Abstract
Recently, free-form buildings have been designed with complex shapes due to digitization of the construction industry. Exterior and interior components of free-form buildings have free cross sections and curved shapes. Therefore, structural members with curvature are frequently seen. In the modeling and stability evaluation of these structures, commercial programs using classical finite element analysis are not able to perform rapid shape modeling, resulting in a decrease in productivity. Therefore, in this study, pre- and post-processing modules were developed using a prior study to rapidly model the surface of a free-form building and to automatically generate frame structures that make up the cladding. The developed modules use a subdivision algorithm with spline curves. This algorithm is used to automatically generate analytical elements from the configuration information of NURBS curves. In addition, the deformation after analysis can be viewed more realistically. The modules can quickly construct complex curved surfaces. An analysis model of the frame structure was also automatically generated. Therefore, the modules could contribute to the productivity improvement of free-form building design.
최근 비정형 건축구조물은 건설 산업의 디지털화로 인해 점점 더 복잡한 형상으로 디자인되고 있다. 특히, 외관 및 내부 구성요소들의 단면이 자유롭게 변화되는 곡선 및 곡면의 형태를 띠고 있으며, 그로 인해 곡률을 가진 구조부재들이 빈번히 나타나고 있다. 이러한 구조물의 모형을 작성하고 안정성을 평가를 하는데 있어, 고전적 방식의 유한요소 해석기법이 적용된 상용프로그램들은 신속한 형상 모델링이 불가능하여 생산성 저하를 초래하고 있다. 따라서 본 연구에서는 선행연구를 통해 개발된 구조해석 통합시스템을 확장하여 비정형 외피 형상을 신속하게 모델링하고, 그 결과물을 이용하여 외피를 구성하는 프레임 구조를 자동으로 생성할 수 있는 전후처리 모듈을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 전후처리 모듈은 스플라인 곡선 및 곡면의 세분화 알고리즘을 적용하여 NURBS곡면의 형상정보를 통해 해석요소를 자동으로 생성하고, 해석 후의 변형 형상을 보다 현실적으로 가시화 시킬 수 있도록 개발되었다. 본 연구를 통해 개발된 전후처리 모듈은 복잡한 곡면 형상을 신속하게 구축하고, 그에 따른 하부 골조시스템의 해석모형을 자동으로 생성할 수 있어 향후 비정형 건축물 설계의 생산성 향상에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
