비정형 건축물의 형태 표현특징에 관한 연구

강박(Jiang Bo),홍관선(Kwan-Seon Hong) 한국콘텐츠학회 2021 한국콘텐츠학회논문지 Vol.21 No.4

최근 몇 년간 과학기술이 발달하면서, 기존의 건축양식과 디지털 도구가 결합하여 다양한 형태의 비정형 건축물을 구현하기 시작하였는데, 이러한 건축물은 기존의 정형 건축물과는 확연히 다른 형태를 보이고 있다. 디자이너는 비정형 건축물을 구축할 때 다양한 방법이나 디지털 도구를 활용하여 비정형 건축 형태와 보다 자유로운 건축 형식을 완성하게 된다. 이러한 배경을 바탕으로 비정형 건축형태 특성 평가 기준에 대한 연구의 필요성이 제기된다. 첫째, 본문은 비정형 건축물의 외부형태를 주요 연구 대상으로 하여, 선행연구를 바탕으로 비정형 외부 형태 요소를 고찰하고 통합하여 재구성하였다. 둘째, 본 연구의 목적은 다양한 비정형 형태의 유형을 분류하는 동시에 비정형 건축형태의 디지털 프로세스 디자인을 위한 중요한 기초자료를 제공하고자 하였다.셋째, 본문은 2000년부터 2020년까지 비정형 건축물을 주요 연구 대상으로 하고 있으며 그 형태 표현의 특징에 대한 심층적인 분석을 진행하였다. 관련 분야의 연구를 위한 사례 근거를 제공함과 동시에 비정형 건축물의 특징과 관련된 분포 법칙과 존재 가치를 모색하였다. 또한 본 연구에서는 건축물 기능적 용도의 분포와 결합하여 분석을 전개하였으며, 비정형 형태가 용도별로 건축물에 적용되고, 이러한 형태의 적용 추이를 파악하여 비정형 건축물의 형태에 대한 이해를 강화하고자 한 점에서 본 연구는 기존 연구와 차별화된다. With the development of science and technology in recent years, various types of unstructured buildings have begun to be implemented by combining traditional architectural styles with digital tools, which are significantly different from conventional formal buildings. Designers will use various methods or digital tools to complete the unstructured and freer architectural forms when building an unstructured building. Based on this background, the need for research on the criteria for evaluating the characteristics of unstructured architectural forms is raised. First, the text was reconstructed by considering and integrating the elements of the unstructured exterior form based on prior research, with the external form of the unstructured building as the main research object. Second, the purpose of this study was to classify various types of unstructured forms and to provide important basic data for designing digital processes of unstructured architectural forms.Third, from 2000 to 2020, the text focused on the study of unstructured buildings and conducted in-depth analysis of the characteristics of their form expressions. While providing a case basis for the study of related fields, distribution laws and presence values related to the characteristics of unstructured buildings were sought. In addition, the analysis was conducted in combination with the distribution of functional use of buildings, and this study is differentiated from the existing research in that the atypical form is applied to the buildings by use, and the application trend of this type is understood to enhance understanding of the atypical form of buildings.

