[건축] 쉘(Shell) 구조

소개글

[건축] 쉘(Shell) 구조에 대한 보고서 자료입니다.

목차

* Shell *
․ 쉘이란 ․
․ 쉘구조의 원리 ․
․ 쉘구조의 특징 ․


* 쉘 구조의 종류 *
․ 원통형 쉘 ․
․ 구(돔)형 쉘 ․
․ 추동 쉘 ․
․ H.P 쉘 ․


* 사례조사 *
․ TWA 공항 터미널 ․
․ 코마자와 올림픽 강연 체육관 ․
․ 시드니 오페라 하우스 ․

본문내용

할 뿐만 아니라 또한 기둥은 돔 경계에서 수평반력을 일으켜 휨응력이 돔에 일어나게 된다. 유사하게 만약 돔의 부분이 수직면이나 경사면에 의해 잘라내지고, 돔이 몇 군데만 지지점에 놓여지면 지지조건은 막작용에 필요한 이상적인 조건과는 본질적으로 다르므로 휨응력이 예상된다. 결국 엷은 쉘에 비틀림이나 곡률의 급격한 변화를 일어나게 하는 하중은 반드시 휨응력을 일으킨다. 그러므로 집중하중은 막응력에 의하여 지탱될 수 없다.
3 . 추동형 쉘
하나의 평면곡선을 그 면과 직각되는 방향으로 평행이동시켜 얻어지는 곡면을 추동쉘이라 하며 구형쉘이나 원통형 쉘도 추동쉘의 일부로 볼 수 있다.
즉, 기준이 되는 모선과 형태를 나타내는 도선(곡선)의 곡률중심이 곡면의 같은 축에 있으면 돔형(구형)쉘이고, 모선의 곡률이 0이나 무한대면 통형의 원통형쉘이 될 것이며, 모선과 도선의 곡률중심이 서로 반대측에 있다면 안장형쉘 형태가 된다. 특별한 경우로는, 돔형에서 모선과 도선이 모두 포물선이면 타원포물선이라 불리운다. 타원이란 이름이 들어가는 것은 이 곡면을 평면에서 끊어 등고선을 만들면 타원 형태가 되기 때문이다.
하향곡률을 가진 수직포물선을 그것과 직교하는 하향곡률을 가진 포물선상에 추동하면 타원포물선면이라고 하는 면이 생긴다. 그것은 장방형의 면적을 덮는다. 즉, 그것의 수평단면은 타원이며 수직단면은 포물선이다, 두 개의 포물선이 똑같을 때 포물선면은 정사각형의 면적을 덮으며, 그것의 수평단면은 원이 된다. 타원포물선면은 과거 엷은 콘크리트 쉘의 건조에 쓰인 최초(1970)의 형태였다.
여러 가지의 곡선이 두 개의 정(正)의 곡률을 갖는 추동형쉘을 이루는데 쓰이는데 그 중 원호 및 포물선호가 가장 많이 쓰인다. 반원통이 단 부 스티프너에서의 전단에 의하여 지지되는 것 과 같이, 추동형 쉘은 테두리선에 있는 아치의 전단응력에 의하여 지지된다. 지지아치는 그 면 내 방향에서 강하고 그것에 직각되는 방향에서 는 유연하므로 아치에 직각을 이루는 압축이나 인장이 쉘 경계에는 일어나지 않는다.
4 . H.P(Hyperbolic Paraboloid, 쌍곡포물선면) 쉘
쌍곡포물선면(hyperbolic paraboloid)은 하향곡률을 가진 포물선을, 상향곡률을 가진 포물선상에 추동하면 얻어진다. 이 면은 안장과 같은 외형을 가진다. 그것의 수평단면은 쌍곡선이라고 하는 곡선의 두 가닥이다. 한편, 그 수직의 주단면은 포물 선이다. 다른 모든 안장면에서와 같이 쌍 곡포물선면의 곡률은 2방향에서 0이다. 그러나 쌍곡포물선면에서는 곡률이 0이 되는 방향들은 모든 점에서 같다. 이것은 이 방향에 평행한 수직단면은 모두가 직 선으로서 모선이라고 하며 쌍곡포물선면 은 그 면상에 놓이는 2조의 직선군을 가 진다는 것을 의미한다. 그러므로 이 면은 또한 하나의 선분을 그 양단에 공간적으로 서로 기울어져 있는 2직선에 따라 이동시켜서 얻게 된다. 철근콘크리트로 이와 같은 면을 형성하기는 0곡률의 선방향에 직선의 두터운 널판을 사용할 수 있으므로 비교적 간단하다.
