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[국내논문] Grasshopper를 이용한 Catenary Shell 설계 방법 제안
Design Suggestion of Catenary Shell using Grasshopper Script 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.16 no.2, 2016년, pp.31 - 38  

이주홍 (서울대학교 건축학과) ,  조아서 (서울대학교 건축학과) ,  김상희 (서울대학교 건축학과) ,  강현구 (서울대학교 건축학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of this study is to propose methods to design and analyze a catenary shell using a computer program without experiments and measurements. The intial idea stems from Pendergrast's study, but his method should be improved. In this study, the process of making catenary shell using compute...

Keyword

#Large space structure   #Catenary shell   #Algorithm   #Grasshopper   #Rhinoceros  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 커티너리 쉘 설계는 일반적으로 직물을 이용한 현수실험을 수행하여 곡면의 규격과 곡률 등을 실측하고 이를 실제 설계에 반영하는 과정을 가진다. 본 논문에서는 기존의 설계 과정을 대체하기 위하여 Grasshopper를 이용하여 커티너리 쉘 구조를 설계하는 방법을 연구하였다.
  • 본 논문에서는 Grasshopper를 이용하여 쉘 디자인 프로그램을 개발하였고, 이를 이용해 커티너리 쉘을 구현하였다. 또한 기존 건물에 대한 해석을 통해 개발 프로그램의 유효성을 검증하고자 하였다.
  • Pendergrast는 이러한 점을 개선하기 위하여 컴퓨터를 이용해 커티너리 쉘을 생성하는 프로그램을 개발하였으나, 이 프로그램은 보완해야 할 점이 많다. 본 연구에서는 Grasshopper를 이용하여 같은 원리로 커티너리 쉘 구조물을 생성하는 프로그램을 작성하였다. 이를 진행하는 과정에서 밝혀진 연구 결과는 다음과 같다.

가설 설정

  • Pendergrast가 제시한 예시 모델의 수치가 존재하지 않으므로, 쉘 두께는 임의로 250mm로 가정하였다. 쉘 스팬은 약 8m 정도이고 쉘의 두께는 스팬의 1/10 이하이므로, 구조물을 얇은 쉘(Thin shell)로 설정하였다.
  • 2. Grasshopper를 이용하여 설계한 커티너리 쉘모델은 구조적인 쉘로써 거동하였다.
  • 본 연구에서의 구조해석은 보통강도 콘크리트가 적용된 쉘에 자중만 작용된다고 가정하여 수행하였는데, 천장에 설치되는 장비 등의 고정하중, 설하중, 지진하중 등 추가하중에 대하여 비선형해석 및 내진해석 또한 수행되어야 할 것이다. 특히 얇은 쉘(Thin shell) 적용 시 초고성능콘크리트(UHPC)를 적용하는 방안도 고려할 수 있을 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대공간을 형성하는 방법은? 대공간을 형성하는 방법으로는 강재를 이용한 프레임 구조, 케이블을 이용하는 현수 구조, 천막을 이용한 막 구조, 그리고 콘크리트와 같은 부피가 있는 재료를 이용한 쉘 구조가 있다. 이들 중 콘크리트 쉘 구조는 강구조에 비해 훨씬 큰 자중을 가지고 있으며, 인장력에 약한 콘크리트 특성상 압축 지배적으로 쉘을 디자인해야 한다.
콘크리트 쉘 구조의 특성은? 대공간을 형성하는 방법으로는 강재를 이용한 프레임 구조, 케이블을 이용하는 현수 구조, 천막을 이용한 막 구조, 그리고 콘크리트와 같은 부피가 있는 재료를 이용한 쉘 구조가 있다. 이들 중 콘크리트 쉘 구조는 강구조에 비해 훨씬 큰 자중을 가지고 있으며, 인장력에 약한 콘크리트 특성상 압축 지배적으로 쉘을 디자인해야 한다. 쉘에 작용하는 외력에 효과적으로 저항하기 위해서는 적합한 쉘의 곡률을 산정해야 하는 등의 문제가 있다1).
콘크리트 쉘 구조를 디자인하는 데 있어서 생기는 문제점은? 이들 중 콘크리트 쉘 구조는 강구조에 비해 훨씬 큰 자중을 가지고 있으며, 인장력에 약한 콘크리트 특성상 압축 지배적으로 쉘을 디자인해야 한다. 쉘에 작용하는 외력에 효과적으로 저항하기 위해서는 적합한 쉘의 곡률을 산정해야 하는 등의 문제가 있다1). 이는 프레임 구조에 비해 설계가 복잡함을 의미한다.
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참고문헌 (12)

  1. Kim, S. D. and Lee S. W., "A Study on Optimum Shape Finding of Shell-Typed Structures", Journal of the Korean Association for Spatial Structures, Vol. 8, No. 2, 2008, pp. 105-113. 

  2. Isler, H., "New Shapes for Shells", Bulletin of the International Association for Shell Structures, No. 8, Paper C-3, 1961. 

  3. Pendergrast, R. A., "Thin Shell Structure Design Tool", Master Thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, 2010. 

  4. Chilton, J., "Form-finding and Fabric Forming in the Work of Heinz Isler", Proceedings of Second International Conference on Flexible Formwork (ICFF 2012), 2012, pp. 84-91. 

  5. Davidson, S., "Grasshopper - Algorithmic Modeling for Rhino", 2015, Retrieved from http://www.grasshopper3d.com 

  6. Kim, C. G., Lee, S. S. and Choi, H. C., "A Study on Parametric Modeler to Generate Structural Analysis Model", Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference, Vol. 23, No. 1, 2010, pp. 247-250. 

  7. Kim, C. G., Lee, S. S., Choi, H. C. and Lee, J. C. "A Study on Parametric Modeling for the Analysis of Irregular Large Space Structures", Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference, Vol. 24, No. 1, 2011, pp. 18-21. 

  8. Piker, D., "Project Kangaroo - Live 3D Physics for Rhino/Grasshopper", 2010, Retrieved from https://spacesymmetrystructure.wordpress.com/2010/01/21/kangaroo/ 

  9. Piker, D., "Kangaroo Manual", 2014, Retrieved from https://docs.google.com/document/d/1X-tW7r7tfC9duICi7XyI9wmPkGQUPIm_8sj7bqMvTXs/edit 

  10. Piacentino, G., "Weaverbird - Topological Mesh Editor", 2009, Retrieved from http://www.giuliopiacentino.com/weaverbird 

  11. Abell, M., "Import DXF into SAP2000", CSi Knowledge Base, 2012, Retrieved from https://wiki.csiamerica.com/display/sap2000/Import+DXF+into+SAP2000 

  12. Maurer, T., O'Grady, E., and Tung, E., "Inverse Hanging Membrane: The Naturtheater Grotzingen", Evolution of German Shells Efficiency in Form, 2013, Retrieved from http://shells.princeton.edu/Grotz.html 

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