광명 벨로드롬 지붕 시공 해석

활용사례

광명 벨로드롬 지붕 시공 해석

광명 실내 자전거경기장 지붕 시공 해석

스타디움 지붕 구조의 전체 모델링
지붕 시공 개념 개발
단계적 시공 순서의 선형 정적 해석

Tony Gee & Partners (TGP)는 Daewoo 건설기술연구소의 의뢰를 받아 광명 실내 자전거경기장 지붕 구조에 대한 전체 시공 엔지니어링 서비스를 제공했습니다. TGP는 LUSAS Civil & Structural를 사용하여 지붕 리프팅 과정의 모든 단계를 해석하여 응력 수준을 체크하고, 시공 허용 오차를 설정하며, 제어 장치 작동 범위를 확인했습니다.

개요

광명시는 서울에서 20km 떨어진 곳에 위치하며, 이곳에 획기적인 민간 자금 조달 방식의 실내 자전거경기장이 건설되었습니다. 이 건축물은 실제 자전거 라이더의 헬멧을 닮은 디자인으로, 길이 179m, 너비 133m의 타원형 평면 형태를 가지며 관중 수용 인원은 30,000명입니다. TGP는 지붕의 기초, 잭과 지지탑을 포함한 모든 임시 작업의 상세 설계를 수행하고, 시공 순서와 구조 하부 조립체에 대한 특정 지지 조건을 계약자에게 조언했습니다. 2200톤이 넘는 중량을 가진 이 지붕은 돔 형태로, 중앙 압축 구간이 서로 연결된 트러스와 주변의 장력 링으로 연결되어 있으며, 바퀴의 허브, 스포크 및 림과 유사한 구조입니다.

지붕 시공 순서

지붕 시공은 기본적으로 세 단계로 진행되었습니다. 첫째, 압축 구간 또는 허브는 지면에서 조립되어 약 45미터 높이로 짐벌 잭을 사용하여 들어 올렸습니다. 그러고 나서 10개의 임시 지지탑이 건설되어 다른 지붕 구성원과 연결되기 전 이를 지지했습니다. 다음으로, 콘크리트 스타디움 구조물의 지붕에 장력 링이 설치되었고, 마지막으로 외부 구조와 내부 구조 사이에 트러스가 연결되었습니다. 트러스 사이에는 브레이싱 구성원으로 공간이 채워졌습니다.


지면에서 중앙 압축 구간 건설	중앙 구간이 임시 지지탑 완공 대기 중
시공 완료 후 지붕 시공 완료 후, 지붕과 10개의 지지탑 사이에 작은 잭을 삽입하여 지붕을 내리기 시작했습니다. 이 과정에서 평형에 맞추어 지붕이 돔처럼 작용하고, 잭의 하중이 감소하여 지붕이 자립하게 되었습니다. 이후 10개의 내부 지지탑은 제거되었습니다.
	지붕 완전 조립 후 잭 다운 사진
모델링 및 해석 정확하게 시공 및 잭 다운 과정을 모델링하기 위해, LUSAS를 사용하여 3D 정적 해석이 수행되었습니다. 3D 두꺼운 빔 요소가 사용되었으며, 각 시공 단계에 대해 여러 모델이 필요했습니다. LUSAS 모델의 지지점은 일반적으로 다양한 임시 리프팅/세팅 조건을 나타내기 위해 고정되었습니다. 특정 해석 조건에서 외부 장력 링의 베어링 주변의 하중 반응 분포를 나타내기 위해 스프링 강성을 사용했습니다. 잭 포인트 위의 관형 브레이싱에 대한 국소 영향을 살펴보기 위해서 별도의 지역 LUSAS 모델이 구축되었습니다.


중앙 압축 구간의 리프팅 모델	중앙 구간 잭 다운 전의 전체 지붕 모델

Chris Harper, TGP의 프로젝트 엔지니어는 다음과 같이 말했습니다: “우리는 지붕이 어떻게 작용할지를 정확히 이해해야 고객에게 현실적인 기술 정보를 바탕으로 한 개념을 제시할 수 있었습니다. LUSAS를 사용하여 우리는 매우 짧은 입찰 기간 내에 우리의 개념을 개발할 수 있었습니다. 그 후, 모든 작업 단계에 대한 상세 해석이 필요했습니다.” 그는 이어서 “특히 모든 시공 단계에 대한 지지점의 변형률 값을 정확히 도출하고, 잭 리프팅 작업에 대한 허용 변형률, 잭 간 상대 변형률, 필요한 반응 및 하중, 그리고 시공 단계에서 지붕 부재의 하중을 확인하는 것이 매우 중요했습니다.” 라고 덧붙였습니다. TGP가 LUSAS를 사용하여 시공 모델링을 수행한 덕분에 현장 엔지니어들은 지붕 리프팅 작업과 후속 잭 다운 절차에 대해 큰 신뢰를 가지게 되었습니다. 최종 잭 다운 변형률은 LUSAS에서 예측한 값의 10% 이내로 수렴하여, 구조의 복잡성과 시공 방법을 고려할 때 사실상 허용 가능한 것으로 평가되었습니다.

광명 실내 자전거경기장 지붕의 내부 모습