구조시스템에 따른 Tensegrity형 케이블 돔의 정적 불안정 거동특성

The Static Unstable Characteristics of Tensegrity-Type Cable Dome according to the Structural System

대공간 구조는 3차원적인 힘의 흐름과 면내력에 의해 외부하중에 대한 저항능력을 확보하는 형태저항형 구조로서 기본적인 구조저항 메커니즘은 구조물 자체의 곡률을 이용하여 면외방향으로 작용하는 외력을 주로 면내력으로 저항할 수 있게 한 구조시스템이다. 따라서 최소의 재료로, 가볍고 얇게 대공간을 만들 수 있는 장점이 있다. 대공간 구조시스템 중 연성 구조물의 일종인 막 구조, 케이블 구조 또는 복합 구조체로서의 막-케이블 구조물의 비약적인 발전이 최근 주목을 끌고 있다. 즉, 기존의 일반 구조재보다 가볍고 축 강성은 강하나 휨 강성은 매우 작은 막 및 케이블을 사용하여 대공간 구조물을 보다 효과적으로 구축할 수 있는 구조시스템을 말한다. 그러나, 이러한 구조물은 하중 레벨이 어느 임계값에 도달하면 구조물의 형상에 따라 뜀좌굴(snap-through) 또는 분기좌굴(bifurcation)에 의한 불안정 현상이 일어나며, 이로 인한 파괴 메커니즘의 파악은 구조설계에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 텐세그리티형 케이블 돔 구조물의 구조시스템에 따른 정적 불안정 거동 특성을 파악하기 위해 먼저, 형상해석을 통해 복합 케이블 돔 구조물인 Geiger형, Zetlin형 및 Flower형 케이블 돔 구조물의 초기응력에 의한 형상을 결정하고, 형상해석 결과를 기준으로 하여 정적 외력에 의한 불안정 문제를 파악하고자 한다.

A shell structure, having a curvature with a curved surface, is an extremely efficient mechanical creation regard to the external load. A basic structural resistance mechanism is the structural system, which is resisted the out-of-plane direction load by in-plane forces using the structure's curvature. Therefore, it has a merit to make thin and lightweight large spacial structures using minimum materials. Among the large spare structural system, the rapid development of the membrane structures, cable structures and the hybrid structures are watched recently. But, this kind of structural system shows the unstable phenomenon by snap-through or bifurcation according to the shape of structure, and the understanding of the collapse mechanism by this phenomenon is very important to the design process. In this study, I investigated the unstable characteristics of the Geiger-type, Zetlin-type and flower-type hybrid cable dome structures, which is the lightweight hybrid structures using compression and tension elements continuously, according to the difference of structural system.