대공간 단층래티스 돔의 골조프레임 재질로는 알루미늄, 목재, 그리고 강재 등이 사용된다. 소규모 돔에서는 알루미 늄, 목재 등이 사용되는 사례도 많이 있지만, 300m 이상의 대공간 돔에서는 강재를 주로 사용하며, 강재의 단면 형상은 강관 또는 H형강 등이 유리하다. H형강은 기성재가 시중에 판매되고 있어 다양한 종류를 선택할 수 있으며, 지붕 마감 공사 시 시공 성이 우수하다. 본 연구의 목적은 H형강 단면을 사용한 스팬 300m 단층래티스 돔의 좌굴특성을 연구하는 것이다.

The objective of this study is to investigate the earthquake response for the design of 100m spanned single-layer lattice dome. The plastic hinge analysis and eigenvalue buckling analysis are performed to estimate the ultimate load of single-layered lattice domes under vertical loads. In order to ensure the stability of lattice domes, it is investigated for the plastic hinge progressive status by the pushover increment analysis considering the elasto-plastic connection. One of the most effective methods to reduce the earthquake response of large span domes is to install the LRB isolation system of a dome. The authors discuss the reducing effect for the earthquake dynamic response of 100m spanned single-layered lattice domes. The LRB seismic isolation system can greatly reduce the dynamic response of lattice domes for the horizontal and vertical earthquake ground motion.

The objective of this study is to investigate the response reducing effect of a seismic isolation system installed between 300m dome and supports under both horizontal and vertical seismic ground motion. The time history analysis is performed to investigate the dynamic behavior of single layer lattice domes with and without a lead rubber bearing seismic isolation system. In order to ensure the seismic performance of lattice domes against strong earthquakes, it is important to investigate the mechanical characteristics of dynamic response. Horizontal and vertical seismic ground motions cause a large asymmetric vertical response of large span domes. One of the most effective methods to reduce the dynamic response is to install a seismic isolation system for observing seismic ground motion at the base of the dome. This paper discusses the dynamic response characteristics of 300m single layer lattice domes supported on a lead rubber seismic isolation device under horizontal and vertical seismic ground motions.

세계적으로 대공간 건축물의 수요가 점점 증가하고 있는 추세에 따라 단층 래티스 돔 구조 시스템은 단순한 외관과 간단한 그리드 패턴으로 인해 300m 공간 구조로 널리 채택 될 것입니다. 선행 연구에서 300m 길이의 단층 래티스 돔에 자중 및 적설 하중을 가했을 때 강재를 이용한 골조 시스템을 이용하여 단층 래티스 돔의 구조 안정성을 대략적으로 파악 하였다. 강성 연결로 되어있는 300m 단층 래티스 스팬의 스팬에 대한 안정성 연구는 이미 많이 수행되었지만 연결부의 강성에 따른 좌굴특성에 대한 연구는 많지 않습니다. 따라서 연구자들이 실제 설계에 적용 할 연구 데이터가 많지 않기 때문에이 구조의 다양한 연결 조건을 연구 할 필요가 있다. 본 연구의 목적은 연결 조건에 따라 300M 단층 래티스 스팬의 좌굴 특성을 분석하여 대공간 단층 래티스 돔의 설계자들에게 도움을 주고자 한다.

As the national income grows, there is a growing demand for buildings that require long span structures such as exhibition facilities, sports facilities, special industrial facilities, and aerospace facilities. Single-layer latticed dome is one of representative llong span structures. But single layer latticed domes are apt to occur the unstable phenomena that are called “buckling” because of the lack of strength of members and instability of structures, etc. In the previous study, the structural stability of a single-layer lattice dome was roughly grasped by a frame structural system using a ready-made steel when a self-weight and a snow load were applied to a single-layer latticed dome having a span of 300 m and a height of 75 m. However, a systematic study of a 300m single layer lattice dome with various rise-span ratios was not performed. Therefore, it is necessary to study various conditions of this structure because the researchers do not have much research data to apply to actual design. Therefore, the purpose of this study is to verify the buckling characteristics of span 300M single-layer latticed dome with rise-span ratio

In recent years, single layer latticed domes have attracted many designers and researchers's attention all over the world, because single layer latticed domes as space structure are of great advantage in not only mechanical rationality but also function, fabrication, construction and economic aspect. One of the most important factor, in building of single-layer single-layer lattice spherical dome with 300m span, is to ensure the structural safety. Network pattern of single layer latticed domes can be infinitely taken into account. The typical network patterns are triangle, square, hexagon etc. Especially triangular network pattern has mechanically more advantage than the other network patterns because of having not only a large equivalent shearing rigidity but also a large equivalent bending rigidity and axial rigidity. Among the triangular network pattern, that is, 3 way grid pattern, there are many mechanical differences according to the arranging methods of members. In order to ensure the structural stability of single-layer latticed dome with 3 way grid, designers are required to maintain a constant member length and the member angle. In order to achieve this, it is important to search the member array that the standard deviation of the member lengths and angles is the smallest. This paper is to develop the arrangement of member and to verify its validity for single-layer latticed spherical dome with 300m span.

