Transcript 모듈러 구조시스템

1세부
플로팅 건축 구조시스템 설계 기술
1-4세세부 : 플로팅 상부구조물 접합부 해석 및 설계기술
2011. 04. 22
한국해양대학교 송화철교수
FARC FloatingArchitecture Research Center
CONTENTS
연구 배경
연구 목표
연구 내용
연구 성과
연구 배경
접합부 해석 및 설계기술
모듈러 구조시스템(경량화)
- 공장에서 제작․생산된 모듈러 유닛을
현장에서 조립하는 방식
- 증설과 이전이 용이하며 내구성이 뛰어
난 형태의 구조물로 공기단축과 경제성,
친환경성을 만족하는 미래 지향적 시스템
경량형 복합재(ResWall)를 이용한 플로팅 하우스
연구 배경
접합부 해석 및 설계기술
하중전이(Load Transfer)
접합부 상세 해석 기술
- 보-기둥의 접합부의 형태에 따라 골조의 안정성에 큰
영향을 받으므로 접합부의 정확한 상세해석 기술에 의
한 안정성평가가 필요
- 파랑하중의 영향을 많이 받기 때문에 부가모멘트가 크
게 작용하며, 접합부 상세해석을 통한 모멘트를 줄이는
경제적인 접합부설계 필요
상부구조와 함체간의 접합부 기술
- 구조형식이 변화되는 접합부분에서 단면이 작아지거나
상하부의 시스템이 정확하게 맞물려서 연결되지 않는
구조적 문제가 발생함
- 파랑하중에 의한 하부구조물의 변형이 접합부에 영향
을 미쳐 상부구조물의 이용자에 사용성과 안전성의 문
제를 발생시킴
탬즈강에 위치한 플로팅홈
연구 배경
접합부 해석 및 설계기술
• 플로팅 건축물의 모듈러 구조시스템 적용 미흡
• 플로팅 상하부 접합부 상세해석 기술 미흡
접합부 설계기술 및 시제품 확보
연구 목표
최종목표
상하부 접합
부 상세해석
기술
상부구조시스
템 모듈화 기술
안전성 평가
구조설계지침
개발
플로팅 상부 구조물 접합
해석 및 설계 기술 개발
연구 목표
1차년도 목표
연차
연구목표
▪ 플로팅구조물 상부구조시스템
세부과제:
1차년도
플로팅 건축
상부구조시스템
구조시스템
모듈화 기술
설계기술
주요 연구내용
사례조사 및 분석
▪ 모듈러 구조시스템 적용방안 검토
▪ 파랑하중을 고려한 상부구조 해석
▪ 상부 모듈러 구조시스템 안전성평가
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Box Type : 기본 형식이며 시공이 용이하나 시야차단
용도 : 1층-로비 및 사무실, 2층-식당
크기 :
- 상부 구조체 ; 연면적 513㎡, 높이 18.36m
- 하부 구조체 ; 면적 24m×24m, 높이 3.2m
홀수 : 2.0m
구조 : 철구조 (8㎜ 철판, 철근콘크리트)
계류 : 돌핀계류 (콘크리트 돌핀 2기)
요코하마 여객 터미널
설계 : Lars Lindholdt (Aquqdomi)
용도 : 카페, 레스토랑
구조 : 교차된 벽을 건물 중앙에 놓은 구조
크기 :
- 테라스 ; 폭 2.9m 면적 152㎡
- 폰툰 ; 면적 237㎡
- 주거 ; 면적 104㎡
X House
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Circle Type : 중심성을 강화시켜주며 구조변경이 용이
설계 : Christoffer Marten, Swen Burgheim (Aquqdomi)
구조 :
- 중앙기초를 포함하여 8개의 요소로 구성
(각 면적은 25㎡)
- 확장 가능한 구조(최대 확장 면적 228㎡)
- 원형의 구조
- 유연하고 열린 사용을 위해 큰 미닫이 문을 사용하고 기둥을 제
외한 거의 모든 부분이 열릴 수 있는 유리를 사용
Circle House
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Triangle Type : 매우 안정적인 구조이며 시공용이
설계 : 건축가 모임 N55
구조 : 삼각형의 유닛을 접합시켜 형성
용도 : 소규모 주거
재료 :
a. 골재 ; Stainless Steel
b. 부력체 ; Poluethilene Tank
Mini House (Copenhagen Denmark)
설계 : Torrisi, Procopio (Aquqdomi)
용도 : 리조트
크기 :
- 주거면적 52㎡
- 테라스면적 20㎡
- 총 공동면적 580㎡
Jungle House
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Z Type : 연속적 배열, 대지조건에 맞춘 분할형태
설계 : CF Moller (Aquqdomi)
용도 : 호텔
크기 :
- 지하층 면적 686㎡
- 1층 541㎡
- Roof Terrace 350㎡
Z-Hotel
설계 : CF Moller (Aquqdomi)
크기 :
- 주거면적 159.3㎡
- 테라스면적 87.1㎡
Aquadomi(덴마크) - Z3(주택)
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Spiral Type : 연속적이며 유연한 성질
설계
용도
크기
구조
골조
표면
:
:
:
:
:
:
지안카를로 제마(Italy)
리조트
지름 15m, 높이 10m
나선형 계단으로 연결된 5층 구조
유리섬유
티크 목재
Jelly Fish 45
설계
용도
크기
구조
Trilobis 65
:
:
:
:
지안카를로 제마(Italy)