쌍곡포물선면의 주응력 방향은 주곡률의 방향, 즉 포물선의 방향과 일치한다. 직선은 곡률을 갖지 않으므로 어떠한 케이블이나 아치 응력은 쉘에 의한 이들 선을 따라 생겨날 수 없으며 오직 전단으로 반작용할 수 있다. 따라서 직선을 따라 순수전단상태를 이루기 위하여 상향 포물선을 따르는 인장은 하향 포물선을 따르는 압축과 결함해야 한다. 그러므로 하중은 이 직선을 따라 순수 전단으로 직접 지지경계면에 전달되고 이 전단은 지지경계면을 따라 축적된다. 지지부재는 대부분 “보”이지만 이 부재는 수직하중보다는 그 길이를 따라 축적된 전단에 의하여 하중을 받는다. 그러므로 그것은 자체의 고정하중의 작용을 제외하면 압축버팀대나 인장재와 같은 성향을 가진다.
그림과 같은 H.P쉘의 1/4 Pannel을 원통형 쉘처럼 하나의 띠로 생각하면, 곡면의 성격 때문에 O점을 중심으로 연직하중은 2개의 방향으로 나뉘어져 각 단부의 보강보에 전달될 것이다. O점에서 CD를 따라 전달되는 힘은 아치작용 때문에 압축력을 유발시키고 AB에서 역아치작용으로 인장력이 발생된다. 이러한 인장과 압축력이 지지단부의 임의점에 모이게 되면 서로 상쇄되어 없어지므로 단부에는 전단력만 남게 될 것이다. 이와 같은 전단력은 보강보를 통하여 기둥이나 땅 같은 지지점에 전달된다.
보강보에 휨으로 인한 변형이 발생될 수 있으므로, 그 부분에는 미리 Chamber를 두거나 프리스트레스시키는 것이 적절한 구조계획이다.
* 사 례 조 사 *
1 . TWA 공항 터미널 (에로 사리넨)
Y자형 다리에 받쳐진 4매의 콘크리트 셀이 길이 105m, 높이 17m의 여객 스페이스를 덮는다. 콘크리트의 가소성을 살린, 부분과 전체가 일체가 된 디자인과 자연광에 의한 입체 효과가, 이 공간에 통일감을 주고 있다. 1950년대, 미국 근대 건축의 황금기를 대표하는 작품의 하나. 콘크리트 셀의 가능성에 대한 도전이 드라마틱한 공간을 낳았다.
2 . 코마자와 올림픽 강연 체육관
(오리모토장구조 설계 사무소, 아와라의신건축 설계 연구소)
RSC 이형 HP 쉘 평면 68×68 m 지붕 구조는 4 매의 이형 HP 쉘 (정방형의 1점을 대각선을 따라 내측에 이동한 형태)를 연속시킨 형태. 이형 HP쉘이 되어도 방형HP쉘이 가지는 기하학적, 역학적 특질에는 조금도 변화는 없다 . 그 접합부는 서로 직교하는 3 각형 라멘으로서 쉘 보다의 인연 옆응력 , 수평력을 부담시키고 있다. 쉘면은 철골조이고, 방수상의 (일) 것으로
부터 경량 콘크리트 (비중1.9)를 10㎝ 타설하고 있다.
3 . 시드니 오페라 하우스
국제공모전에서 1등으로 당선된 덴마크의 건축가 이외른 우촌(J0rn Utzon)이 설계한 것으로 1973년 완공되었다. 역동적이고 상상력이 풍부하지만 건축하는 데 여러 문제가 발생하여 논란이 많았음에도 불구하고 영국의 여왕 엘리자베스 2세가 개관 테이프를 잘랐다.
시드니 항구에 정박되어 있는 요트들의 닻모양을 되살린 조가비모양의 지붕이 바다와 묘한 조화를 이루며, 지금은 시드니를 상징하는 건물로 인식될 뿐 아니라 세계적으로도 유명하다.

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