비정형 건축물 공사의 생산성 분석 및 향상방안 - 노출콘크리트 공사를 중심으로 -

이은영,김예상,Lee, Eun-Young,Kim, Yea-Sang 한국건설관리학회 2014 한국건설관리학회 논문집 Vol.15 No.3

2007년 독일의 건축 잡지 바우넷에서 선정한 세계 5대 설계사들의 2006 ~ 2010년 설계한 전체 설계 중 25%가 비정형 건축물로, 비정형 건축물은 도시, 국가의 랜드마크로서 그 사회적, 경제적 파급효과가 매우 크다. 국내 또한 인천세계도시축전 기념관, 킨텍스 제2전시관, 동대문디자인 플라자 등 비정형 건축물이 증가하고 있다. 그러나 이러한 설계 트렌드 및 증가하고 있는 비정형 건축물의 수요에 반해 이를 충족할 만한 비정형 건축 프로젝트의 설계 및 시공 관리 경험 부족으로 인해 비정형 프로젝트는 수익성을 기대하기 어렵고, 완공 후에도 많은 문제들이 부각되고 있다. 특히 국내 인력의 비정형 프로젝트 수행 경험부족으로 인해 불확실한 공사비 예측, 설계 과다변경 등으로 인해 완공 후에도 품질 문제를 비롯한 공사비 상승 관련 문제들이 계속 발생하고 있으며, 이와 같은 비정형 건축물의 특성을 고려하지 못한 초기 계획은 프로젝트 수행 시 실제와 그 차이가 커 프로젝트 관리 리스크로 작용하지만 아직 비정형 건축물 프로젝트 관련 실적자료나 사례분석 자료 구축은 미비로 인해 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 비정형 건축물 공사 중 생산성이 낮은 공종을 선정하여 작업 프로세스 분석 및 실제 현장 생산성 자료 분석을 통해 실질적인 생산성 자료 구축 및 비정형 건축물 공사 생산성 향상 방안을 제시하고자 한다. The Global's top five Design Firms selected from BauNetz a German architectural magazine in 2007 designed free form building design which was 25% of the overall design by 2006-2010. Free form building is a landmark of the city and the country so its social and economic impacts are very large. In case of Korea, free form buildings such as Tribowl in Incheon, KINTEX Exhibition hall 2 and Dongdaemun Design Plaza have increased. However, those the increase in design trends and, the needs due to the lack of free form building design and construction management experience, free form building projects can't be expected to profitability and have a number of problems after completion. Especially, there are many excessive quality problems and the rising cost due to design changes frequently and lack of experience and data. Thus an initial plan regardless of considering of free form building's characteristics can be a huge risk because of the difference with the plan and actual projects, yet there aren't free form building project's performance data and case studies related to productivity. In this study, through selection of low-construction productivity works and an analysis of the work process and productivity data, hope to propose an actual field productivity of free form building and the ways to improve productivity.

비정형 구조물의 시공성을 고려한 3차원 디지털 설계 최적화 프로세스

류한국,Ryu, Han-Guk 한국건설관리학회 2013 한국건설관리학회 논문집 Vol.14 No.5

Nowadays the widely used media in architecture include visualizations, animations and three-dimensional models. 3D digital methods using active CAM(Computer Aided Manufacturing) and CNC(Computerized Numerical Control) imaging have been developed for accurate shape and 3D measurements in freeform buildings. In contrast to a conventional building using auto CAD system and others, the proposed digital optimization method is based on a combination of 3D numerical data and parametric 3D model for design and construction. The objective of this paper is therefore to present digital optimization process for constructability of freeform building. The method can be useful in the effective implementation of an error-proofing process of freeform building during design and construction phase. 3D digital coordinate data can be used effectively to identify correct size of structural and finish members and installation location of each members in construction field. In addition, architects, engineers and contractors can evaluate design, materials, constructability and identify error-proofing opportunities. Other project participants can also include representatives from all levels of management, departments as well as workers and key subcontractors' personnel, if necessary. The 3D digital optimization process is therefore appropriate to serious variations in freeform shape. For future study, the developed digital optimization method is necessary to be carried out to verify the robustness and accuracy for constructability in construction field. 최근 상당기간과 공사비를 최소화할 수 있는 비정형 건축물의 설계와 시공이 새로운 기술로 구현되고 있다. 이는 비정형 건축물의 최적화 설계와 부재화를 통한 공장 생산 시스템과 현장 조립 및 설치 기술로 가능하다. 비정형 건축물의 구현을 위한 연구가 진행되어 왔으나 여전히 비정형 건축물 시공은 설계오류와 시공자의 도면이해 부족, 시공경험 및 공법의 부재 등으로 인하여 시공 품질과 공기, 공사비 증가 등의 잠재적 리스크를 포함하고 있다. 비정형 건축물의 시공품질 향상과 공기단축 및 시공비 상승의 문제점을 해결하기 위한 3D 디지털 설계와 제작 기술을 적용하는 것이 중요하다. 이에 본 연구는 비정형 구조물의 시공성을 고려한 3차원 디지털 설계 최적화 프로세스를 제안한다. 궁극적으로 본 연구는 비정형 구조물의 구조검토, CNC(Computerized Numerical Control) 가공에 의한 부재의 정밀제작, 설치, 시공의 오차관리로 최적 시공의 근간이 되는 비정형 건축물 외피 시스템 구현을 위한 최적화 설계 프로세스를 제시한다.본 연구는 비정형 건축물을 구현한 사례를 살펴보고 디지털 설계 프로세스와 적용 프로그램을 살펴본다. 비정형 건축물의 설계도의 3D 디지털 데이터 구축과 디지털 최적화 구현 사례로 4대강 대표 물문화관(The ARC)을 중심으로 설계단계에서 적용된 최적화 기법을 순차적으로 분석하여 비정형 건축물의 3차원 좌표제어에 대한 방법론을 제시한다.

