버거스 동물원 맹그로브, 아른험, 네덜란드
프로젝트 데이터
위치 - Antoon van Hooffplein 1, 아른험
발주 - Koninklijke Burgers' Zoo, 아른험
건축 설계 - Koninklijke Burgers' Zoo / Sijven Eindhoven, 아른험
구조 설계 - ABT, Velp
구조 상세 설계 - Staalbouwkundig Adviesburo Van Odenhoven
시공 관리 - P&H Adviseurs Construction & Real Estate (시공 관리 및 감리), Veldhoven
철골 시공 - Moeskops Steel Construction, Bergeijk
프로젝트 개요
전 세계적으로 맹그로브 숲은 자연에서 필수적인 기능을 담당함에도 불구하고 대규모로 사라지고 있습니다. 버거스 동물원은 방문객들에게 이에 대한 인식을 높이고자 아른험에 세계 최대 규모의 실내 맹그로브를 조성하였습니다. 이 맹그로브는 중앙아메리카 벨리즈의 맹그로브 숲을 모델로 하고 있습니다. 버거스 맹그로브에 입장하면 매너티 수조(100m³) 위에 놓인 강철 교량을 건너며 여정이 시작됩니다. 이후 맹그로브 숲을 통과하는 플랫폼을 따라 이동합니다. 썰물과 밀물에 따라 다양한 환경이 형성되는 이 극도로 염분이 높은 환경에서 생존할 수 있는 식물 종은 매우 드뭅니다. 길이 12m, 높이 1.8m의 곡면 아크릴 창을 통해 카리브해 바다소와 직접 눈을 맞출 수 있습니다. 버거스 맹그로브는 지름 60m의 강철 돔 구조물로 덮여 있으며, 카리브해 매너티 수조에는 100만 리터의 물이 채워져 있습니다.
철골 구조 및 강재 사용 설명
설계는 다양한 선택 사항을 종합적으로 검토하는 통합적 과정입니다. 맹그로브 홀의 경우, 설계 과정에서 가장 중요한 고려 사항은 생태 전시를 위한 최대한의 전시 면적과 최적의 건물 형태 사이의 균형이었습니다. 동시에 파사드 및 지붕 면적을 최소화하여 시공 비용을 절감하면서도 최대한 넓은 공간을 확보해야 했습니다. 또한 버거스 부시(Burgers' Bush) 및 버거스 데저트(Burgers' Desert)와 마찬가지로 구조물은 외부에 설치되어야 했습니다. 선택된 아치형 지붕 구조는 위의 요건을 잘 충족합니다. 구조물은 중앙부가 가장 높아 생태 전시의 체험 효과를 극대화하고 수목 성장이 가능하도록 합니다. 돔의 하부에는 공간을 기능적으로 활용할 수 있는 충분한 높이가 확보되며, 수직 파사드의 면적은 최소화됩니다.
돔 구조는 강재로 설계되었는데, 이러한 유형의 구조물이 목재로 설계되는 경우가 많다는 점에서 주목할 만합니다. 강재를 선택한 이유는 이 생태 전시관에 많은 자연 채광이 필요하기 때문입니다. 목재 구조는 단면 치수가 크기 때문에 채광량이 크게 줄어들어 그늘이 많이 생깁니다.
강재는 하부 링에 요구되는 높은 인장력에 훨씬 더 적합한 것으로 나타났습니다.
돔은 직경 323mm, 벽두께 8mm의 강관으로 한 방향으로 스팬을 구성합니다. 돔의 이중 곡률로 인해 강관들은 서로 평행하지 않으며, 일반적으로 약 4m 간격으로 배치됩니다. 가장 긴 스팬은 평균 길이 13m의 프리패브 부재 5개로 구성되며, 짧은 스팬은 더 적은 수의 부재로 구성됩니다. 각 부재는 볼트 10개를 사용한 플랜지 연결로 결합됩니다. 중요한 상세 사항으로, 플랜지 중앙부에는 용융 아연 도금된 강재의 열화를 방지하기 위한 탈아연 방지 홀이 적용되었습니다. 이는 실제 지붕 방수층이 하부에 매달려 있어 전체 구조물이 외부 환경에 노출되기 때문입니다.
