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[국내논문] 학교체육관의 구조계획을 위한 구조시스템 구성요소의 변화와 건축특성의 영향분석
An Analysis on the Relationship of Architectural Features and Composition Elements for Structure Planning in School Gymnasium 원문보기

커뮤니티교육시설 : 한국교육시설학회논문집 = Community Education Facilities, v.26 no.5, 2019년, pp.25 - 36  

이주나 (Dept. of Architectural Engineering, University of Seoul)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

School gymnasium is a multi-purpose large space building for various events and physical education activities, and is a facility that requires an approach to the desirable structural design, besides mechanical problems of structure against loads. For the integrated structure design concerning the ar...

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문제 정의

  • 이에, 최근 필수적으로 등장하고 있는 학교체육관을 대상으로 다양한 건축공간과 형태효과를 구현할 수 있는 구조계획 방법을 고찰해보고자 한다. 학교체육관을 구조계획 구성요소 측면에서 분석해보고, 구조체의 효율과 더불어 학교체육관에서 나타나는 형태 및 공간에 관한 건축적 효과와 구조시스템의 연관성을 파악하고자 한다. 보다 다양한 구조시스템으로 학교체육관을 계획할 수 있도록 하며, 이를 위해 초기에 활용 가능한 구조계획정보를 구체적으로 제시하고자 하는 목표를 가진다.
  • 학교체육관을 구조계획 구성요소 측면에서 분석해보고, 구조체의 효율과 더불어 학교체육관에서 나타나는 형태 및 공간에 관한 건축적 효과와 구조시스템의 연관성을 파악하고자 한다. 보다 다양한 구조시스템으로 학교체육관을 계획할 수 있도록 하며, 이를 위해 초기에 활용 가능한 구조계획정보를 구체적으로 제시하고자 하는 목표를 가진다. 이로써 구조에서는 효율적이고 건축에서는 다양한 형태 및 공간이 구축가능하게 하여, 자유롭고 창의적인 교과활동과 보다 긍정적인 모임공간 역할을 하는 학교체육관 건축에 접근할 수 있기를 기대한다.
  • 본 연구는 학교시설 중 부속된 체육관을 대상으로 내부 교육공간과 내외부 건축형태에 영향을 미치는 구조계획 정보를 제공하고자 하는 연구이다.
  • 이를 위하여 먼저 최근 학교체육관 사례에서 구조계획의 양상을 살펴보고자 한다. 조성 규모나 스팬을 살펴보는 것 외에도 구조체가 체육관의 형태와 공간적인 측면에 영향을 미치고 있는 건축구성 특성을 관찰하고자 한다.
  • 그리고 4장에서는 학교체육시설의 적정 요구 스팬규모를 파악하여 기본 구조시스템별로 해석용 모델을 결정하고, 이 결정된 모델에 구조계획 구성요소들을 변화시켜 세분화된 설계모델을 설정할 것이다. 이 모델들을 구조해석하고 부재설계를 수행하여 학교체육관에서 나타날 수 있는 구조시스템별 구조계획 가능성을 탐색하고, 그 결과에서 나타나는 구조효율성 및 건축효과와의 연관성을 분석하여 그 내용을 계획정보로 나타내고자 한다. 학교체육관의 설계 시, 획일화된 구조계획에서 벗어나 풍부한 아이디어를 발휘하는데 기여할 수 있을 것이다.
  • 창의적인 체육교육 활동과 다목적 모임공간 조성을 위해서는 물리적으로 요구되는 체육공간 규모 외에도 여러 정성적인 요구사항을 고려해야 할 것이다. 매우 다양한 건축계획적인 요소가 고려되어야 할 것으로 생각되나, 본 연구에서는 구조계획 측면에서 영향을 미칠 수 있는 요구기능을 고찰하고자 한다.
  • 본 장에서는 학교체육관 사례들을 대상으로 구조계획이 다뤄진 양상을 살펴보고자 한다. 사례들에서 나타나는 정량적 규모의 양상은 물론이고, 구조계획 구성요소들의 조합방식을 분석하여 그로 인한 정성적 요구사항, 즉 형태 및 공간구성 효과의 변화를 주로 살펴보고자 한다.
  • 본 장에서는 학교체육관 사례들을 대상으로 구조계획이 다뤄진 양상을 살펴보고자 한다. 사례들에서 나타나는 정량적 규모의 양상은 물론이고, 구조계획 구성요소들의 조합방식을 분석하여 그로 인한 정성적 요구사항, 즉 형태 및 공간구성 효과의 변화를 주로 살펴보고자 한다.
  • 구조체의 해석과 설계값 외에도 구조시스템 별로 나타날 수 있는 공간효과를 수치적으로 나타내고자 하였다. 이를 설명하기 위해 Figure 3에서 연력도형의 구조입면형을 가진 들림형보 구조시스템을 예로 보였다.
  • 본 논문에서 설정된 모델은 구조시스템과 구성요소의 변화에 따른 가장 기본적인 구조성능과 공간구성 특성의 변화추이를 보이기 위한 것이다.
  • 이에, 최근 필수적으로 등장하고 있는 학교체육관을 대상으로 다양한 건축공간과 형태효과를 구현할 수 있는 구조계획 방법을 고찰해보고자 한다. 학교체육관을 구조계획 구성요소 측면에서 분석해보고, 구조체의 효율과 더불어 학교체육관에서 나타나는 형태 및 공간에 관한 건축적 효과와 구조시스템의 연관성을 파악하고자 한다.

