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가설 설정
- [표2]는 각 원형경기장의 차수별 고유진동수 및 스팬을 나타냈으며, [그림2]은 지금까지 각 경기장의 고유진동수와 스팬의 값을 나타낸 것이다.[표1]에서 일본의 양단단순지지와 주변 단순 지지의 두 가지 해석시의 보의 휨강성은 자중에 의한 최대 처짐이 L/300 으로 가정하여 설정하였다.§
제안 방법
- 사이즈는 MCM으로 결정하였다. 2단계 설계의 결과를 이용하여 불균등 풍하중을 재하한 본 모델을 BLD3D를 이용하여 최종해석을 하였다. BLD3D로 규준에 대하여 각 부재들을 점검하였다.
- 2단계 설계의 결과를 이용하여 불균등 풍하중을 재하한 본 모델을 BLD3D를 이용하여 최종해석을 하였다. BLD3D로 규준에 대하여 각 부재들을 점검하였다. 지붕구조의 동적거동파악과 풍동실험용 자료를 위해 진동주기와 모드를 30단계 까지 하였는데, X, Y, Z 방향에 대한 전체매스의 배분은 각각 62.
- 국내 원형경기장의 스팬과 고유진동수를 일본의 연구와 비교하였다. 한국 공간구조물의 스팬에 대한 고유진동수는 일본의 구조물의 계측치와 해석치보다 작은 것을 알 수 있다.
- 그러나 국내 대공간 구조물의 고유진동수에 대한 약산식에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 이 논문에서는 6개의 월드컵경기장과 2006년에 개장한 광명돔까지 고유치해석을 수집하여 고유진동수와 스팬을 비교하여 수식을 제안하였고, 이 결과를 일본의 대공간구조물의 계측치와 비교하였다.
- 지붕을 구성하고 있는 Truss의 상세모델링으로 메인트러스(Main Truss), 링트러스 (Ring Truss), 외부테두리트러스(Perimeter Truss) 등의 정확한 Geometry 구성을 통해 부재 설계에 이용되었다. 매스트(Mast)하부의 지점이동에 의한 영향을 고려하기 위하여 매스트 하부의 구조물까지 모델에 포함시켜서 해석하였다3
- 부재 단면의 최적화를 위해 지붕 Main Frame 의 Cantilever Girder 및 Front Support 는변단면 부재를 설계와 해석 모델에 등가 강성을 가지는 Non-prismatic Beam Element로 고려되었다. 지붕판넬 개폐에 따른 이동하중 조건은 판넬이 열릴 경우와 닫힐 경우의 두 가지 조건에 대해 검토하였으며, 이때에 고정하중 및 0.
- 것이다. 이때 각 차수별 스팬의 기준은 경기장 모서리의 매스트 하단 링트러스의 장변 방향을 1차 고유치해석에 대한 스팬으로 결정하였으며, 단변방향을 2차모드의 스팬으로 결정하였다. [표2]는 각 원형경기장의 차수별 고유진동수 및 스팬을 나타냈으며, [그림2]은 지금까지 각 경기장의 고유진동수와 스팬의 값을 나타낸 것이다.
- 수정하였다. 이후 지붕반력/Mock Shape 의 값이 Adina 결과치와 유사함 확인하였으며, 이를 Midas 동적해석에 적용하여 100차 모드까지 고려하며 실행하였다?)
- 지붕구조 해석에는 Midas Gen을 사용하였으며, 지붕의 각 절점 및 부재는 Adina data 이용하였고, 지붕트러스는 등가단일재로 변환하여 Adina 해석 결과치와 근사한 결과를 얻기위해 부재비중 /탄성계수 수정하였다. 이후 지붕반력/Mock Shape 의 값이 Adina 결과치와 유사함 확인하였으며, 이를 Midas 동적해석에 적용하여 100차 모드까지 고려하며 실행하였다?)
- 지붕구조 해석에는 STAAD HI을 사용하였으며, 두단계로 나누어 해석을 하였다. 처음은 상부압축링의 착공전 단계 구조체의 자중 및 기둥 상단의 압축링 자중을 적용하고, 강재 압축 링은 단지 하중으로만 적용하였으며, 두 번째로는 상부 압축링이 완료된 단계 지붕하중 및 모든 하중을 적용하였다.
