스톡홀름 워터프론트 회의센터

• 대형 철강 및 콘크리트 구조 공연장에 대한 상세 해석

• 정상 및 극한 군집 하중에 대한 모달 동적 해석

스톡홀름 워터프론트 회의센터는 3000명의 관객을 수용할 수 있는 공연장을 포함하고 있으며, 그 중 절반 이상이 건물의 돌출 부분에 세워진 관람석에 앉을 수 있습니다. 이 공연장은 팝 콘서트 등 다양한 용도로 사용될 수 있기 때문에, ELU Konsult는 구조의 자연 주파수 및 모드 형태를 자세히 평가하고 선택된 공명 주파수에서 군중 하중에 대한 응답을 평가하기 위해 LUSAS Civil & Structural 소프트웨어를 사용하여 해석을 진행하였습니다.

구조 형식

스톡홀름 워터프론트 회의센터의 하중 지지 시스템은 5개의 기둥에 의해 지지되는 14m 높이의 트러스 구조로 구성되어 있습니다. 북동쪽 측에서는, 트러스가 14m 깊이와 60m 너비의 오버행을 형성하며, 두 개의 지지 기둥과 대각선 압축 스트럿으로 연결되어 수평 보강조로 균형을 이루고 있습니다. 오버행 구조물에는 캐스트인플레이스 콘크리트 슬래브가 적용된 대형 관람석이 있으며, 이는 오버행에 있는 지붕 트러스에서 매달린 경사진 강철 빔에 의지하고 있습니다. 또한, 두 개의 상층 구조 일부가 트러스에 매달려 있어 상당한 하중을 지탱하고 있습니다. 주요 관람석은 각각의 콘크리트 슬래브 위에 부착된 나무 좌석이 있는 세 개의 별도의 좌석 구역을 가지고 있습니다.

모델링

구조의 자연 주파수와 모드를 조사하고 선택된 공명 주파수에서의 군중 하중에 대한 응답을 평가하기 위해 LUSAS에서 상세한 유한 요소 모델이 작성되었습니다. 이 모델은 구조의 응답을 정확히 평가하기 위해 관련된 모든 구조 요소를 포함하고 있습니다. 모델 기하학은 3D CAD 모델에서 직접 가져온 후, LUSAS 내에서 재료 및 단면 속성과 기타 모델링 속성을 할당하였습니다.

해석

LUSAS에서의 초기 고유치 해석 결과, 5Hz 이하의 많은 자연 주파수가 나타났지만, 이 구조의 응답에 실질적으로 기여하는 주파수는 소수에 불과하였습니다. 주요 관심 모드는 모델 Y 및 X 방향에서 각각 1.62Hz 및 2.16Hz의 수평 모드와, 분석 목적상 2.228Hz에 해당하는 주요 트러스의 수직 진동을 초래하는 추가 모드가 포함됩니다. 이 외에도 1.4Hz에서 1.8Hz 범위 내의 여러 모드가 발견되었고, 이들이 추가적인 주의가 필요한지 평가하였습니다.

편안한 조건을 위해 점핑 군중에 대한 정적인 수직 및 수평 가속도를 분석하였습니다. 두 가지 주요 하중 사건을 조사하였습니다. 첫 번째 사건은 젊고 활기찬 청중이 록 콘서트 중에 특정 주파수로 함께 점프하는 극한 사건에 대한 것이었습니다. 두 번째 사건은 “생동감 있는 콘서트”라는 덜 극한 사건에 대한 것입니다. 모든 군중 하중 해석에서는 약 2%의 레일리 감쇠 값을 사용하였습니다. 이 값은 초기 해석에 적합하다고 여겨졌지만, 구조 성능에 대한 감쇠 값의 중요성을 평가하기 위해 일부 경우에는 약 3%의 감쇠 값을 사용했습니다.

“극한 사건” 하중 케이스에서는 1700명이 전체 경사진 관람석에서 함께 위아래로 이동하는 영향을 모델링하였습니다. 이 평가에서는 1.5Hz, 1.62Hz, 2.228Hz의 고유주파수가 평가되었습니다. “생동감 있는 사건”을 모델링하기 위해 50명의 사람을 나타내는 패치 하중이 적용되었으며, 이는 두 개의 고유 주파수(2.228Hz 및 1.62Hz)에 최대 하중 효과를 발휘하도록 관람석의 제한된 영역에 대해 균일하게 분포되었습니다. 이 구조의 하부 지지 수준에 대한 효과도 조사하였습니다.

초기 설계 검토 후, 건축가들은 두 개의 관람석 구역 사이에 슬래브에 간격을 도입하여 소규모 이벤트를 위해 접이식 벽을 설치할 수 있도록 하였습니다. 이로 인해 초기 LUSAS 모델을 업데이트하고 모든 고려된 하중 케이스에 대한 영향을 재해석해야 했습니다. 루트 평균 제곱 가속도 값을 프로젝트 설계 기준과 비교한 결과, 의회 홀은 관객 편안함에 대해 수용 가능한 방식으로 행동하는 것으로 나타났습니다.

다음은 여러 초기 LUSAS 해석에서 얻은 결과 플롯 및 그래프를 보여줍니다:

간투르 리틀브랜드, 수석 구조 설계자 및 코스틴 파코스테, 기술 전문가 – 수치 해석, ELU Konsult