비정형 곡면 디자인은 철골구조를 활용한 건식화 방법과 철근콘크리트 구조 방식을 활용한 습식화 방법으로 나눌 수 있다 .
철근 콘크리트를 활용한 비정형 곡면 콘크리트에 대한 구축 방법은 보편화 되어있지 않고 알려진 공법이 없기 때문에 디자인 단계이나 설계단계에서 라멘식 구조(보+기둥)로 설계하는 경우가 많다. 그런데 비정형의 정도가 심할 경우 보거푸집 제작이나 철근 곡면 가공의 어려움등 불합리한 부분이 많기 때문에 공사비 상승이나 공기지연의 원인이 되고 곡면의 시공오차가 많이 발생하여 정확한 디자인 형상을 완성하기 어렵게 된다.
따라서 최근 완성된 비정형 건축물들의 슬라브 거푸집 제작 및 비정형 형상제어 공법들과 구축 방법에 대해 알아보고자 한다.
3D 설계기반의 곡면 단면 형상제어 목재틀 설치
ㅁ-50X50, @500X500 스틸 파이프 좌표점 제어틀 설치
곡면부 철근배근
Tri Bowl의 쉘 구조는 2가지 공법으로 구현 되었다.
3개 코어의 거푸집 형상제어는 단면 형상제어 목재틀을 7.5도 간격으로 설치하였고, 각 코어 가운데 하나로 합쳐지는 구간은 ㅁ-50X50 스틸 각프이프 틀을 @500X500 설치한 후 3차원 좌표점을 찾아서 각각의 점을 연결시킨 후 합판 거푸집을 설치하였다.
슬라브 철근은 HD16을 사용하여 곡면가공이 용이하도록 하였고, 철근의 응력이 부족한 부분은 포스트 텐션으로 보강하도록 설계 되었으며, 쉘슬라브 두께는 위치별로 응력에 따라 다양하게 설계 되었다.
2. 세명대학교 정문
세명대학교 정문의 쉘슬라브는 형상제어용 가설재로 스틸 각이프를 벤딩하여 설치 한 후 그 위에 합판 거푸집을 시공하였다.
3. Meiso no mori, designed by Ito Toyo
Meiso no mori의 쉘 슬라브는 CNC로 가공된 형상제어용 목재를 활용하여 거푸집 형상을 정밀하게 제어하였다. CNC로 가공하기 때문에 가공비 부담은 있지만 형상이 복잡할 경우 매우 효과적인 형상제어 방법이다.
4. Rolex learning Center, designed by SANAA
Rolex learning Center의 곡면 Shell 슬라브 형상제어는 슬라브를 일정 그리드 간격으로 나나눈 후 각각의 그리드 마다 유닛 단위로 형상제어틀을 Pre Fabrication한 후 동바리 위에 각각의 유닛을 설치하는 방식으로 시공 되었다.
비정형 곡면 콘크리트의 정밀한 시공을 위해서는 Fabrication을 위한 3D 모델링과 그 DATA를 바탕으로 한 곡면 형상제어 공법을 통한 구현이 반드시 필요하다.
그런데 비정형 콘크리트 슬라브를 쉘구조가 아닌 라멘식 구조로 설계 할 경우 거푸집제작, 철근 가공, 형상제어등 시공에 불합리한 부분이 많기 때문에 초기 디자인이나 설계단계에서 부터 쉘 구조시스템과 형상제어 공법을 같이 고민하고 설계에 반영하여야 할 것이다.
