현대건축의 변화와 발달에 따라 건축물의 형상은 더욱 다양해지고 비정형화 되어가는 추세에 있다. 그러나, 건축물의 내진성능에 대한 고려를 배재한 가운데 진행된 건축형상의 변화에 대한 시도는 지진 발생 시 심각한 구조적 피해를 초래할 수 있다. 따라서, 건축형상에 대한 합리적 분류를 기반으로, 보다 상세하고 발전된 내진설계 전략을 수립하는 것은 매우 중요한 기술적 대비로서의 의미가 있다. 본 연구에서는 다양한 요각모서리 형상을 갖는 수평비정형 구조물들에 대한 내진성능을 비교 검토하고자 하였다. 최대한 단순화 된 비교가 가능하도록 정형구조물 및 서로 다른 네 가지 수평비정형 구조물 모델을 선정하여 구조적 특징을 통일시키고, 각 비정형성에 대한 등가정적해석을 수행하였다. 해석 결과, 상대적으로 탁월한 정형구조물의 내진성능을 확인할 수 있었고, 수평비정형성을 반영하는 요각모서리 부분에서 상대적 응력집중 및 구조적손상이 확인되었다. 본 연구 결과를 통해 미래의 도시건축물 내진설계를 위한 내진성능 기반의 가이드라인을 제시할 수 있을 것으로 판단된다.
구조물의 비정형성이 풍하중과 지진하중을 받는 구조물의 안전성에 미치는 영향에 대해 검토하였다. 층별 보부재의 불연속성과 O자형 수평비정형성의 관점에서 4가지 유형의 구조물을 선정하여 구조거동을 평가하였다. ACI 318-11 조건에 대해 풍하중 및 지진하중에 의한 구조물의 변위, 휨모멘트, 축력, 비틀림, 층간변위 응답을 검토하였다. 보부재 불연속성을 갖는 구조물의 상부에 갖는 건물이 가장 큰 복원력을 보였으며, O자형 수평비정형 건물은 전도에 대한 저항이 크므로 횡하중에 대해 안전하였다.
비정형(anamorphic) 렌즈가 적용된 적외선 광각 카메라 광학계를 제안하고 제작을 통해 그 유용성을 입증하였다. 개발된 적외선 카메라는 비정형 렌즈를 이용하여 수평방향에 대해서는 100도 이상의 넓은 시계를 제공하면서 수직방향에 대해서는 수평시계보다 큰 배율을 갖게 함으로써 증가된 해상도를 통해 장비의 광역 감시 및 탐지 능력을 동시에 향상시키는 특징을 갖는다. 또한 광기구적 자동 비열화 방법을 제안하고 시스템에 적용하여 그 성능 및 활용성을 확인하였다.
본 논문에서는 파라메트릭 기법을 이용한 최적설계 알고리즘을 사용하여 최근 들어 다양한 형태를 지니고 있는 비정형 초고층 구조물의 최적 다이아그리드 각도를 찾는 것에 대해 연구하였다. 다이아그리드는 비정형 초고층 구조물을 구성하는 대각방향의 부재로 수직하중과 수평하중에 대해 효과적으로 대응할 수 있는 구조 시스템으로써 다이아그리드의 각도를 최적화 하여 비정형 초고층 구조물의 최대강성을 찾는 것에 목적을 두었다. 본 연구에서 검증예제로 비정형 형상인 원통형 구조물과 테이퍼드 원형 구조물에 다이아그리드 최적설계 알고리즘을 적용하여 변위를 효과적으로 제어하는 다이아그리드의 최적각도를 검토하였다.