주 강관 사이에는 직경 193mm, 벽두께 8mm의 강관으로 구성된 대각 스트럿 연결재가 설치됩니다. 스트럿은 포크 조인트로 주 강관에 연결됩니다. 이 연결부의 플레이트는 주 강관 및 스트럿 강관에 공장에서 미리 제작됩니다. 돔의 이중 곡률로 인해 각 포크 조인트의 각도가 모두 다르기 때문에 정밀한 치수 관리와 작업이 요구되었습니다. 주 강관과 스트럿의 조립 과정에서 전체 구조물은 세 개의 보조 구조물로 임시 지지되었습니다. 이는 돔 구조가 실제로 폐합되어야만 강성을 발휘하기 때문에 필요한 조치였습니다. 돔은 단계적으로 시공되었으며, 돔이 폐합된 후 보조 구조물이 제거되었습니다.
하부 링은 돔의 모든 힘을 흡수합니다. 주 거더와 동일한 강관, 즉 직경 323mm, 벽두께 8mm의 강관으로 구성됩니다. 이 보 역시 프리패브 부재로 구성되며, 추가 안전성을 위해 두께 40mm의 용접 플랜지로 연결됩니다. 돔의 주 강관은 하부 링에 플랜지로 연결됩니다. 짧은 강관 조각이 헤드에 보틀 플레이트를 용접하여 연결됩니다. 이 연결 부재들도 돔의 곡률로 인해 각 주 강관마다 연결 위치가 달라 정밀한 치수 관리와 정확도가 요구되었습니다.
하부 링은 HEA 240 프로파일의 강재 기둥으로 독립적으로 지지되며, 앞서 언급한 바와 같이 기둥 간격은 4.50m에서 5.00m 사이입니다. 지반 레벨의 변화로 인해 기둥의 길이가 서로 다릅니다. 일부 구간에서는 기둥 사이에 풍하중 브레이싱이 적용되었습니다. 모든 기둥은 조립 과정에서 가새로 지지되며, 돔 구조물 조립 시 인장 보는 두 기둥마다 설치됩니다.
특수 구조 기법 / 상세
돔의 가장자리에서 그물 구조는 링으로 집결됩니다. 이 링은 진자 기둥으로 지지되며, 기둥 사이에는 대각 브레이싱이 적용되었습니다.
분절 하부 링의 치수는 Ø 323.9 x 8 S355J2H이며, 발주처의 요구 조건은 다음과 같습니다:
- 연결부는 압축 축력 Nc,Rd = 2818 kN을 견딜 수 있어야 함
- 용융 아연 도금 구조물에는 단면적의 ≥ 30%에 해당하는 '싱크홀'이 필요함
- 내부를 포함하여 용접되지 않은 강재 연결 불허 (양면 필릿 용접 또는 맞대기 용접)
- 구조물 외부에 먼지, 낙엽 등의 퇴적 불허
- 조립용 연결은 볼트만 사용 (현장 용접 불허)
접합부의 최종 해결책은 IDEA StatiCa Connection을 사용하여 계산되었습니다.
대각 브레이싱 설계 시 다음과 같은 과제가 있었습니다:
- 이러한 구조물은 제작 공차에 매우 민감함
- 아연 도금을 위한 홀이 중요 단면을 약화시킴
- 립(lip) 1개는 한쪽 면에만 용접 가능
IDEA StatiCa Connection을 사용하여 완벽하게 용접된 플레이트와 아연 도금 홀 없이 이러한 모든 문제를 해결할 수 있었습니다.
결론
엔지니어링 팀의 말을 빌리자면: "IDEA StatiCa Connection으로 설계하는 것은 상세 설계자나 구조 엔지니어에게 'LEGO' 블록을 사용하는 것과 같습니다."
사진 제공: ABT B.V.
ABT
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