사례 연구

다목적 건물의 철근 콘크리트 구조

브르노 | Czech Republic | STATIKON Solutions s.r.o.

Concrete

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체코 브르노 시에 지상 12층, 지하 3층 규모의 새로운 다목적 건물이 건설되고 있습니다. STATIKON Solutions s.r.o.의 구조 엔지니어들은 이 프로젝트에서 여러 도전 과제를 맡았으며, 흥미로운 세부 사항을 공유하기로 했습니다.

프로젝트 개요

브르노에 철근 콘크리트 구조로 이루어진 새로운 다목적 건물이 건설되고 있습니다. 이 건물은 도시의 크랄로보 폴레 지구를 대표하는 랜드마크가 될 것이며, 1층의 상업 공간과 상층부의 호텔을 결합한 복합 시설로 운영될 예정입니다. 또한 대규모 지하 주차장도 포함될 예정입니다.

지지 구조는 전체적으로 철근 콘크리트로 설계되었습니다. 저층부와 지하 주차장에는 수직 기둥 시스템이 적용됩니다. 구조적 관점에서 바닥 슬래브는 점 지지 방식으로 설계되었습니다.

건물 전체 구조는 장대 현장 타설 말뚝과 두꺼운 기초 슬래브의 조합으로 지지됩니다. 기초 슬래브는 슬래브와 지반의 상호작용 및 말뚝과의 상호작용으로 인한 영향을 전달하도록 설계되었습니다. 이로 인해 구조 내에 이른바 '불연속 영역'이 형성되었으며, 이는 이 콘크리트 구조에서 가장 위험한 부분입니다.

건물이 다른 건물들로 둘러싸여 있어 기초 굴착은 매우 신중하게 설계되었습니다.

엔지니어링 과제

건물은 외관상 비교적 단순해 보이지만, 해결해야 할 수많은 기술적 과제가 있었습니다.

특히 어려웠던 점은 서로 다른 구조 시스템과 각 공간의 기능적 요구사항(지하: 램프 및 차로; 주차장 상부 층: 상업 공간)으로 인한 평면 계획의 큰 차이로 인해 지상층에서 지하층으로의 하중 전달이 복잡했다는 것입니다. 이러한 이유로 구조의 일부 부분은 매우 높은 응력을 받게 됩니다.

이에 대한 해결책으로, 구조 엔지니어들은 벽 구조 시스템이 벽에서 기둥으로 전환되는 지점에 두 개 층에 걸쳐 연장되는 높은 벽보를 설계했습니다.

해결 방안 및 결과

STATIKON은 IDEA StatiCa를 사용하여 건물 지하 부분의 외벽과 기초 슬래브 및 말뚝 간의 접합부를 설계하고 규정 검토를 수행했습니다. 말뚝을 벽 중앙 하부에 배치하는 것이 불가능했습니다. 그 이유는 기초 굴착의 근입부로부터 규정된 이격 거리를 유지해야 했기 때문입니다.

유사한 경우, 기초 슬래브 외주부에 대형 분산 리브를 설계하는 것이 가능하지만, 이는 재료비(콘크리트 및 철근, 굴착, 기초 구조물 심화) 증가를 초래합니다.

또 다른 해결 방법은 IDEA StatiCa의 상세 해석을 활용하는 것입니다. 이를 통해 외주벽 하부 기초 슬래브와 말뚝 두부의 접합 상세를 검토할 수 있습니다. 이 방법으로 구조 엔지니어들은 외주 리브가 필요하지 않다는 것을 확인했습니다. 단, 국부적인 분산 두부 없이는 처리할 수 없었던 가장 응력이 집중된 두 곳은 예외였습니다.

이러한 접근 방식 덕분에 STATIKON Solutions s.r.o.의 구조 엔지니어들은 충분한 안정성을 유지하면서 재료의 가장 경제적인 사용을 보장하는 신뢰성 있고 정밀한 설계를 달성할 수 있었습니다.

IDEA StatiCa가 해결에 도움을 준 또 다른 문제는 두 말뚝 사이 공간에서 기둥이 기초 슬래브에 종단되는 지점이었습니다. 이 상황은 단일 말뚝의 지지력이 더 이상 충분하지 않아 말뚝 '군'이 필요할 때 발생합니다.

이 경우, 두 말뚝의 상호 축간 거리는 말뚝 직경의 2배입니다. 이는 다시 불연속 영역으로 이어지며, 기둥의 힘이 인장력을 동반한 압축 대각재를 통해 말뚝으로 전달됩니다.

구조 엔지니어들이 IDEA StatiCa의 도움으로 해결한 또 다른 과제는 앞서 언급한 높은 벽보와 과도한 크기로 인해 매우 편심 하중을 받는 일부 높은 교각이었습니다.

편심 하중을 받는 기둥의 경우, 구조 엔지니어들은 보수적인 접근 방식을 취할 필요 없이 기둥 축으로부터의 편심 거리에서의 수직력을 단순히 휨 모멘트로 간주하지 않았습니다. 그들은 압축 응력과 인장력의 분포를 구조의 하류 부재로 전달하는 관점에서 상황을 처리할 수 있었습니다.

편심 하중을 받는 기둥의 설계 및 검토에서 보수적인 방법을 선택했다면, 설계 자체가 불가능했을 것입니다. IDEA StatiCa의 도움으로 수행된 설계는 필요한 최적의 철근량과 그 배치를 도출했습니다.

IDEA StatiCa Detail을 적용함으로써, 일부 과제들은 기존 절차를 사용했을 때보다 더 빠르고 적은 노력으로 해결되었습니다.