활용사례

[Civil & Structural] 광명 돔경륜장에 대한 지붕 가설 해석
[Civil & Structural] 광명 돔경륜장에 대한 지붕 가설 해석

개요

대우 건설은 의뢰사인 Cycle Racing Dome PJ Consortium사에게 광명돔 지붕 구조물에 대한 완벽한 건설 토목 서비스를 제공하기 위해Tony Gee and Partners (TGP) 사와 협력하였다. TGP사는 모든 단계의 지붕 가설 과정에 대한 해석을 수행하기 위해 LUSAS Civil & Structural을 사용하여 응력 수준을 검토하고 가설과정에서의 허용 오차 수준을 설정하였으며 잭 다운 한계치를 확인할 수 있었다.

서울에서 20km 떨어진 광명시에 설립된 광명돔은 민자로 설립된 경륜장이다. 경륜 자전거 헬멧 모양으로 설계된 스타디움은 길이 179m, 넓이 133m의 타원 모양으로 설계되었으며 3만 명의 관람객을 수용할 수 있는 규모이다. TGP사는 이 구조물의 조립을 위한 가설 과정 및 특정 지지물의 배치에 대해 하도 업체에 조언을 해 주었을 뿐 아니라 기초, 재킹, 지지 기둥을 포함하여 지붕 가설을 위한 상세 설계를 맡았다. 트러스와 주변 텐션 링이 서로 연결된 압축 단면을 이루고 있으며 돔의 역할을 하는 지붕은 2200톤 이상의 무게가 나가며 자전거 바퀴의 형상과 비슷하다.

지붕 가설 과정

지붕 가설은 기본적으로 3 단계의 과정으로 이루어졌다. 첫 번째, 압축력을 받는 부재들로 지상에서 조립한 후 여섯 개의 스트랜드 잭을 사용하여 약 45m의 높이까지 잭킹하였다. 지붕의 다른 부재들과 연결하기 전에 이들을 10개의 임시 지지타워가 설치되었다. 다음으로 콘크리트 스타디움 구조물의 지붕 위에 텐션 링을 설치하였고 마지막으로 외부와 내부 구조물 사이에 트러스를 연결하였으며 트러스 사이의 공간은 브레이싱 부재로 채웠다.

지붕 가설이 완료된 후에 작은 잭들이 지붕과 10개의 지지 타워 사이에 삽입되었고 지붕은 잭 다운 되었다. 이러한 과정을 통해 지붕은 돔으로써의 역할을 하였고 지붕이 지지 기둥이 없이도 서 있을 수 있을 때까지 잭 하중은 감소하였다. 그 다음 내부의 10개 지지 기둥을 제거하였다.

모델링과 해석

가설과 잭 다운 과정을 정확하게 모델링하기 위해, LUSAS를 통해 3차원 정적 해석을 수행하였다. 3차원 Thick 빔 요소가 사용되었으며 가설 과정의 각 단계를 알아보기 위해 수많은 모델링을 하였다.

여러 형태로 변하는 리프팅/잭 다운 과정을 표현하기 위해 고정 지점을 사용하였으며, 지붕이 가설타워에 지지되고 있는 동안 풍하중에 의한 반력이 발생하는 것과 같은 경우를 해석하기 위해 배치된 바깥쪽 인장원 주변의 베어링을 표현하는데도 스프링 지점을 사용하였다. 국부적인 영향을 알아보기 위해 잭킹 포인트 위에 관 모양으로 브레이싱된 개별 국부 LUSAS 모델을 쉘 요소를 사용하여 만들었다.

TGP사의 프로젝트 엔지니어인 Chris Harper는 다음과 같이 이야기하였다.

“우리의 의뢰 업체에 현실적인 기술적 정보를 제공하기 위해 지붕이 어떻게 거동할 것인가에 대한 정확한 평가를 해야만 했습니다. LUSAS를 사용함으로써 매우 짧은 입찰 기간 내에 우리의 개념을 발전할 수 있었습니다. 그 후, 공사의 모든 단계를 검토하기 위해서 더 상세한 해석을 수행해야만 했습니다.”

“특히, 공사의 모든 단계에 있어 지점에서의 처짐량에 대한 정확한 수치를 얻는 것과 잭 사이의 허용 상대 변위는 어느 정도인지, 어느 정도의 반력이나 잭킹력이 필요한지, 이러한 가설 과정 중에 지붕 부재에 발생하는 힘은 어느 정도가 되는지 등 시공 오차 범위를 예측하고 관리하는 것이 매우 중요했습니다.”


TGP사에서 LUSAS를 통해 가설 모델링을 수행한 결과, 현장 엔지니어들은 잭 다운 과정 및 지붕 가설 작업에 대한 큰 자신감을 얻을 수 있었다. 마지막 잭 다운 과정에서 발생한 처짐은 LUSAS로 예측한 값과 10% 정도의 차이를 보였는데 이것은 구조물의 복잡성과 가설방식에 따른 시공 오차 등을 고려할 때 허용할 수 있는 수준이었다.

 

TGP사에서 LUSAS를 통해 가설 모델링을 수행한 결과, 현장 엔지니어들은 잭 다운 과정 및 지붕 가설 작업에 대한 큰 자신감을 얻을 수 있었습니다.

Tony Gee and Partner사의 프로젝트 엔지니어인 Chris Harper
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