국내외 비정형 건축물 외피시스템 사례 분석을 통한 설계 및 시공시 고려사항 도출

류한국,Ryu, Han-Guk 한국건설관리학회 2013 한국건설관리학회 논문집 Vol.14 No.4

Recently, architectural design has been changing from formal design to freeform design due to the digitalization of construction industry. Especially, the formal design has been accepted as a design trend recently and applied many times as a design concept in the architectural design competitions such as turn-key. However, various deflects such as water leak and cracks have been occurred because the traditional construction methods had been applied without any revision or adaptation of the formal construction method for the freeform building construction. Design and construction of freeform building has been developed as an new method in order to solve the problems and minimize the construction duration and cost for the freeform building. Therefore this research deduced the positive implications for developing freefrom envelope by analyzing the domestic and abroad cases and proposed the considerations during design and construction of the freeform envelope as follows. First, the freeform design should consider the constructability for the freeform envelope. Second, manufacturing technology for the two-way curvature of the unit panel should be developed. Third, exposed concrete form method should be developed for the freeform envelope of concrete. Forth, material characteristics, construction method and facility management should be considered in order to manage precipitation and keep water-proof according to the classification of the freeform envelope area. 최근 건설 산업의 디지털화로 인하여 건축 디자인이 정형에서 자유로운 비정형 형태로 변화하고 있다. 특히, 국내에서는 최근 비정형이 디자인 경향으로 도입되어 현상설계, 턴키 등에서 설계 당선을 위한 디자인 요소로 많이 적용되고 있다. 그러나 기존의 정형 건축물의 외벽공법을 비정형 건축물의 외피에 그대로 적용함으로써 누수 및 크랙 등 다양한 하자가 발생하고 있다. 이러한 문제점을 개선하고 공사기간과 공사비를 최소화할 수 있는 비정형 건축물의 설계와 시공이 새로운 기술로 도입되고 있다. 이에 본 연구는 비정형 외피시스템 구현을 위한 공법을 국내외 비정형 건축물의 외피시스템 사례 분석을 통하여 실증적으로 시사점을 도출하고 비정형 건축물 외피시스템의 설계와 시공시 고려해야 할 사항을 다음과 같이 제시하였다. 첫째, 시공성을 고려한 비정형 형태의 설계가 되도록 하여야 한다. 둘째, 2방향 곡면을 정확히 구현할 수 있는 단위 패널 생산 기술의 개발이 필요하다. 셋째, 비정형 콘크리트 외피용 노출 콘크리트 거푸집을 개발하여야 한다. 넷째, 외피 시스템을 부위별로 구분하여 우수처리와 방수를 위한 재료와 공법 특성과 유지관리 방안을 고려하여야 한다.

초고층 건축물의 비정형 입면디자인 요소 및 구조시스템

정경태 대한건축학회지회연합회 2023 대한건축학회연합논문집 Vol.25 No.4

As the demand for high-rise buildings increased, the standardized box shape was converted into a new trend of atypical shape. In this study, 50 cases of atypical skyscrapers with a scale of 200m or more were selected as research subjects in order to explore the design trends of future atypical skyscrapers through various cases of atypical skyscrapers constructed around the world. In addition, the application status of the structural system according to the atypical form of the high-rise building was analyzed. As a result of the analysis, atypical forms of current high-rise buildings appeared to have the highest frequency of application in the order of Taper, Curve, Twist, Free-Shape, and Folding elements. In addition, as a result of analyzing the application frequency of the structural system, it was found that the Outrigger Frame, Shear Walled Frame, and Diagrid Frame systems were applied in the order. As a result of the study, it is judged that it will be possible to identify the tendency of structural systems with relatively high application frequency from atypical facade design elements. 초고층 빌딩의 수요가 높아질수록 획일화된 박스형태는 비정형 형상이라는 새로운 경향으로 전환되었다. 이러한 경향은 국내에서도 뚜렷하게 나타나고 있으나 해외 사례에 비해 초기단계에 머물고 있다. 본 연구에서는 전 세계적으로 활발히 건설되는 다양한 비정형 초고층 빌딩 사례를 통해 향후 비정형 초고층 건축물의 디자인 경향을 모색하고자 200m 이상의 규모를 갖는 비정형 초고층 건축물을 50건을 연구대상으로 선정하였다. 또한, 초고층 건축물의 비정형 형태에 따른 구조시스템 적용현황을 분석하였다. 분석결과, 현재 초고층 건축물의 비정형 형상은 Taper, Curve, Twist, Free- Shape, Folding 요소 순으로 적용빈도가 가장 높게 나타났다. 또한, 비정형 형태 요소별 구조시스템의 적용빈도를 분석한 결과, Outrigger frame, Shear Walled Frame, Diagrid Frame 시스템 순으로 적용된 것으로 나타났다. 연구결과, 비정형 입면디자인 요소로부터 상대적으로 적용빈도가 높은 구조시스템 경향을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