본 연구는 디자인 문제해결 과정에서 이미지 형상화를 위한 방법으로 모방에 익숙한 것에 대해, 모방외에 보다 창의적인 시도와 새롭고 다양한 접근이 요구됨에 주목하여 시작하게 되었다. 이에 비정형에 대한 이해와 개념적 접근으로 하는, 인문학과 시각예술의 융합 연구를 하였다. 본 연구의 목적은 기존의 비정형과 관련 있는 기초디자인 실습사례에서, 실습과정 전후에 요구되는 이론적 접근과 결과물 설명에 대해 보다 깊이 있는 연구와 더불어 디자인적 표현을 가능케 하는 비정형 언어를 개발하는 것이며, 이에 대한 실습과정을 체계화하여 제시하는 것이다. 연구의 방법으로는 선행연구, 관련 작품 및 작가에 대한 조사와 더불어 비정형 관련 교육 실습 등을 통해 관련 단어를 수집하고 공통되거나 반복되는 단어 또는 내용을 군집화하고 계층화하여 세부항목을 도출하는 것이다. 연구결과로 비정형 작동기제이며 비정형 언의의 상위 항목으로 공간적 위치 짓기 체계에서의 수평성, 공간과 시간의 분리에서 펄스, 체계의 구조적 질서에서의 엔트로피, 물질의 제한에 있어서의 저급유물론 등과 관련되는 비정형 언어를 제시하였다. 이들은 조형요소의 시각요소로, 형태, 형상, 크기, 명암, 색채, 질감, 공간, 구조 등과 관계하며, 하위 항목으로 다양한 형용사적인 의미를 가지고 있다. 이에 비정형 시각예술의 전반적인 단계(이론적 접근, 실습과정, 결과물 표현 등)에서 비정형 언어를 이해하고 표현할 수 있도록 하는 기초디자인 교육 자료를 제시하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로, 서로 다른 반미학적인 새로운 조형미를 표현하게 하고 이를 이해하게 하는 교육적 콘텐츠로, 사회적 정체성을 드러내는 역할로, 또한, 이에 대한 교육 자료가 비정형 시각예술 관련 연구에 참고자료로 활용되기를 기대한다.
시각과 관련된 정서 연구 중에서 색에 대한 연구나 움직임에 대한 연구는 많이 이루어져 왔으나 정적인 형태 자체에서 감성을 불러일으킬 수 있는가에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다. 따라서 이 논문에서는 2차원적인 형태 중, 모든 형태의 기본이 되는 3가지 기본적인 도형(삼각형, 사각형, 원)을 중심으로 도형의 물리적 속성에 따른 감성 차이가 있는지를 살펴보고자 하였다. 도형의 물리적 속성은 물체 인식과 시각 디자인에서 중요시되는 요소인 방향성, 정형성, 비례, 예리함을 중심으로 감성이 어떻게 달라지는지를 살펴보았다. 그 결과 방향성, 정형성, 비례, 예리함에 따라 도형에 따른 감성의 차이가 모두 존재함을 알 수 있었다. 도형간의 차이는 쾌 불쾌 차원에서는 원으로 갈수록 쾌함을 확인했고 각성 차원에서는 삼각형으로 갈수록 각성이 높아짐을 알 수 있었다. 방향성은 수평, 수직보다 기울어진 형태에서 쾌하고 각성이 낮음을 알 수 있었다. 비례는 너비와 높이의 비가 1:1 일 때 각성이 가장 낮고 쾌한 정도가 상대적으로 가장 높음을 알 수 있었고 비정형 도형일수록 불쾌하고 각성이 높음을 알 수 있었다. 아울러 도형과, 방향성 비례 그리고 정형성간의 상호작용 측면도 살펴보았고 어떤 요소가 더 영향을 미칠 수 있는지도 살펴보았다. 이러한 결과를 바탕으로 도형이 어떤 속성이 이러한 감성을 불러일으키는 요인인지를 알아보기 위한 추가실험도 실시하였다. 그 결과 도형의 속성 중 모서리의 예리함이 감성차이를 불러일으킬 수 있는 요인이 될 수 있음을 알 수 있었고 선 형태와의 상호 작용 시 예리함이 감성에 더 영향을 미칠 수 있는 요인임을 추론할 수 있었다. 이러한 도형이 주는 감성 연구는 도형의 감성적인 평가 과정이 인지와 정서간의 관계를 설명해 줄 수 있는 내용이 될 수 있다는 점에서 의의가 있다. 아울러 기본이 되는 도형의 형태로부터 감성의 차이가 있음을 확인함으로써 제품의 물리적 디자인에 대한 가이드라인을 제공해 줄 수 있을 것이라 예상된다. 특히 각성 상태가 인지적 수행에 중요한 영향을 미칠 수 있다는 사실로부터 학습도구에서의 도형의 효과적인 사용을 제안하고자 한다.