가설 설정

  • L)을 1kN/㎡씩 부과하였다. 한 열의 구조체로 상정하고 구조능력을 평가하였으므로, 평면상 4.5m의 간격으로 배열된 것으로 가정하여 고정하중과 활하중 모두 4.5kN/m씩 하중이 작용하는 것으로 하였다.
  • 휨부재와 압축부재 또는 인장부재가 조합되는 복합응력 구조시스템의 경우도 검토하였는데, 역시 동일한 구조입면 형태의 조건(직선형, 원호형, 산형)을 변화시켜 모델을 설정하였다. 버팀대나 당김재를 조합하는 구조시스템은 구조의 조합으로 단순 휨모멘트 저항에서 벗어나고자 하는 것이기 때문에 모든 접합은 힌지로 가정하였다. 모든 부재는 강성부재를 기본으로 설계하였는데, 들림형보(BS1~BS3)의 경우만 하현인장재를 연성재인 로드(rod)로 하여 구조 시스템 성립에 요구되는 프리스트레스를 도입하여 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
어떤 방법으로 구조시스템별 구조계획이 구조효율 및 건축특성과 밀접하게 관계하고 있음을 확인하였는가? 2) 20m 스팬을 가진 체육관을 기본모델로 하여 휨, 인장, 압축응력을 활용하는 다양한 구조시스템에서 구조계획 구성요소(구조입면형, 재료의 강성, 접합과 정착, 안정방식)를 변수로 가진 모델을 설정하고, 지붕 하중을 적용하여 해석하고 설계하였다. 설계결과의 분석으로서 구조효율을 판단하기 위하여 ‘구조중량’의 변화를 조사하였고, 건축특성에 미치는 영향을 판단하기 위하여 구조부재의 체적 지표인 ‘구조깊이’의 변화, 그리고 구조시스템으로 인해 내부에 구조가 차지하는 공간의 지표인 ‘구조공간’의 면적을 조사하여 Table 5에서 각 시스템별로 나타내었다. 이를 통해 구조시스템별 구조계획이 구조효율 및 건축특성과 밀접하게 관계하고 있음을 보이고, 각 구성요소의 조합방식과 구체적인 학교체육관 구조계획 정보를 제시하였다.
휨 구조시스템의 특성은? 휨 구조시스템은 휨 모멘트의 특성상 강성재를 사용할 수밖에 없으며, 접합조건은 현실적으로 강접이 가장 선호 되므로 강접 조건으로 안정성 확보효과를 겸하게 하였다
학교체육관에 요구되고 있는 바는? 사회적 요구와 교육적 필요성에 따라 국내 교육시설에는 이미 오래전부터 실내체육관이 다수 요구되고 있다. 교과교육의 체육활동에서부터 지역사회의 모임공간(강당)이 나 피난시설의 역할도 할 수 있는 생활밀접형 대형공간으로서 학교체육관이 요구되고 있다.
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참고문헌 (7)

  1. Choi, Young Gi, Survey on the Gymnasium and Multi-use Facilities of the Schools in Chungbuk Area, Journal of the Korean Institute of Rural Architecture, 2(2), pp.35-46. 2006. 

  2. Lee, Juna, The Composition Patterns and Architectural Design Elements of the Tensile Structure, Journal of the Architectural Institute of Korea, Planning and Design Section, 21(1), pp.43-52. 2005. 

  3. Lee, Juna, A Study on Design Methods and the Composition Elements in Flexure Structure Systems, Journal of Korean Association for Spatial Structures, 16(1), pp.73-84. 2016. 

  4. Editors, Data File of Architectural Design & Detail 105, School 3, Kenchikusiryukenkyusha. ISSN 0288-4267. 

  5. Architectural Data Research Council, Gymnasium and Sports Facilities, Bowon, 1992. 

  6. Park, Chan Soo, at al, The Composition Method and a State of the Art in Architectural Design Using Structures, Journal of the Architectural Institute of Korea, Planning and Design Section, 25(1), pp.145-154, 2009. 

  7. Editors, Data File of Architectural Design & Detail 40, Education Facility of Timber Structure, Kenchikusiryuken kyusha. ISSN 0288-4267. 

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