The single layer latticed domes have attracted many designers and researchers's attention all of the world, because these structures as spatial structure are of great advantage in not only mechanical rationality but also function, fabrication, construction and economic aspect. But single layer latticed domes are apt to occur the unstable phenomena that are called "buckling" because of the lack of strength of members, instability of structural shape, etc. In the case of latticed dome, there are several types of buckling mode such as overall buckling, local buckling, and member buckling according to the shape of dome, section type of member, the size of member, junction's condition of member and so on. There are many methods to increase the buckling strength of the single layer latticed dome, that is, with the change of geometrical shape of dome, the reinforcement of buckled member, etc. Therefore, the purpose of this study is to verify the reinforcement effect of buckled member when designers reinforce the buckled member to increase the buckling strength of single layer latticed dome with 3-way grid.

본 논문에서는 대공간구조에 폭넓게 사용되는 단층 래티스돔의 비선형거동에 관한 비교 연구를 수행하였다. 단층 래티스돔은 특성상 두께가 얇은 쉘구조의 거동과 유사하므로 전통적인 쉘좌굴 이론을 적용하여 내력을 산출할 수 있으며 또한 이 결과를 유한요소해석 프로그램을 이용한 수치해석의 결과와 비교, 분석하였다. 쉘좌굴 이론을 이용하여서는 래티스 돔의 전체좌굴하중과 부재좌굴하중을 산정하였으며, 유한요소해석법을 이용하여서는 고유치 해석에 의한 좌굴하중과 기하학적 비선형 해석에 의한 극한하중을 각각 산정하였다. 래티스돔의 절점은 강절점 및 핀절점으로 각각 모델링하였다. 쉘좌굴이론에 의한 좌굴내력은 전체좌굴하중과 부재좌굴하중의 작은 값으로 결정되며 이 값은 유한요소해석을 이용한 고유치 해석보다는 비선형 해석에 의한 극한하중에 보다 근사한 값을 제공하였으며 또한 좌굴하중의 형식을 예측하는데에 유용하게 활용되었다.

The circular hollow section is usually used for member of main frame to carry the external load in single layer lattice dome. But, the H-shaped section may be used for member of main frame since it is convenient for attaching roof panels. Single layer lattice domes have various buckling characteristics, such as the overall buckling, the member buckling, and nodal buckling. The purpose of this study is to compare buckling characteristics of single-layer lattice domes in which the H-shaped steel section as the existing domestically-produced structural steel is used as main frames to those of domes in which a circular hollow section is used as main frames.

The large-space single-layer lattice dome is relatively simpler in terms of the arrangement of the various framework members and of the design of the junction than the multi-layered lattice dome, can reduce the numbers and quantity of the framework members, and has the merit of exposing the beauty of the framework as it stands. The single-layer lattice dome, however, requires a stability investigation of the whole structure itself, along with an analysis of the stress of the framework members, because an unstable phenomenon called "buckling" occurs when its weight reaches critical levels. Many researchers have systematically conducted researches on the stability evaluation of the single-layer lattice dome. No construction case of a single-layer lattice dome with a 300-m-long span, however, has yet been reported anywhere in the world. The large-space dome structure is difficult to erect due to the gigantic span and higher ceiling compared with other common buildings, and its construction cost is generally huge. The method of erecting a structure causes major differences in the construction cost and period. Therefore, many researchers have been conducting various researches on the method of erecting such structure. The step-up method developed by these authors can reduce the construction cost and period to a great extent compared with the other general methods, but the application of this method inevitably requires the development of system supports in the center section as well as pre-existing supports in the boundary sections. In this research, the safety during the construction of a single-layer lattice dome with 300-m-long span using pre-existing materials was examined in the aspect of structural strength, and the basic data required for manufacturing the supports in the application of the step-up method developed by these authors during the erection of the roof structure were obtained.

단층 래티스 돔은 경량이면서도 높은 강성을 가지므로 대공간 구조물로서 유리하며, 이 구조물은 기둥 없이 널은 공간을 확보해야하는 구조적 특성으로 인하여 시공시 불안정 현상이 발생할 수 있다. 현재 국내에서 대공간 지붕구조물의 설치 방법으로 가장 많이 도입되고 있는 Erection공법은 Block공법이며, 이 공법은 지상에서 조립한 대공간 지붕 골조를 크레인 등으로 소정의 위치까지 들어 올려 지붕구조를 완성해 가는 설치 공법이다. Block 공법에 있어서 인양할 포인트를 선정하는 작업은 대단히 중요하다. 즉, 인양 시 골조의 변형과 좌굴 등에 대해서 가장 안전하고 경제적인 절점을 인양 포인트로 선정할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 가장 안전하고 경제적인 Erection을 위한 기초자료를 얻기 위하여 삼각형 네트워크를 갖는 단층 래티스 돔의 Erection 시 인양 포인트에 따른 구조물의 거동 및 좌굴 특성을 연구하는데 그 목적이 있다. 얻어진 결론은 1) 돔의 높이 H가 작을수록 인양위치에 따른 좌굴내력의 영향이 큰 것을 알 수 있었으며, 반대로 돔의 높이 H가 클수록 인양위치에 따른 좌굴내력의 영향은 미미한 것을 알 수 있었다. 2) 인양 위치에 관계없이 인양로프 길이에 따른 좌굴내력의 영향은 크지 않은 것을 알 수 있었다.