최근 빈번히 건설되고 있는 비정형 건축물들은, 개별부재의 수직/수평적 연결방식 에서 벗어나, 외관 및 내부 구성요소들의 단면이 자유롭게 변화되는 곡선의 형태를 띠고 있다. 이러한 구조물의 안정성 평가를 위해서 고전적 방식의 유한요소 해석기법이 적용된 상용프로그램이 사용되고 있으나, 과도한 절점분할 방식 또는 유한요소망(Finite Element Mesh)의 도입으로 인하여 해석시간이 길어지고 사용성 및 해석 정밀도가 낮은 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구에서는, 전술된 문제점을 개선하기 위하여, 임의의 곡률을 가진 단위 부재 및 단위요소에 대한 수학적 해석모형을 활용하여 비정형구조물에 대한 구조안정성 평가를 효과적으로 수행할 수 있는 전후처리 모듈을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 전후처리 모듈은 곡선형 부재의 곡률을 NURBS 제어점을 이용하여 제어할 수 있도록 개발되었으며, 그로 인해 상용프로그램보다 빠른 형상 모델링이 가능하였다. 또한, 자유로운 형상에 대한 시각적 확인이 가능하여 비정형 건축물의 형상과 거동양상의 현실적인 묘사가 가능하였다.
국내에서 BIM의 실무 활용은 건축공사 중심으로 적용되고 있다. 건축공사의 부위별 객체 특성이 정형적, 수직적, 반복적인 형태를 갖는 반면에 토목공사의 객체 특성은 비정형적, 수평적, 비반복적인 형태를 갖으므로 3D객체 구성이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 토목공사의 기획단계부터 설계단계까지의 업무 및 정보관리의 문제점을 파악한 후 BIM기반에서의 적용 프로세스를 제안하며, 제시한 프로세스를 기반으로 BIM시스템을 구축하여 교량공사를 대상으로 실무 적용성을 검토한다.
발파해체 되는 철근콘크리트 구조물은 교대하중에 의해 정형구조에서 비정형구조로 변환되며 붕괴거동은 비선형적인 대변위 거동을 한다. 철근콘크리트 구조물의 붕괴거동에 대한 많은 수치 모델링 연구가 수행되었지만, 비선형적인 대변위 거동을 해석하기에는 아직 부족한 수준이다. 본 연구에서는 실제 철근콘크리트 구조물을 1/5로 축소한 축소모형 구조물을 제작하였다. 전도공법으로 1층, 3층, 5층 축소모형 구조물을 발파하여 상부 자중에 의한 구조물의 붕괴 가능성을 고찰하였으며, 구조물의 붕괴거동을 X 방향(수평방향)의 변위, Z 방향(수직방향)의 변위, 상대 변위각으로 분석하였다. 실험결과 자중에 의한 구조물의 붕괴를 유도하기 위한 상부 자중의 크기를 확인할 수 있었다. 또한 구조물의 붕괴에 따른 X 방향의 변위와 Z방향의 변위는 발파 후 67 ms, 300 ms부터 서서히 증가하였고, 교대하중에 의해 3층 구조물의 초기 붕괴 속도가 5층 구조물보다 크게 발생하는 것을 확인하였다.
최근 초고층 구조물은 다양한 형태에 따른 건축 계획 및 설계에 대한 요구되어지며 이를 충족시키기 위해 다양한 구조시스템이 개발되어지고 있다. 특히 경사기둥은 구조물의 높이가 증가할수록 구조물의 면적이 점차적으로 감소하는 Tapered 형태의 비정형 초고층 구조물의 중요한 설계 및 구조요소이다. 본 논문에서는 경사기둥의 축하중에 의해 발생하는 수평력으로 인한 접합부의 영향 및 보 플랜지의 취성파괴에 대한 저항성능을 평가하기 위하여 강구조물 경사기둥 접합부에 대한 유한요소해석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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