공학 올립니다 건축구조 올립니다 막구조Membrane Structure 올립니다 에 관해서
[공학] [건축구조] 막구조[Membrane Structure]에 관해서
Membrane Structure
1.개요
건축가와 구조가는 최적의 공간을 창출하기 위하여 많은 연구와 노력을 기울여 왔고, 그 결과 다양한 공간을 만들게 되었다. 특히 현대 산업사회는 경제력의 향상으로 인해 다양한 형태와 목적을 가진 건축물을 요구하고 있으며, 인간의 많은 활동이 실외에서 실내로 옮겨져 가고 있고 규모도 대형화되어 무지주 대공간 구조물의 수요가 증가하고 있다.
대공간 구조물 중에서도 연성구조물의 일종인 막구조는 시각적인 아름다움을 제공하면서 환경 친화적이고, 경제적인 구조 시스템이다. 또한 방수성이 우수하고 가벼워 시공성이 우수하며 유지보수 비용도 적게 들기 때문에 그 활용성은 더욱 많아질 것이다.
이러한 막구조는 독일의 Stuttgart 대학에서 창안되고 개선되었는데 독일의 기후가 온화하여 막구조 형상의 표현이 쉬운 여건으로 인하여 많은 발전이 있었으며, 그 외 프랑스, 이탈리아 등 유럽과 북미 각국에서 사용되면서 발전을 거듭하였다. 우리나라가 위치한 동북아는 최대 풍속이 60m/sec에 이르는 태풍의 주기적인 피해와 해안선을 따라 많은 적설량을 보이는 기후적 제약과 막이 지닌 방재나 내구성 부족으로 인하여 발달하지 못하였으나, 1970년 일본 오사카에서 개최된 EXPO 등의 각종 국제박람회를 계기로 그 사용실적이 크게 증가하기 시작하였으며 1973년에 테프론 막이 개발되어 내구성 문제가 해결되었다. 우리나라는 적은 규모의 막구조이지만 1990년 건립된 강촌휴게소는 국내에서 개발한 막재와 순수 우리기술로 건립된 최초의 막구조물이라고 할 수 있다. 1990년에 건립된 강촌휴게소를 시작으로 1993년 대전 EXPO 전시장 막구조는 국내의 막구조물의 시공기술 수준을 크게 향상시켜 놓았다. 2002년 월드컵 경기장에서 더욱 적극적인 막구조가 사용되었다. 또한 외국에서는 달 기지의 전진기지, 해저구조물, 극지방 탐사구조물, 해저터널, 압력댐, 수상활주로등으로의 응용연구가 활발히 진행되고 있다.
따라서 본 내용에서는 막구조의 종류와 막구조의 수명을 결정하는 막재의 종류와 특징에 대해 알아보기로 하겠다.
2.막구조의 정의
커튼, 손수건 그리고 싱크대 서랍 안에 있는 비닐 랩 등을 양손으로 잡아당겨 보면 원래 힘이 없이 축 늘어졌던 것이 쭉 펴져 견고하게 된 곡면을 이루게 되는 물체로 변모한다. 그리고 이 곡면물체가 외부로부터의 누르는 힘에 견딜 수 있을 뿐 아니라 안전한 구조체가 됨을 쉽게 알 수 있다. 천이나 필름과 같이 얇은 시트 형태의 물체를 막이라고 부른다. 이러한 간단한 실험으로부터 막을 적절히 잘 지지시킴으로써 외부 하중을 견뎌내어 계속적으로 사용할 수 있는 구조물을 만들 수 있다는 가능성을 이해할 수 있다. 이것이 막구조물이다. 일상생활에서의 것을 살펴본다면, 요트의 돛, 비행선이나 낙하산, 에어백 그리고 우리가 흔히 이용하는 우산도 막구조물이라 할 수 있다. 물리학의 사전에 의하면 막이란 “면의 휨에 대한 저항(휨 강성(flexural rigidity)이 면의 신축에 대한 저항에 비교하여 무시 가능한 2차원적 재료이다”라고 정의하고 있다. 막을 이렇게 정의하면 막은 면의 신장에 대한 저항(신장강성(extension rigidity)이라고 불린다)을 지닐 뿐 아니라 면내에서의 압축에 대한 저항도 같이 갖는다고 하는 것이 된다.
실질적인 구조용 재료로써 사용되는 막은 유연한 2차원재료 또는 얇은 시트 형상의 재료인 것이 보통이고 대부분의 경우 그 압축에 대응하는 저항은 무시할 수 있을 만큼 작다. 단 그러한 막에 있어서는 면내전단강성은 무시할 수 있는 경우도 있지만 해석에 고려할 만한 크기를 갖는 경우도 있다. 이러한 막에 대해서는 막이라는 것은 신장강성을 갖지만 휨 강성과 압축에 대한 저항은 무시 가능하고, 무시할 수 없는 크기의 전단강성을 가질 수 있는 2차원 재료라고 정의할 수 있다.
따라서 막구조(Membrane Structure)는 코팅된 직물(coated fabric)로 된 연성막(membrane)을 구조체로 사용하여 이것에 초기장력을 주고 외관의 강성을 늘림으로서 외부하중에 대하여 안정된 형태를 유지하는 구조물을 말한다.
3.막구조의 종류
막구조는 외력에 대한 저항방식이 형태에 따라 매우 다양하게 전개되지만 하중 전달과 지지방법에 따라 크게는 텐트방식과 공기방식으로 나눌 수 있다. 이 두 가지 구조방식은 주 하중에 대한 저항요소가 근본적으로 다르고 또한 각기 다른 형태의 외력에 대한 저항 Mechanism을 가지고 있다. 막구조는 구조적으로 어느 범주에 속하는가 하는 문제를 엄밀하게 구별하는 것은 어렵지만, 본내용에서는 골조막 구조와 공기막 구조로 나누어 알아보겠다.
표1.골조막 구조의 주요특징 및 적용사례
구분
현수 막구조
골조 막구조
원리
ㆍ하중을 막면이 부담.
ㆍ막면을 지주, 아치, 케이블 등이 지지.
ㆍ하중을 골조가 부담.
ㆍ막은 2차 구조재 혹은 마감재로 사용.
규모
24-95.7m 케이블 네트로 보강할 경우 최대 95.7m의 경우도 있음.
20~110m
형태변화
ㆍ막면은 (-)가우스곡률로 나타남.
ㆍ막면내 구조물에 인장재와 압축재 설 치.
ㆍ막면은 (-),(0),(+)가우스 곡률로 나타 남.
ㆍ골조 구조재의 형태에 따라 변화.
특기사항
ㆍ인장력이 주가 되는 구조물
ㆍ인장재는 wire rope나 강봉, 형강등 을사용.
ㆍ천막이나 텐트의 응용구조물
막은 비, 눈 등을 차단하는 기능
적용사례
제주 월드컵 경기장
ㆍ서울 및 대구 월드컵경기장
ㆍ일본의 월드컵 경기장
(나가타, 가지마, 사이타마, 시즈오카등)
그림1.제주월드컵경기장(현수막구조)
그림2.서울월드
| [1] | [2] | [3] | [4] | [5] | [6] | [7] | [8] | [9] | [10] |
자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/detail.asp?pk=11055980&sid=ddangkung&key=
댓글 없음:
댓글 쓰기