- 지붕구조 해석은 기본적인 해석, 동적해석 및 설계는 LARSA를 이용하고, 기본적인 설계 결과로부터, 등분포의 풍하중을 재하한 1/2모델을 MCM으로 해석하였으며, 트러스와 케이블의 적정 사이즈는 MCM으로 결정하였다. 2단계 설계의 결과를 이용하여 불균등 풍하중을 재하한 본 모델을 BLD3D를 이용하여 최종해석을 하였다.
- 지붕구조물에 대한 구조해석은 Midas를 사용하였으며, 2, 3층으로 구성되는 지붕전체 입체 모델에 대한 고유치해석을 하였다.
- 부재 단면의 최적화를 위해 지붕 Main Frame 의 Cantilever Girder 및 Front Support 는변단면 부재를 설계와 해석 모델에 등가 강성을 가지는 Non-prismatic Beam Element로 고려되었다. 지붕판넬 개폐에 따른 이동하중 조건은 판넬이 열릴 경우와 닫힐 경우의 두 가지 조건에 대해 검토하였으며, 이때에 고정하중 및 0.5x 적설 하중의 하중조건이 적용되었고 이동 중의 충격력에 대한 영향을 고려하기 위해 각 방향별 충격계수를 포함하고 있다.3)
- 두단계로 나누어 해석을 하였다. 처음은 상부압축링의 착공전 단계 구조체의 자중 및 기둥 상단의 압축링 자중을 적용하고, 강재 압축 링은 단지 하중으로만 적용하였으며, 두 번째로는 상부 압축링이 완료된 단계 지붕하중 및 모든 하중을 적용하였다. 여기서 압축링은 기둥 상단부를 연결하며 압축링의 역할을 수행한다4)
대상 데이터
- 재료모델은 SS400 탄성강재로 가정되었으며, 풍압의 입력을 위하여 압력전달 매개체인 면 (Surface) 요소를 사용하였다. 면 요소는 강성과 질량이 거의 0에 가깝도록 모델링 하였으며 삼각형 형태로 지붕면내 절점에 연결되었다.
- 지붕구조물에 대한 구조해석에는 하부구조물 (스탠드부분)을 포함한 3-D Full Model이 사용되었다. 부재 단면의 최적화를 위해 지붕 Main Frame 의 Cantilever Girder 및 Front Support 는변단면 부재를 설계와 해석 모델에 등가 강성을 가지는 Non-prismatic Beam Element로 고려되었다.
- 지붕을 구성하고 있는 Truss의 상세모델링으로 메인트러스(Main Truss), 링트러스 (Ring Truss), 외부테두리트러스(Perimeter Truss) 등의 정확한 Geometry 구성을 통해 부재 설계에 이용되었다. 매스트(Mast)하부의 지점이동에 의한 영향을 고려하기 위하여 매스트 하부의 구조물까지 모델에 포함시켜서 해석하였다3
성능/효과
- 132t/cnf으로 장방향의 부재 자체 및 접합부에는 특별한 문제가 발생하지 않았다. 또한 각 방향에서의 수평전단력에 대한 안전성 검토 및 모서리에 관한 합성 수평전단력 검토를 실시한 결과 단면구성이 충분히 안전하다는 것을 확인하였다.
후속연구
- 지붕의 장스팬으로 인하여 고유진동수가 작아짐에 따라서 풍하중에 의한 동적응답의 영향이 증대되고 있다. 따라서 대공간구조물의 예비설계 단계에서 고유진동수 값을 비교적 정확히 예측할 수 있다면 경제적인 대공간구조물의 설계가 가능할 것이다. 그러나 국내 대공간 구조물의 고유진동수에 대한 약산식에 대한 연구는 미흡한 실정이다.
- 따라서 향후에는 공간구조물의 데이터를 더욱 축척하여 고유진동수에 영향을 미치는 Span/rise비 등의 변수를 고려하는 종합적인 예측식의 개발이 필요하다고 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.