기회의 파빌리온 강구조 캐노피 구조물
프로젝트 소개
기회의 파빌리온은 AGi Architects가 두바이 엑스포 2020을 위해 설계하였습니다. 이 구조물은 넓은 광장으로 구상되어, 위치한 기회 지구(Opportunity District)와의 연속성을 제공합니다. 기회의 파빌리온의 목표는 필수 자원에 대한 더 나은 접근성 증진과 UN 지속가능발전목표 달성을 향한 엑스포 2020의 의지를 강조하는, 매력적이고 영감을 주는 환경을 조성하는 것이었습니다.
Eversendai의 엔지니어들은 특히 캐노피 강구조 설계에 집중하며 이 프로젝트에서 핵심적인 역할을 담당했습니다. 지상 32미터 위에 떠 있는 캐노피는 사람들이 이루고자 하는 꿈을 상징하는 구름을 형상화합니다. 광장은 지형의 경사를 연결하는 두 개의 레벨로 구성되어 있습니다. 캐노피는 여섯 개의 강재 중첩 레이어로 이루어져 있으며, 시간대와 빛에 따라 변화하는 모습을 보여줍니다.
엔지니어링 과제
기회의 파빌리온의 설계는 건축적 요구사항만으로도 그 자체가 거대한 도전이었습니다. 여러 트러스 시스템이 다양한 레이어에 걸쳐 얽혀 있어, 40미터 이상의 광범위한 캔틸레버를 가진 복잡한 3D 구조를 형성합니다. 이 모든 것이 몇 개의 기둥으로만 지지됩니다.
이 프로젝트는 상세 설계, 조달, 인터페이스 조정, 제작 및 시공을 포함하여 기회의 파빌리온을 4개월 이내에 완공할 것을 요구했습니다. 1,600개 이상의 고유한 연결 유형 검증을 포함한 복잡한 구조 설계 관리에는 단 한 달만이 할당되었습니다. 모든 접합부는 매우 복잡하여, 한 지점에서 약 10개의 부재가 다양한 각도로 만납니다. 18개의 부재로 구성된 접합부도 예외가 아니었습니다. 각 노드는 구조적 건전성을 손상시키지 않으면서 재료 효율성을 확보하기 위해 규정 검토와 최적화가 필요했습니다. 구조물이 영구적이지 않고 해체될 예정이었기 때문에, 설계는 재료 소비를 최소화하기 위해 매우 얇은 프로파일의 사용을 강조했습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Example of a complex connection comprising of 17 members}}}\]
솔루션 및 결과
트러스 시스템의 초기 초안은 Tekla에서 작성되었으며, 모든 부재는 원형 중공 단면(CHS) 부재로 설계되었습니다. 모든 접합부는 눈에 보이는 연결을 피하고 순수하고 통일된 구조를 확보하기 위해 용접으로 설계되었습니다. 최소 두께로 인해 벽면 응력에 대한 규정 검토가 검증에 필수적이었습니다. Eversendai의 엔지니어들은 접합부의 거동을 파악하고, 최적화하며, 다양한 조합을 동시에 검증하기 위해 IDEA StatiCa Connection 애플리케이션을 사용하기로 결정했습니다.
또한, 이 소프트웨어는 극도로 얇은 벽에 집중 하중이 작용할 경우 부재의 전체 안정성에 영향을 미치는 국부 변형의 부정적인 영향을 인지하면서, 기하학적 비선형 해석(GMNA)을 수행하고 중공 단면 부재의 국부 변형을 분석하는 데 도움을 주었습니다.
설계 과정에서 엔지니어들은 모든 관련 검토를 통과하면서 강재 사용량을 최소화하고, 동시에 신속하고 용이하게 제작할 수 있는 솔루션을 찾아야 했습니다. 일반적으로 이러한 연결에서 엔지니어들은 내부 스티프너, 링 스티프너 또는 거셋 플레이트를 설계하는 경향이 있으나, 이 경우에는 적용이 불가능했습니다. 시간이 촉박한 이 프로젝트에서는 제작팀이 구조물을 제때 납품할 수 있도록 이러한 작업을 최소한으로 줄여야 했습니다.
구조 엔지니어들은 설계가 신속한 조립에도 최적화될 수 있도록 제작팀과 지속적으로 소통했습니다. 시공 과정을 가속화하기 위해, 3미터 섹션을 운반하는 일반적인 방식에서 벗어나 시공 홀에서 최대 5.5미터의 더 큰 부재를 사전 조립한 후 현장으로 운반하였습니다. 이를 통해 현장 조립 시간을 크게 단축하고 전체 프로젝트 일정을 줄일 수 있었습니다.
United Arab Emirates
Eversendai 소개
인도, 아랍에미리트, 카타르에 위치한 Eversendai 엔지니어링 사무소는 개념 설계부터 상세 설계까지, 고도로 자격을 갖춘 경험 있는 설계 엔지니어와 상세 설계자들이 다양한 유형의 구조물에 대한 엔지니어링을 포함한 포괄적인 기술 및 엔드투엔드 설계 서비스를 제공합니다. 철골 건립 엔지니어링 부서와의 직접적인 소통 덕분에 협업을 통해 오해와 불일치를 최소화할 수 있습니다. 구조 엔지니어들은 건립팀의 실제 제약 조건과 피드백을 설계에 반영하여, 이론적으로 건전할 뿐만 아니라 건립 과정에서도 실현 가능하고 안전한 설계를 도출할 수 있습니다. 이는 지연과 비용이 많이 드는 변경을 방지하여 보다 실용적으로 구현 가능한 프로젝트로 이어집니다. 기회의 파빌리온을 4개월 만에 제작한 것은 그들의 40년 경험을 잘 보여주는 훌륭한 사례입니다.
결론
기회의 파빌리온은 건축적 야망과 실질적인 과제를 균형 있게 조화시킨 현대 엔지니어링의 인상적인 사례로 자리하고 있습니다. 촉박한 일정에도 불구하고, IDEA StatiCa와 같은 첨단 도구의 활용은 복잡한 노드의 효율적인 설계와 규정 검토를 가능하게 했습니다. 구조 엔지니어와 프리패브리케이션 팀 간의 협력을 통해 프로젝트를 제때 납품할 수 있는 방법을 찾을 수 있었습니다. 프로젝트의 완공은 Eversendai 엔지니어링의 기술적 역량뿐만 아니라 까다로운 조건 하에서도 납품할 수 있는 능력을 입증했습니다.
기타 사례 연구
