비정형 건축물의 설계 최적화의 필요성
비정형 곡면 건축물의 설계 최적화 과정이 필요한 이유는 일반 산업제품들과 달리 규모가 크고 다양한 형상을 가지기 때문에 기존 산업에 사용되는 압출성형과 같은 제조방식으로는 막대한 비용과 시간이 필요하여 경제적이지 못하고 시공성을 확보할 수 없다.
따라서 곡면 유형과 재료, 구조 등을 고려한 설계 최적화 과정을 통해서 경제성 및 시공성을 확보하고 최대한 디자인에 근접한 곡면을 완성하기 위함이다.
Sydney Opera House는 현상단계와 시공단계의 형상이 다른데, 이는 설계단계에서 7년 동안 무려 12번의 형태 검토가 진행되었고, 마지막 단계에서 지름 75m 구형에서 모든 지붕 쉘 형태들이 완성될 수 있도록 하여 초기 그림에 불과했던 디자인이 완성 될 수 있었다.
현재 비정형 곡면 건축물의 디자인은 일정한 곡률정보를 가지고 있는 원통형, 구형의 형상에서 벗어난 다양한 곡면 형태로 변화하고 있다. 하지만 설계단계에서 곡률, 재료, 구조를 고려한 합리적인 설계 최적화 과정이 생략될 경우 시공단계에서는 시공품질 저하, 누수등에 의한 시공하자등이 발생할 수 있고 설계의도와 다른 결과물로 시공될 수 있다.
[그림2] 비정형 곡면부 시공 불량 사례
[그림2]과 같은 시공불량사례는
비정형 2방향곡면 형태에 재료, 공법을 같이 고려하지 않고 일반적인 평면이나 일방향 곡면에 적용했던 평이음 방식 그대로 적용했기 때문에 발생한 문제이다. 설계단계에서 설계최적화를 통한 엔지니어링이 이루어지지 않거나 시공단계에서는 VISUAL MOCK-UP을 통한 곡률, 재료, 공법등을 한번 더 검토되지 않을 경우 이와 같은 시공품질 불량과 시공하자들이
발생하게 된다.
[그림3] Weltstadthaus Peek & Cloppenburg, Germany
[그림3]의 Weltstadthaus Peek & Cloppenburg(Architect:
Renzo Piano)는 제한된 공사비로 인하여 2방향 곡면 외피를 6500여장의 순수 평면유리로 비정형 곡면을 구현한 건축물이다. 설계최적화 과정에서
곡률의 정도에 따라 유리모듈을 다르게 적용하여 자연스러운 곡면을 유도하였고, 평면화 과정에서 유리엣지에 발생하는 틈을 최대 6mm이하로 통제하여 창호 프레임에서 흡수 될 수 있도록 설계되었다.
그런데 설계최적화 과정 없이 비정형곡면 커튼월이 시공 될 경우 [그림4]인천아시안게임 계양경기장과 같이 곡률이 심한 구간은 유리 엣지에 틈이 많이 발생하여 창호프레임에 흡수 될수 없기 때문에 유리를 삼각형으로 나누어야 되며, 평면 사각형 구간에도 시공 오차들이 많이 발생하여 곡면의 완성도가 낮고 시공품질을 확보할 수 없게 된다.
[그림4] 인천아시안게임 계양경기장
따라서 비정형 건축물의 시공품질 확보를 위해서는 반드시 설계단계에서 설계 최적화과정을 통해 비정형 곡면 디자인이 검토되고 설계가 완성되어져야 한다.
–계속-
*REFERENCE
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