리조트
높이 10m, 직경 15m
나선형
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Star Type : 여러방향의 접근 가능, 일정한 전망성
설계 : Aquqdomi
용도 : 가족 단위 휴양 시설
구조 : Box Type이 모여서 Star Type으로 구성
크기 :
- 요소 당 주거면적 48㎡
- 요소 당 테라스면적 16㎡
Bastain
설계 : CF Moller (Aquqdomi)
용도 : 호텔
규모 :
- Room 140개
- Restaurant 100명 수용 가능
- Conference 100명 수용 가능
- Lounge/bar는 50명 수용 가능
Star-Hotel 140
연구 내용
플로팅구조물 상부구조 시스템 사례조사 및 분석
-Corn Type : 상승의 느낌, 단위면적당 실사용 공간작음
설계 : Ivar Moltke, Morten Jeppesen (Aquqdomi)
용도 : 사무실, 카페
크기 :
- 폰툰 ; 면적 총 576㎡(24m×24m)
- 주거 ; 면적 총 400㎡(20m×20m)
Event House A576
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-모듈러 건축 시스템의 적용사례
Britspace(영국) - 연립주택
ALHO(독일) – 모듈러 오피스
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-모듈러 건축물의 구조 형식
프레임 방식 모듈 (서울 대조초등학교)
내력벽 방식 모듈 (충주 E사 단독주택)
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-적용된 표준모듈
서울 대조초등학교 적용 표준 모델
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-모듈러 유닛의 구조시스템
프레임-페널형 모듈의 적층구조
프레임-패널형 모듈의 구조
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-모듈러 유닛의 구조시스템
유럽의 내력벽식 모듈의 구조
기숙사나 호텔 등 소규모실을 구성하는데 효과적
모듈러 건축물 통합설계(software MC-Desinger)
부재력 검토와 횡변위 검토
최종적으로 부재를 설계하는 과정으로 구조설계에 이용
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-단지내 단위 주거의 유형화
Water-front 유형
물
과
관
계
맺
는
방
식
에
따
라
분
류
물과는 산책로 및 공원의 간격을 두고
주거단지가 형성되는 유형
Water-side 유형
물과 산책로에 바로 근접하여
수변을 향해 주소가 면하는 유형
Water-on 유형
일명floating home 이라불리우며
물위에 떠 있는 형태로 주호가
들어서는 유형
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-베를린시 루메스부르크만 강변단지
베를린 테라스의 개념모델
(water-front)
베를린 테라스의 개념모델
(water-side)
베를린 테라스의 개념모델
(floating home)
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-베를린시 루메스부르크만 강변단지(floating home)
플로팅 홈 시공과정
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-해체ㆍ조립식 모듈러 철골조 건물의 시공성
공장제작
공장제작
외장벽체 제작
트러스제작
운송
현장설치
바닥프레임설치
주골조설치
벽체설치
지붕설치
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-해체ㆍ조립식 모듈러 철골조 건물의 시공성
MIDAS 모델링
- 하중조합 : 1.2D + 1.6S + 0.65Wx
구분
부재사이즈
재질
기둥
□-150×150×6.0
SPSR400
보
C-220×65×18×12×3.0
SGH400
고력볼트
M16
F10T
주구조체 부재사이즈
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-하이브리드 경량패널과 모듈러 시스템
경량 모듈 구조의 일반적인 형태 – 경량프레임 하우스
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-하이브리드 경량패널과 모듈러 시스템
지속적으로 지지되는 경량프레임의 모듈
돌출부에서 지지되는 모듈
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-하이브리드 경량패널과 모듈러 시스템
실제 건물에 사용되는 하이브리드 패널과 모듈러 구조
하이브리드 패널과 모듈러 구조 (Corus)
연구 내용
모듈러 구조시스템의 적용방안검토
-하이브리드 경량패널과 모듈러 시스템
베어링으로 지지된 벽과 쌓아올린 화장실 모듈
Lillie Road의 완성된 하이브리드 패널과 모듈러 프로젝트
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-플로팅 상하부 구조물의 거동분석
하부구조
상부구조
길이
196m(7m*28)
