관람석과 경기장의 동적 해석

활용사례

관람석과 경기장의 동적 해석

스타디움 및 그랜드스탠드의 동적 해석

고유치 및 동적 해석
풍하중
관중 하중

그랜드스탠드와 스타디움을 설계할 때 구조 엔지니어에게 가장 큰 도전은 구조의 정적 강도나 강성이 아니라, 인가된 동적 하중인 관중과 풍의 영향을 어떻게 반영하느냐입니다. 현대의 스타디움 설계는 넓은 시야와 날씨로부터의 보호를 위한 대형 캔틸레버를 요구하기 때문에 이러한 지붕은 상당히 활발한 구조가 될 수 있습니다. 따라서 고유 진동수의 정확한 예측과 인가된 하중의 영향을 계산하는 것이 매우 중요합니다. 영국의 스포츠 경기장 안전 가이드는 좌석 데크의 수직 주파수가 6Hz 미만이거나 흔들림 주파수가 3Hz 미만인 경우, 구조에 대해 전체 동적 해석을 수행해야 한다고 지정하고 있습니다. 현대의 우아하고 경제적인 설계는 이러한 값보다 기본 주파수가 낮게 형성될 가능성이 크므로, 적합성을 증명하기 위해서는 전체 동적 해석이 필요합니다. LUSAS Civil & Structural는 전 세계적으로 스타디움과 그랜드스탠드를 설계하는 컨설턴트들이 사용하며, 이러한 단계 시공 및 동적 해석 작업에 이상적인 것으로 입증되었습니다.

첼시 축구 클럽의 웨스트 스탠드, 런던, 영국

첼시 축구 클럽의 웨스트 스탠드 지붕에 대한 감쇠가 없는 고유진동수 해석이 Whitby Bird & Partners에 의해 LUSAS Civil & Structural를 사용하여 수행되었습니다. 이 지붕은 1미터 깊이의 셀 폼 빔이 105m의 트러스를 지지하고 있습니다. LUSAS 해석은 5Hz 미만의 100개 이상의 서로 다른 주파수(고유치)를 예측했습니다. 추가 LUSAS 해석은 1Hz 미만의 15개 진동 모드에 집중되었으며, 이 결과는 브리스톨 대학교 항공우주 공학과에서 제안된 지붕의 1:250 스케일 모델에 대한 풍동 실험의 결과와 비교되었습니다.

해당 스탠드는 네 개의 층에서 13,000명을 수용하며, 중간 층의 11m 캔틸레버가 이 6층 구조물의 엔지니어링 초점이었습니다. 여기서 발생하는 캔틸레버 하중은 매우 크기 때문에 스토리 깊이의 브레이스 스틸 프레임이 벽 안에 숨겨져 있고, 포스트 텐션 케이블과 거대한 강철 노드가 콘크리트 구조물에 통합되어 있습니다. 프리캐스트 테라스의 구획은 각 짝의 762mm 깊이의 빔에 의해 지지되며, 브레이스 프레임에 중앙 걸이로 연결되어 있습니다. 웨스트 스탠드의 캔틸레버 층에 대한 LUSAS 고유치 해석은 약 2Hz의 최저 주파수를 나타냈습니다. 동적 자극 하에 캔틸레버 팁 변위를 추출하기 위한 모달 해석이 다양한 주파수 범위에서 수행되었습니다. 질량 댐퍼는 조인트 요소를 사용하여 동적 응답에 미치는 영향을 연구했습니다.

뉴버리 경마장의 타터솔 스탠드, 잉글랜드

뉴버리 경마장의 타터솔 스탠드는 Whitby Bird & Partners에 의해 설계되었으며, 전통적인 캔틸레버 그랜드스탠드 설계의 대안으로 독특한 X 프레임을 특징으로 하고 있습니다. 좁아지는 튜브형 X 프레임 부재는 기초에서 660mm직경에서 지붕 레벨에서 273mm 직경으로 줄어들며, 356mm x 406mm 유니버설 기둥이 각 X 프레임의 다리를 연결하여 수직 및 측면 하중만이 말뚝 기초로 전달되도록 보장합니다. 경마 관객으로부터의 동적 하중은 이 상대적으로 경량 구조물에 비정상적인 하중을 부과하며, 설계를 담당한 엔지니어 Charles Benson은 X 프레임이 수직 변형이 흔들림을 발생시키는 흥미로운 특성을 가지고 있다고 설명했습니다. 그러나 LUSAS Civil & Structural를 사용한 해석에서는 5,000명이 넘는 관중이 일제히 뛰어도 과도한 움직임에 대한 실제 위험은 없었습니다.