• 영국에서 완공 당시 가장 높은 공공 관람 타워

• 콘크리트, 강철 및 복합 재료로 시공

• LUSAS 정적, 동적 및 비선형 해석에 따른 카테고리 III 점검

스피네이커 타워는 3천5백만 파운드의 비용이 소요된 영국 밀레니엄 위원회가 지원하는 프로젝트로, 포츠머스와 고스포트의 해안선 변화를 목표로 하고 있습니다. 이 타워는 포츠머스 항구 지역의 2억 파운드 규모의 재생 프로젝트의 중심이 되며, 영국 남부의 새로운 국제 랜드마크를 추가하는 역할을 합니다. 스코트 윌슨 고급 기술 그룹(현재 URS의 일부)에 의해 설계되었으며, LUSAS 토목 및 구조 해석 소프트웨어가 런던 사무소에서 포츠머스 시 의뢰인을 위한 원래 설계의 독립적인 카테고리 III 점검에 사용되었습니다.

개요	타워 시공 단계
스피네이커 타워는 해수면에서 170m 위로 솟아 있는 콘크리트, 강철 및 복합재 구조물로, 총 3개의 관광 관람 플랫폼이 100m, 105m 및 110m 높이에 위치하여 포츠머스 항구 및 그 너머를 광범위하게 조망할 수 있습니다.
3m 두께의 말뚝 기초 위에 건축되어 있으며, 84개의 말뚝에 의해 지지됩니다. 두 개의 경사진 슬립 포밍된 육각형 콘크리트 샤프트(폭 6m)가 70m에서 하나의 샤프트로 합쳐집니다. 하나의 샤프트 내부에는 엑스프레스 엘리베이터가 있으며, 다른 샤프트는 바다 쪽의 파노라믹 엘리베이터를 운반합니다.
10.8m 길이 및 1.5m 폭의 구조 강철 박스 섹션으로 제작된 두 개의 우아한 교차 활은 지면에서 솟아 올라 35m에서 샤프트 간에 교차하며, 120m에서 샤프트와 연결됩니다. 활의 치수는 타워의 기반 및 상단에서 10-12m 깊이로 감소하며, 중앙 부분에서는 2.5m 너비로 줄어듭니다. 공기역학적 형태의 리브가 활 사이에 걸쳐져 있어 독특한 ‘스피네이커’ 세일 모양을 제공합니다.
복합재로 이루어진 첨탑이 콘크리트 A-프레임의 바늘 모양의 꼭대를 형성합니다.

모델링 및 해석

정적, 비선형 및 동적 해석이 스코트 윌슨에 의해 스피네이커 타워 모델을 LUSAS에서 해석하기 위해 사용되었습니다. 선박 충돌, 바람 동역학, 바람에 의한 피로 및 관람 데크 수준에서의 바람으로 인한 이동 감지 등 다양한 요인을 평가할 필요가 있었습니다. 이를 수행하기 위해 두꺼운 빔 및 두꺼운 쉘 요소 모델이 생성되어 세 가지 별도의 해석의 기초로 사용되었습니다. 이 과정에서 LUSAS에 내장된 임의 단면 속성 계산기가 콘크리트 타워와 강철 활의 다양한 단면에 필요한 단면 속성을 도출하는 데 특히 유용하였으며, 모델 구축 속도를 크게 향상시켰습니다. 

하중 사례로는 자중, 고정 하중, 이동 하중, 바람 하중 및 여러 온도 차이 등을 포함하였습니다. 건축 서비스 하중은 일반적으로 균일하게 분포된 하중으로 적용하였으며, 주요 장비는 점 하중으로 적용되었습니다. 바람 터널 테스트는 모델에 적용할 바람 힘을 제공했습니다. 가정된 시공 온도, 각 다리의 서로 다른 온도, 각 다리의 반대 면의 온도 차이, 마스트 및 관람 구역의 내부 및 외부 온도에 대한 차이와 같은 상세한 조사에서 요구되는 온도 차가 포함되었습니다. 장기적인 크리프 및 수축도 조사되었습니다.

모크타르 엘-하우리, 스코트 윌슨 런던 사무소의 보조 구조 엔지니어는 “스피네이커 타워는 디자인의 독창성으로 인해 유한 요소 도구를 사용하여 구조의 동작을 정확하게 모델링할 필요가 있었습니다. 원래 타워 디자인은 스코트 윌슨 고급 기술 팀이 배이싱스토크 사무소에서 수행하였으며, 런던 사무소의 저희는 카테고리 III 점검자로서 참여하였습니다. 우리는 본질적으로 배이싱스토크 사무소와 독립적으로 타워를 재설계하고 재모델링하였으며, 이를 통해 LUSAS를 사용하는 것이 독립적인 평가자로서 우리의 위치를 강화하는 데 도움이 되었습니다.”

이 타워는 크기가 18m x 14m에서 12m x 4.7m까지 다양하게 크기가 다른 trapezoidal 관람 플랫폼 세 개를 제공합니다. I형 강철 보의 격자 구조가 콘크리트 타워, 강철 활, 그리고 각 수준의 전면 리브 빔 사이에 걸쳐져 150mm 두께의 콘크리트 바닥 슬래브를 지지합니다. 각 플랫폼은 수직 진동을 고려하여 복합 구조로 설계되었습니다.

LUSAS 해석 결과로 인해, 그 독창성과 다양한 시공 재료에도 불구하고, 타워는 본질적으로 정적/단순 구조처럼 동작하는 것으로 나타났습니다. 비선형 모델에서의 결과는 약간 덜 정의된 정적 모델의 결과와 매우 밀접하게 일치하였습니다. 알 하리드 마주두브, 런던 사무소의 보조 구조 엔지니어는 다음과 같이 말했습니다: “비선형 응답을 체크할 수 있다는 것은 전례 없는 구조를 다룰 때 특히 유용했습니다. 또한 동적 응답을 모델링할 수 있게 되어 매우 유익했습니다.” 이러한 독특한 구조의 정확한 모델링의 중요성을 인식하여 모크타르 엘-하우리는 다음과 같이 덧붙였습니다: “이 프로젝트에서 LUSAS가 제공한 기술 지원은 매우 귀중한 것이었습니다. 지원 팀은 빠르고 기꺼이 도움을 주었으며, 문의할 때마다 타당한 조언을 제공해 주었습니다.”

현재 완공된 스피네이커 타워는 영국에서 가장 높은 공공 관람 타워입니다. 80년의 설계 수명을 가지고 있으며, 매년 50만 명 이상의 방문객을 유치합니다. 이 프로젝트의 시공 비용은 세 가지 주요 재정 기여자, 즉 밀레니엄 위원회, 포츠머스 시의회 및 버클리 페스티벌 워터프론트 컴퍼니가 나누어 부담하였습니다.