L자형 평면 건축물의 비정형성을 고려한 풍하중 할증계수의 제안

류혜진,조현주,하영철 한국풍공학회 2020 한국풍공학회지 Vol.24 No.1

비정형 형태의 건축물에서 발생하는 풍하중은 KBC-2016의 풍하중 산정식으로 산정할 수 없기 때문에 풍동실험을 통해 풍하 중을 평가할 수밖에 없다. KBC-2016으로 비정형건축물을 정형적인 건축물로 가정하여 풍하중을 평가한다면 과소평가될 우려가 있 다. 그러므로 보다 합리적인 평가를 위해 풍하중을 할증시켜줄 필요가 있다. 본 연구에서는 평면형태가 L자인 건축물을 대상으로 풍력 실험을 실시하여 풍하중을 산정하였으며, 이를 KBC-2016으로 산정한 풍하중과 비교하였다. 풍동실험을 통해 구한 L자형 건축물의 풍 하중과 KBC-2016으로 L자형 건축물과 동일한 폭과 깊이를 가진 사각형평면 건축물을 대상으로 구한 풍하중의 비로 풍하중 할증계수 를 도출하였다. 풍하중 할증계수는 1.6~2.2로 나타났다. KBC-2016에 의해 평가한 사각형 건축물의 풍하중에 풍하중 할증계수를 곱하 면 L자형 건축물의 풍하중이 된다. Wind loads generated from irregular buildings can't be evaluated by KBC-2016, so wind loads should be evaluated by wind tunnel test. If the wind load is evaluated using KBC-2016, which assumes irregular buildings as regular buildings, it may be underestimated. Therefore the wind loads need to be increased for more reasonable evaluation. In this study, wind loads was evaluated by wind tunnel test on L-shaped buildings and compared with wind loads evaluated by KBC-2016. The amplification factor on wind load was derived from the ratio of wind loads by wind tunnel tests on L-shaped building to wind loads by KBC-2016 on rectangular building. The amplification factor ranged from 1.6 to 2.2. The wind load of a rectangular building evaluated by KBC-2016 is multiplied by the amplification factor to become the wind load of an L-shaped building.

곡면 최적화 알고리즘을 활용한 비정형 건축물 외장공사비 개산견적에 관한 연구

임장식,옥종호,Lim, Jang Sik,Ock, Jong Ho 한국건설관리학회 2014 한국건설관리학회 논문집 Vol.15 No.4

The outer surfaces of free form buildings contain panels with two-directional curvatures. To construct these panels, complex geometric surfaces should be divided into forms and sizes that can be manufactured and constructed efficiently. Because the bigger the curvatures of these panel, the more expensive the construction costs, these complex curvatures should go through optimal process of reinterpretation to minimize the curved surfaces with complex two-directional curvatures, which is called panel optimization. Small construction and design companies have trouble in calculating even rough estimate and cannot adjust expected construction cost of the panels based on comparison of design alternatives in conjunction with panel optimization process due to lack of knowledge and experience. This study conducts the research that can support designers' cost decision-making in the design stage of the free form buildings with respect to the panel optimization process. A 3D commercial application specialized to modeling free form shapes is used for the purpose. 비정형 건축물의 건설에서 가장 어려운 공정은 복잡한 디자인으로 이루어진 외장패널을 제작 및 시공하는 것이다. 설계자는 비정형 건물의 부드러운 곡면형태를 훼손하지 않는 범위 안에서 복잡한 곡면을 갖는 패널의 양을 축소하여 패널제작 및 시공비용을 최적화함이 필요하다. 특히 설계초기단계에서 다양한 건축외관을 디자인하고 각 설계대안의 예상공사비를 추정하면서 설계의도를 충족하는 적절한 대안을 찾는 것은 대단히 중요하다. 하지만 대부분의 설계사무소들은 비정형 건축물의 패널최적화에 대한 이해, 기술 및 데이터가 부족하여 초기설계 단계에서 예상공사비 산정, 설계 대안 비교를 통한 예상공사비 조정등의 업무를 효과적으로 수행하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구는 비정형 건축물 설계자가 쉽게 접할 수 있는 범용 어플리케이션을 이용하여 비정형 건축물의 외장패널을 최적화하는 방법을 제시하며 최적화 결과와 국내 비정형 건설프로젝트의 외장공사에 대한 실적공사비를 접목하여 최적화 진행에 따른 공사비 변화정도를 산출하는 방법을 제시한다. 연구결과의 적용성을 검증하기 위해 국내에서 최근 완공된 비정형 건축프로젝트의 사례연구를 수행한다.

