프로젝트 소개
Kalaranna District는 6헥타르 부지에 조성된 현대적인 주거 단지로, 레스토랑과 상업 공간을 갖춘 12개의 주거 건물이 지하 주차장으로 연결되어 있습니다. 이 대규모 프로젝트의 3단계 공사(5층 건물 4개 포함)는 구조 전문 회사인 Innopolis Insenerid OÜ가 담당하였습니다. Innopolis는 북유럽 및 발트 지역 전반에 걸쳐 종합적인 디지털 건설 설계 솔루션을 전문으로 하는 종합 건축·엔지니어링 회사입니다.
구조물은 철근 콘크리트로 설계되었습니다. 수직 하중 지지 시스템은 일반적인 형상의 프리캐스트 콘크리트 벽체로 구성되며, 수평 하중 지지 시스템은 프리캐스트 콘크리트 부재 또는 강재 부재로 지지되는 중공 슬래브로 이루어져 있습니다. 일부 건물은 도로에 면해 있어 차량 충돌 가능성 및 구조 안전성에 대한 영향에 대한 규정 검토가 요구됩니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Architectural visualization of the Kalaranna District}}}\]
엔지니어링 과제
발주처는 시공 현장의 안전 확보와 시간 및 비용 절감을 위해 현장 타설 콘크리트 작업을 최소화하고 전체 구조물을 프리캐스트 부재로 설계할 것을 요구하였습니다. 전체 설계 과정은 콘크리트 부재의 복잡한 형상뿐만 아니라 엔지니어링 팀이 모든 설계를 일정 내에 완료해야 하는 강한 압박으로 인해 매우 어려웠습니다. 또한 상세 설계 기간이 시공 단계와 겹쳐, 예외 없이 확정된 건축 계획을 변경하지 않으면서 실시간으로 조정해야 했습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Model of the third stage of the project}}}\]
설계와 관련된 주요 엔지니어링 과제 중 하나는 불연속 영역 관리였으며, 특히 HVAC 시스템을 위한 개구부가 부재의 취약점을 형성하였습니다. 또한 이 프로젝트에는 창문을 위한 대형 개구부가 있는 높이 8미터의 비정상적으로 높은 프리캐스트 벽체가 포함되었습니다. 또 다른 중요한 과제는 층마다 다양한 형상의 벽체로 인해 하중이 하부 층으로 전달되는 방식이 복잡해진 것이었습니다. 이를 위해 하중 경로가 적절히 관리되도록 상세한 해석이 필요하였습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{8-meter-high precast walls }}}\]
또 다른 과제는 지하 구조물에서 발생하였는데, 상부 층의 벽체가 하중 지지 구조를 재설계할 여지 없이 기둥으로 직접 하중을 전달하는 상황이었습니다. 이는 구조 배치가 기본 설계 단계에서 이미 확정되어 상세 설계 단계에서 변경할 유연성이 거의 없었기 때문입니다. 한 사례에서는 엔지니어들이 대형 개구부를 지지하기 위해 맞춤형 강재 박스 빔을 설계하여, 상당한 하중에도 불구하고 벽체의 구조적 건전성을 유지해야 했습니다.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Steel box beams supporting walls with large openings}}}\]
솔루션 및 결과
이러한 유형의 프로젝트 과제를 해결하기 위해 Innopolis Insenerid OÜ는 설계 프로세스를 최대한 가속화하기 위해 IDEA StatiCa 소프트웨어를 워크플로에 활용하였습니다. 특히 IDEA StatiCa 상세 모듈 애플리케이션을 사용하여 불연속부가 있는 복잡한 딥 빔을 모델링하였습니다.
다른 소프트웨어와 비교했을 때, IDEA StatiCa의 단순함과 일상적인 적용에 대한 집중이 마음에 듭니다. IDEA StatiCa 덕분에 특히 복잡한 해석의 경우, 실제 응력 하에서 벽체가 어떻게 거동하는지 명확하게 파악할 수 있습니다.
Artur Andersalu
구조 엔지니어 – Innopolis Insenerid OÜ
에스토니아
엔지니어 Artur Andersalu는 출입문과 창문을 위한 개구부로 약화된 벽체를 활용하였습니다. 그는 압축 전용으로 작동하는 스프링 지지로 표현된 강재 기둥과 점 지지를 위한 지압판으로 표현된 지지 벽체 등 경계 조건을 쉽게 결정할 수 있었습니다. 또한 기하학적 형상과 하중에 따른 보다 정확한 응력 흐름을 구현하기 위해 상부 층에서 전달되는 수직 하중의 분포를 고려하여 천장을 모델링하였습니다. 모서리 부분에서 상당한 응력이 발생하여 넓은 균열을 방지하기 위한 추가 철근 배근이 이루어졌습니다. 또한 변형의 규정 검토도 수행할 수 있었습니다.
설계의 정확성을 확보하기 위해 엔지니어는 IDEA StatiCa Detail이 산출한 결과를 스트럿-타이 모델 방법으로 검증하였습니다. 비교 검토는 개구부가 없는 딥 빔에 대해 수행되어 힘의 분포를 평가하였습니다. 결과를 교차 검증함으로써 엔지니어는 소프트웨어 해석의 신뢰성을 확인하였습니다.
설계에는 또한 가장자리에 가깝게 위치한 개구부가 있는 콘크리트 빔이 포함되었으며, 이 부위의 높은 전단력으로 인해 어려움이 있었습니다. 빔이 이러한 응력을 견딜 수 있도록 엔지니어링 팀은 IDEA StatiCa를 사용하여 하중 분포를 해석하고 철근을 최적화하였습니다.
지하 구조물에서 상부 층의 집중 하중이 기둥으로 직접 전달되는 문제를 해결하기 위해 엔지니어링 팀은 코벨이 있는 기둥을 설계하였습니다. 이 코벨은 사용 한계 응력 제어 문제를 방지하기 위해 벽체 부재 지지부에서 더 나은 응력 분포를 제공하였습니다. 코벨을 적용함으로써 엔지니어들은 프로젝트에 필수적이었던 원래의 건축 설계를 변경하지 않고도 하중 경로의 구조적 건전성을 유지할 수 있었습니다.
결론
에스토니아 탈린의 주거 단지 시공은 신중한 조율과 고급 구조 설계가 요구되는 까다로운 프로젝트였습니다. IDEA StatiCa Detail은 코벨이 있는 기둥과 상당한 불연속부가 있는 딥 빔의 규정 검토에 중요한 도구로 활용되어, 불규칙한 하중 경로와 개구부 주변의 전단력과 같은 과제를 극복할 수 있게 하였습니다.
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