프로젝트 개요
모든 도면 작업, 광범위한 CAD 파일 공유, 워크플로우 관리에 REVIT을 사용함으로써 CRAFT는 이 도구(및 RFEM과의 연동)를 활용하여 구조 해석을 기반으로 구조 모델을 구성할 수 있었습니다.
이들은 RFEM에서 연결 설계도 수행하고자 했지만, 이처럼 매우 복잡한 접합부 설계는 지원되지 않았습니다. 그래서 IDEA StatiCa를 사용하게 되었습니다.
사람들은 보통 자체적으로 계산을 구성하기 위해 SolidWorks나 Fusion 360을 사용합니다. 하지만 그 과정에 얼마나 많은 시간과 노력이 드는지는 흔히 간과합니다. IDEA StatiCa는 매우 잘 정의된 제작 모델링 기능과 연결을 제공하며, 스티프너 요소 측면에서 맞춤형 단면을 생성할 수 있는 유연성도 갖추고 있습니다. 또한 부재에 대한 규정 검토를 수행하기 위한 완벽한 시스템을 제공하여, 설계 문제 해결에만 집중할 수 있게 해줍니다.
Trevor Chou
프로젝트 엔지니어
평균 층고 10피트(3m)인 이 2층 모멘트 골조는 21피트(6.4m)와 14피트(4.3m)의 두 경간으로 구성됩니다.
건축가는 명확한 구조적 브레이스나 지지대 없이 발코니 공간을 완전히 개방된 형태로 남기기 위해 연약층(soft-story) 구조로 설계했습니다. 이에 따라 팀은 열교 차단이 되면서도 별도의 지지대가 없는 발코니 골조를 설계해야 했으며, 이를 위해 모멘트 골조와 깊은 다중 LVL 목재 거더를 결합하고 직교 방향의 플리치 보(flitch beam)와 교차시켜 캔틸레버와 백스팬을 형성하는 방식을 선택했습니다.
이렇게 만들어진 강재 노드 접합부는 두 직교 축 방향의 힘과 모멘트에 저항하도록 설계되었습니다. 처음에는 중앙 중공 단면 허브를 사용하고자 했지만, 박스 단면 벽체의 면외 강성 부족으로 인해 모멘트 골조 거더로부터 전달되는 높은 모멘트에 저항할 수 없다는 것을 알게 되었습니다.
IDEA StatiCa에서 부재 간에 힘이 어떻게 전달되는지 시각화할 수 있었던 덕분에 더 나은 해결책을 찾을 수 있었습니다. 저희는 와이드 플랜지 단면 허브를 채택하기로 결정했는데, 이는 두 직교축 모두에서 우수한 연속성을 만들어내고 부재 간 원활한 힘의 전달을 가능하게 하기 때문입니다.
Trevor Chou
프로젝트 엔지니어
강재 접합부는 넓은 플랜지 단면으로 재설계되어 두 축 방향 모두에서 연속성을 유지하는 동시에 힘과 모멘트가 허브 중심으로 더 직접적으로 전달되도록 했습니다.
또한, 발코니 부재는 건물의 열교 라인을 관통하여 연속적으로 이어지는 강재가 필요했기 때문에, 팀은 열손실과 결로 위험을 줄이기 위해 (맞춤 제작된 소재로 만든) 열교 차단 패드를 포함시켰습니다.
이들은 골조 부재의 해석 및 설계에는 Dlubal RFEM을, 여러 재료로 구성된 복잡한 연결 설계에는 IDEA StatiCa를 사용했습니다.
IDEA StatiCa는 유연한 기능을 제공하여 사용자 정의 재료와 복잡한 형상의 요소, 그리고 목재-강재 연결을 위한 템플릿을 생성할 수 있으며, 이를 통해 모델 구성에 필요한 시간을 크게 단축했습니다.
Trevor Chou
프로젝트 엔지니어
엔지니어링 과제
이 프로젝트에는 많은 과제가 있었습니다.