Demand Capacity Ratio를 활용한 수직비정형 건축물의 간략 내진성능평가

손정훈 ( Sohn Junghoon ),최인섭 ( Choi Insub ),김준 ( Kim Junhee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

2017년 발생한 포항지진으로 인해 포항 장성동에 위치한 필로티형 건축물의 기둥에서 전단 파괴 등 많은 피해가 발생하였다. 한국의 중저층 주거용 필로티 건축물은 1층과 상부층의 강성, 강도의 차이로 수직비정형성을 갖기 때문에, 지진에 취약하여 이 건축물에 대한 내진 성능 확보가 요구된다. 본 연구의 목표는 수직비정형을 갖는 건축물의 선형기반 Demand Capacity Ratio (DCR)을 활용하여 간략한 내진성능평가를 하는 것을 목표로 한다. 필로티 건축물의 프로토타입 모델을 제작하여 비선형해석을 통해 내진성능을 평가하고, 평가된 결과와 DCR의 관계를 분석하였다. 그 결과, DCR에 따른 수직비정형 건축물의 내진성능을 보수적으로 제안하여, 구조 해석 없이 수직비정형 건축물에 대한 간략한 내진성능평가가 가능하였다.

비정형 건축물 외장패널의 설계 및 생산체계에 관한 연구

최정민(Jeong-Min Choi),옥종호(Jong-Ho Ock),장현승(Hyun-Soeng Jang) 한국구매조달학회 2011 한국구매조달학회지 Vol.10 No.1

비정형적인 외장의 설계와 생산은 전체 건축물의 형태를 이루고 구조적인 기능을 하는 부재의 위치를 결정하기 때문에 비정형건축물 구축에 있어 가장 중요한 부분 중 하나이다. 결국 프로젝트의 성패는 설계와 생산의 품질에 좌우된다. 하지만 아직까지 국내의 비정형외장공사의 설계와 생산프로세스가 정립되어 있지 않아 많은 문제점을 야기하고 있다. 이에 비정형 건축물의 외장재를 구축하기 위하여 실질적인 구현에 이르는 효과적인 진행방법을 찾고자 하는 본 연구의 목적에 따라, 비정형 외장패널의 생산방식에 따른 설계와 제작프로세스를 고찰하였다. The number of free-form buildings are increased by development of 3D parametric modeling technology. The reason of free-form Architecture’s appearance is advance of digital technology. The design and construction process of Free-Form buildings considering various factor should be in integrated collaborative system unlike traditional architectural system. In this research, offers new design process and production system

Demand Capacity Ratio를 활용한 수직비정형 건축물의 간략 내진성능평가

손정훈 ( Sohn Junghoon ),최인섭 ( Choi Insub ),김준 ( Kim Junhee ) 한국구조물진단유지관리공학회 2021 한국구조물진단유지관리공학회 학술발표대회 논문집 Vol.25 No.1

2017년 발생한 포항지진으로 인해 포항 장성동에 위치한 필로티형 건축물의 기둥에서 전단 파괴 등 많은 피해가 발생하였다. 한국의 중저층 주거용 필로티 건축물은 1층과 상부층의 강성, 강도의 차이로 수직비정형성을 갖기 때문에, 지진에 취약하여 이 건축물에 대한 내진 성능 확보가 요구된다. 본 연구의 목표는 수직비정형을 갖는 건축물의 선형기반 Demand Capacity Ratio (DCR)을 활용하여 간략한 내진성능평가를 하는 것을 목표로 한다. 필로티 건축물의 프로토타입 모델을 제작하여 비선형해석을 통해 내진성능을 평가하고, 평가된 결과와 DCR의 관계를 분석하였다. 그 결과, DCR에 따른 수직비정형 건축물의 내진성능을 보수적으로 제안하여, 구조 해석 없이 수직비정형 건축물에 대한 간략한 내진성능평가가 가능하였다.