시하였다.
- 본 프로젝트는 기본 구조설계가 이미 완료된 53층 규모의 철근콘크리트 건물을 대상으로 코어벽체의 콘크리트 강도와 두께를 최적화하는 것이 목적이었다. StrAuto는 기본구조설계에서 도출된 여러 가지 구조 속성값들을 기준으로, 어느 정도까지 상세계획을 해야 하는지에 대한 한계선에 대해 수많은 케이스를 빠르게 비교 검토하면서 확실한 가이드라인을 제시할 수 있다는 점에서 실시 설계에 크게 활용될 수 있다.
- 본 프로젝트는 원 구조설계안에 대한 비용 최적화와 함께 메가브레이스(mega brace)와 튜브월(tube wall) 구조를 새롭게 적용한 안들에 대해 각각 비용 최적화를 수행함으로써 총 세 개의 구조시스템 대안을 각각 최적화하고 그 세 개안에 대한 비교검토 자료를 제시하는 것이 목적이었다. 세계적 건축가 도미니크 페로(Dominique Perrault)가 설계한 초고층건물로 총 높이 292.
- 본 프로젝트는 총 높이 285.2m의 초고층건물의 기둥 단면크기 및 콘크리트 강도를 최적화하는 것이 목적이었다. 구조엔지니어에 의해 수행된 1차 구조설계 결과를 바탕으로 콘크리트 강도와 단면형상을 순수하게 수치적 관점에서 전산최적화하는 것이 목표였으며, 이를 위해 사전 구조설계로부터 산출된 부재 응력을 만족하는 최소 단면적을 도출하는 StrAuto 컴포넌트를 추가 개발하였다.
- StrAuto는 기본구조설계에서 도출된 여러 가지 구조 속성값들을 기준으로, 어느 정도까지 상세계획을 해야 하는지에 대한 한계선에 대해 수많은 케이스를 빠르게 비교 검토하면서 확실한 가이드라인을 제시할 수 있다는 점에서 실시 설계에 크게 활용될 수 있다. 본 프로젝트에서는 내부 분양면적이나 평면에의 영향을 최소화하는 범위 내에서 구조적인 성능에 큰 영향을 주는 코어 구조체의 물량을 최소화하기 위한 최적설계를 수행하였다. 1차적으로 모든 설계변수들을 이상적 조건으로 가정하고 약 31.
- 규모의 초고층건물로 세 개 아웃리거의 위치와 코어 구조체의 콘크리트 강도 및 두께를 최적화하는 것이 프로젝트의 목적이었다. 이러한 세 개 설계변수들의 조합에 의해 최소 횡 변위와 비용을 만족하는 최적안을 도출하는 것이 목표였으며, 최소 비용을 실현하는 아웃리거의 위치와 코어를 구성하는 벽체 부재들에 대한 콘크리트 강도와 두께 수직조닝 설계안을 결과물로 제시하였다. 최적설계 결과 원안 대비 총 7.
- 한편 이러한 부재들을 실제 건물로 구현하기 위해서는 일견 복잡해 보이는 이러한 자유형상을 가능한 한 수학적·논리적인 기하학 규칙에 의해 표현하고 재현해야 할 필요가 있다. 이로써 디자인이 그림에 그치지 않고 실제 지어질 수 있도록 합리적인 구조시스템을 찾고, 실제 시공이 가능한 부재 단위들로 구조체를 상세설계한 다음 공장 또는 시공현장에서 제작 가능한 데이터들로 이를 가공해낼 수가 있는 것이다.
- 따라서 본 초고층 설계기술 연구단에서는 국내외를 막론하고 시장이 확대되고 있고, 건축물 설계 및 엔지니어링 분야에서 최고급 기술로 인식되어 소수의 선두 회사들이 세계시장을 독과점하고 있는 비정형 설계 및 엔지니어링 기술에 주목하고 다음과 같은 연구 목표를 세웠다. 즉 첨단IT기술의 융합에 의해 세계 수준 대비 동등 이상의 전산최적설계 기술을 개발하고, 이로써 Design-Build 입찰 등 세계건설시장에서 고부가가치 설계 및 엔지니어링 용역 수주 및 자체 수행이 가능한 기술력을 확보하는 것을 목표로 연구를 진행하였다.
- 펜토미니엄 타워는 총 높이 320m, 연면적 145,000m2규모의 초고층건물로 브레이스 부재들의 형상과 방향을 변화시킴으로써 얻은 대안들의 구조성능을 비교 검토하고 최적안을 제시하는 것이 프로젝트의 목적이었다. 다양한 브레이스 대안들에 대한 변위 및 물량을 비교 검토함으로써 최소 변위와 물량을 만족시키는 최적안을 제시하였다.
가설 설정
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4. 전산최적설계기술이란? – StrAuto
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