이미 살펴본 바와 같이, 이 건물은 가파른 절벽 위에 위치하여 전단벽이나 브레이스 없이도 강풍에 저항할 수 있어야 했을 뿐만 아니라, 열교 차단이 되면서 지지대가 없는 발코니가 주 모멘트 골조에 두 번째 직교 설계 방향을 추가하여 상황을 더욱 복잡하게 만들었습니다. 즉, 노드 지점에서 전단력, 축력, 모멘트 저항 능력이 두 방향으로 요구되었습니다.
원래 설계는 강구조 시스템으로 구상되었습니다. 따라서 CRAFT는 가능한 한 많은 부분을 구조용 목재와 목재로 구현하고자 하는 목표를 가지고 강구조 유형의 건물 위상학을 다루었습니다.
목재 연결 설계는 IDEA StatiCa에서 지원되지 않았지만, 이 도구는 특정 볼트 위치에서의 출력 힘을 제공할 수 있었습니다. 이후 팀은 이 결과를 사내 설계 스프레드시트(목재 기준에 부합하는 볼트 지압 검토용)로 손쉽게 전달하여 힘의 분포를 검증하고 연결부의 구조 설계를 완성할 수 있었습니다.
이를 통해 IDEA StatiCa 연결 모듈에서 볼트 크기, 간격, 배열 방식 등을 변경하며 연결을 신속하게 프로토타이핑할 수 있었고, 수정된 볼트 하중을 손쉽게 산출하여 자체 스프레드시트로 내보낼 수 있었습니다.
Martyn Sheard
시니어 프로젝트 엔지니어
솔루션 및 결과
2022년에 완공된 마서스 비니어드의 2층 단독주택은 뛰어난 건축 및 구조 설계의 훌륭한 사례입니다.
IDEA StatiCa 소프트웨어를 활용하고 건축가, 열교 컨설턴트, 제작업체와 긴밀히 협력함으로써, CRAFT는 완전한 강구조 골조를 강재-목재 하이브리드 솔루션으로 성공적으로 발전시켜 필요한 강재량을 줄이는 동시에 건물의 구조를 전통적인 지역 시공 방식에 맞게 유지할 수 있었습니다.
Craft | Engineering Studio 소개
뉴욕에 본사를 둔 CRAFT는 전통적 소재와 비전통적 소재를 활용한 신축(및 기존 건물의 개조) 주거, 상업 및 특수 프로젝트의 시공에서 구조 엔지니어링 컨설팅 서비스를 제공합니다.
혁신적인 구조 엔지니어링 스튜디오인 CRAFT 팀은 구조 엔지니어링과 건축 사이의 지속적인 대화에 대한 열정을 가지고 있습니다. 경험과 개방적인 사고방식을 최고 수준의 전산 및 해석 도구와 결합함으로써, CRAFT는 고객에게 효율적이고 실용적이며 혁신적인 구조 설계 솔루션을 제공할 수 있습니다. 이는 구조 엔지니어링 수행에 있어 새로운 접근 방식을 찾는 건축가와 설계자에게 안성맞춤입니다.
프로젝트 엔지니어인 Trevor Chou는 미국 및 중국 건축 기준에 따른 고층 건물 및 상업용 주택의 구조 설계 및 해석 경험을 보유하고 있으며, 건축과 엔지니어링에 대한 지식을 통합하는 데 열정을 가지고 있습니다.
Martyn Sheard는 이 회사의 시니어 프로젝트 엔지니어로, 다양한 유형과 규모의 프로젝트에서 12년간 설계 및 프로젝트 관리 경험을 쌓았으며, 특히 매스팀버 구조 엔지니어링에 관심이 많습니다.
Martyn Sheard와 Trevor Chou는 IDEA StatiCa Excellence Award 2021의 소규모 구조물 부문에서 다른 100명의 참가자를 제치고 우승을 차지했습니다.
이 프로젝트에 대한 엔지니어들의 이야기를 들어보세요
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