42(7m*6)
너비
112m(7m*16)
28(7m*4)
높이
3m
17.5m(3.5m*5)
기둥
C1
H-400*400*13*21
C2
H-440*300*11*18
B1
H-500*200*10*16
B2
H-450*200*9*14
(SS400)
보(SS400)
고정하중 - 총합 : 4640N/m2 , 마감(T=30mm) : 294N/m2 , 콘크리트 토핑 : 4000N/m2 ,
데크플레이트 : 147N/m2 , 천장 : 196N/m2
활하중 - 2650N/m2
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-플로팅 상하부 구조물의 거동분석
파랑하중
- 가상파랑하중(사인함수)으로 파랑하중 적용
- 파장은 260m로 가정하고 진폭은 20cm, 30cm일 경우를
가정하여 적용
y  y sin( t )
여기서, y  진폭(m),  
파랑하중
상하부 구조물 지점 변위
2
, T  주기, t  시간( s )
T
진폭 20cm
진폭 30cm
1
0
0
28
0.122
0.182
56
0.194
0.291
84
0.177
0.265
112
0.079
0.119
140
-0.053
-0.080
168
-0.162
-0.243
196
-0.200
-0.300
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-플로팅 상하부 구조물의 거동분석
부재별 응력이 최대인 위치(고정하중,적재하중)
상하부 거동 모형
거동중 중 측면
부재별 응력이 최대인 위치(파랑하중)
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-플로팅 상하부 구조물의 거동분석
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
철골구조물의 정확한 거동을 파악하기 위해서는 접합부의 회전강성을 고려한 구조설계와 해석이 필요
구조물에 반강접 접합부를 적용할 경우 모멘트 저감에 의한 부재단면감소 ⇒ 경제적 이득
•
•
세가지 변수로 M-θ
거동예측
–
θ0 = 기준소성회전각
–
R
–
n = 형상계수
ki
= 초기접합부강성
n값이 작을수록 완만한 곡선을 나타냄
Three Parameter Power Model
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
2000
Moment (ksi)
1600
1200
800
400
roof girder
2-8floor girder
0
0
Top-and seat-angle connections
with double web-angle
0.01
0.02
Rotation
0.03
Moment-rotation curve of TSD connection
0.04
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
길이
42(7m*6)
너비
28(7m*4)
높이
17.5m(3.5m*5)
기둥
H-400*400*13*21
(SS400)
H-440*300*11*18
H-500*200*10*16
보(SS400)
H-450*200*9*14
상부구조물 3D모형
상부구조물
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
모멘트비교
(단위:N.m)
접합부종류
위치
강접 접합
ELEMENT-1
반강접(TSD)접합
파랑하중
정적하중
조합하중
(진폭30cm)
(고정하중,활하중,풍하중)
(진폭30cm)
5.0162E+04
1.0439E+05
1.5455E+05
-4.1647E+04
2.0252E+05
1.6087E+05
4.5630E+04
8.7593E+04
1.0997E+05
-3.8088E+04
1.1713E+05
1.0276E+05
ELEMENT-1
모멘트 증가율 비교
- 정적하중에 의한 BEAM 부재의 모멘트는 강접일때 보다 TSD 접합일때 일때 16~42%감소
- 조합하중에 의한 BEAM 부재의 모멘트는 강접일때 보다 TSD 접합일때 28~36% 감소
연구 내용
파랑하중을 고려한 상부구조 해석 및 안전성 평가
-상부구조에 대한 비선형 해석
1.20E+00
1.20E+00
1.00E+00
1.00E+00
8.00E-01
8.00E-01
Load Scale
Load Scale
소성해석에 의한 거동비교
6.00E-01
4.00E-01
2.00E-01
0.00E+00
0.00E+00
6.00E-01
4.00E-01
2.00E-01
1.00E-01
2.00E-01
3.00E-01
4.00E-01
Drift
강접 골조인 경우 하중계수-변위 그래프
5.00E-01
0.00E+00
0.00E+00
1.00E-01
2.00E-01
3.00E-01
4.00E-01
Drift
반강접 골조인 경우 하중계수-변위 그래프
5.00E-01
연구 성과
성과 목표
성과목표
성과지표
성과
논문
학술지게재논문건수
1
연구 성과확산 노력
기술확산을 위한 상호 교류정도
1
기술선진화
기술수준 향상도
10%
분야별 인력양성
전공분야별 인력양성 배출실적
1
지역산학협력 공동연구
산학연 협력으로 인한 기술개발 능력향상
10%
- 한국항해항만학회 학술발표 대회 예정 2011. 6.
- 공학석사 배출 2011. 2.
THANK YOU