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[국내논문] 개폐식 대공간 구조물의 파라메트릭 설계와 풍하중 적용
Parametric Design and Wind Load Application for Retractable Large Spatial Structures 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.32 no.6, 2019년, pp.341 - 348  

김시욱 (단국대학교 건축공학과) ,  정보라 (단국대학교 건축공학과) ,  김치경 (단국대학교 건축공학과) ,  이시은 (백석대학교 정보통신학부)

초록
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본 연구의 목적은 개폐식 대공간 구조물의 풍하중 산정 및 구조해석의 과정을 자동으로 수행하는 컴포넌트를 개발하는 것이다. 설계한 파라메트릭 모델링을 StrAuto를 통해 구조해석 자동화단계를 거쳐 구조해석용 모델로 변환하는 과정을 실시간으로 연동하여 구조해석 결과를 자동으로 도출하는 과정으로부터 본 연구에서는 추가로 구조물의 풍하중을 형상에 따라 상세히 할당하는 기능을 개발하였다. 이와 같은 과정을 통해 풍하중에 대한 최적화를 수행하여, 기존 설계된 구조의 물량을 줄이고, 구조적 안정성은 유지하는 방향으로 결론을 도출하였다. 추후에는 본 예제 모델을 통해 진동제어 최적화를 위한 제진장치 설치위치의 자동탐색이 가능하게 되는 연구를 진행할 계획이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study is to model and analyze retractable large spatial structures by applying parametric modeling techniques. The modeling of wind loads in the analysis of typical structures including curved surfaces can be error-prone, and the processing time increases dramatically when there ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 개정된 건축구조 기준에 따라 풍하중 자동산정 컴포넌트를 개발하고, 건축물에 가해지는 풍하중에 대해 부재력을 계산 후 물량 최적화를 수행하였다. 본 연구에서 개발된 풍하중 자동산정 컴포넌트(wind load calculator)를 통해 본문에서는 정적풍압을 적용하여 하중조합에 적용하였으며, 이를 통해 일일이 풍하중을 입력하는 과정을 간소화하였다.
  • 본 논문에서는 직접 사람이 모델링하기에 수 시간이상이 걸리는 풍하중을 자동으로 할당하는 과정을 보여주고 사용자가 단시간에 수많은 대안의 데이터를 획득할 수 있는 프로세스를 개발하고 진행하였다. 이 과정을 이용하면 숙련된 엔지니어가 손쉽게 대안을 비교하고 결정할 수 있다.
  • 본 연구에서는 기준에 따라 밀폐형 및 개방형 대공간 구조물 지붕의 풍압계수의 설계풍압을 산정하고 자동으로 그 값을 입력하도록 하여 수작업의 시간과 노력을 줄이도록 한다. Fig.
  • 본 연구는 RSAuto 모델러가 제공하는 모델링 컴포넌트를 이용하여 형상에 기반을 둔 3차원 파라메트릭 모델을 구축하고, 풍하중 벡터 값을 자동 생성하여 할당하고 해석 후 다양한 대안 창출과 성능 비교를 통하여 성능과 경제성이 향상된 설계안을 탐색하는 프로세스를 구축한다. 이를 통하여 전통적 구조설계 프로세스에 의한 개폐식 대공간 구조물 설계보다 성능과 경제성이 향상된 설계 결과를 빠른 시간 안에 획득할 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다.
  • 본 논문에서 도출된 부재 응력비 등은 해석 프로그램의 부재 자동설계 기능을 이용하여 하중조합 조건에 의하여 산출된 계수하중 및 설계코드를 기준으로 설계되었음을 미리 언급한다. 이어서 본 연구에서는 RSAuto의 기능을 개선하고 추가해석 모듈 및 모델링 모듈을 개발하여 풍하중에 대한 상세해석을 수행함과 동시에 사용자의 편의성을 개선하여 적은 수의 입력값을 통해 더 정확한 값을 도출해 낼 수 있도록 하였다. 이렇게 개선한 프로그램의 명칭을 Roof Structure Dynamic(이하 RSDynamic)이라고 명명하였다.

가설 설정

  • 모델링에 사용된 강재는 주골조(main) SM490(SM325) , 사재골조(diagonal) SS400(SS275)이며, 용접이음으로 공장 제작 트러스를 사용하였다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
스트라우토(StrAuto)는 무엇인가? 선행연구에 의해 개발된 스트라우토(StrAuto)는 상용구조해석프로그램 SAP2000과 연동하여 구조체 형상을 제어하는 파라메터를 관리하며, 자동으로 구조해석을 위한 모델을 생성하고, 이에 대해 해석조건을 설정하고 모델의 구조적 안정성을 평가한다(Choi, 2014). 그 이후 연구에서는 이와 같은 프로그램을 대공간 건축물에 특화하여 효과적으로 사용할 수 있도록 RSAuto를 개발하였다(Jeong et al.
파라메트릭 구조설계가 형상에 구애받는 이유는 무엇인가? 하지만, 사실은 형상에 구애받지 않는 것은 아님을 알 수 있다. 이유는 파라메터를 통해 하나씩의 부재를 조정하는 것은 오히려 작업량이 기존보다 많아짐을 의미하며, 파라메터에 의한 일률적인 조정을 하는 방식을 이용하기 때문에 반복작업을 덜 수 있는 것이 장점으로 작용하기 때문이다(Kim et al., 2012).
풍하중을 산정하는 방법은 무엇인가? 풍하중은 주골조설계용 수평하중과 지붕하중, 외장재설계용 풍하중으로 구분하여 설계풍압에 유효수압면적을 곱하여 산정하게 된다. 주골조설계용 설계풍압은 설계속도압, 가스트영향계수, 주골조설계용 풍압계수, 풍력계수를 곱하여 산정하며, 부분개방형건축물 및 지붕풍하중을 산정할 때에는 내압의 영향도 고려해야 한다.
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참고문헌 (7)

  1. Blaise, N., Grillaud, G., De Ville de Goyet, V., Denoel, V. (2011) Application of Deterministic and Stochastic Analysis to Calculate a Stadium with Pressure Measurements in Wind Tunnel, 8th International Conference on Structural Dynamics EURODYN. 

  2. Blaise, N., Denoel, V. (2013) Principal Static Wind Loads, J. Wind Eng. & Ind. Aerodyn., 113, pp.29-39. 

  3. Choi, H.C. (2014) The Parametric Structural Optimization with StrAuto, Rev. Archit.& Build. Sci., 58(2), pp.50-54. 

  4. Ha, Y.C. (2016) [Special Feature] Revised Wind Loads in KBC2016, Archit. Inst. Korea, 60(9), pp.31-37. 

  5. Jeong, J.Y., Kim, C.K., Joung, B.R., Lee, S.E., Kim, S.U. (2018) Design and Implementa tion of Parametric Modeler for Retractable Roof Three-Dimensional Truss, J. Comput. Struct. Eng. Inst. Korea, 31, pp.1-8. 

  6. Kang, J.W., Kim, G.C., Kim, H.S., Seok, K.Y. (2014) The Present and Future of Retractable Roof Structures, J. Korean Assoc. & Spat. Struct., 14(3), pp.24-31. 

  7. Kim, Y.M., Kim, C.K., Choi, H.C. (2012) Selection of Optimal Structural System for Complex-shaped Super-tall Building Structural Systems Using Parametric Design Technique, J. Archit. Inst. Korea Struct. & Constr., 28(1), pp.77-84. 

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