대공간 구조형식에는 기존의 기둥-보 구조형식에서 벗어나 쉘구조형식과 같은 형태저항 구조형식이 가장 유효한 구조형식으로 인식되고 있다. 특히 지간 200m~300m 이상의 대공간구주 형식으로는 중량구조인 연속체의 쉘보다는 래티스 돔과 같은 공간 트러스형식 등의 유리하다. 시공, 제작상의 편리성, 구조미 등을 이유로 복층래티스 돔과 더불어 단층의 래티스 돔 형식도 실제 구조물에서 많이 적용되고 있다. 그러나 대공간 단층 래티스 돔의 경우 아직까지 외력의 작용으로 인한 변형과 파괴경로가 명확하게 해명되지 못한 부분이 있다. 본 연구에서는 대공간 구조형식에 적합한 래티스 돔을 대상으로 좌굴의 특성을 규명하여 안정적인 구조 설계의 기초 자료를 제시하기 위하여 실험을 수행하였다. 주된 실험변소는 격자의 간격과 돔의 지붕 강성 유무를 대상을 하였으며, 격자의 간격은 돔을 4분할, 5분할, 6분할, 7분할로 하여 정하였다. 가력은 돔의 전면에 걸쳐 구심의 등분포하중이 작용하도록 하였다.

단층 래티스 돔은 작은 단면의 선 부재 조합으로 전체구조물이 구성되는 특성상 구성부재의 세장비, 부재 반개각 하중조건, 접합부 특성 등에 매우 큰 영향을 받으므로, 비선형 좌굴해석에 의한 좌굴하중을 사용해야 하지만 여러 가지 현실적 제약이나 문제점 등에 의해 이러한 것이 제대로 반영되지 않은 설계가 이루어지고 있다. 이러한 이유로 돔 구조물의 설계 시 부재의 과다 설계, 자유로운 형상 설계의 제약 등의 문제점들이 나타나는 것이 지금의 현실이다. 따라서 이 논문의 목적은 위에서 언급된 문제점을 해결하기 위하여 고유치 해석을 통한 선형 좌굴해석에 기초한 비선형 좌굴하중을 예측하고 이를 이용함으로서 보다 효과적인 설계를 가능케 하는 설계식을 제안하는 데 있다.

본 논문은 조합하중을 받는 공간구조물의 안정경계를 파악하는 것이다. 구조물에 작용하는 독립된 여러 가지 하중벡터는 기본이 되는 하중 모드와 하중매개 변수를 이용하여 나타내고, 독립된 하중 매개변수에는 비례관계를 설정함으로서 하나의 하중변수에 의해 하중을 부여한다. 구조물의 좌굴하중 즉 임계점은 평형조건이 불안정이 되는 극한점과 분기점으로 분류되고, 가장 낮은 하중이 좌굴하중으로 정의된다. 본 논문에서는 기하학적 비선형 문제를 해석하기 위한 수치해석법으로는 호장법과 뉴턴-랩슨법을 이용하였으며, 본 해석을 통하여 안정경계를 파악함은 물론 좌굴모드 및 좌굴하중을 명확히 규명하였다.

In Single-layer latticed domes with rectangular network which is composed of ring of circumferential direction and rafter of longitudinal direction, that is, rib domes, if we use the cross-membered junction's method for the advantage in fabrication and construction, the eccentricity is occurred in the nodal point of crossing members. This paper is aimed at investigating the buckling characteristics for the effect of eccentricity according to rise-span ratios and distance of eccentricity. Analysis method is based on FEM dealing with the geometrically nonlinear deflection problems. The conclusion were given as follows: 1. The maximum decreasing ratio of buckling strength due to the junction's eccentricity is about 60% in models of this paper. 2. In the increasing ratio of buckling strength for rise-span ratio, that of Type 3 models is larger than that of type 2 models. On the other hand, that of Type 2 mode is larger than that of Type 3 for eccentricity-distance. 3. In the viewpoint of the value of buckling strength, that of Type 2 models is larger than that of type 3 models. The effect of the junction's rigidity on buckling strength is not great for overall models. Therefore if we use the cross-membered junction's method for the advantage in fabrication and construction, the method of Type 2 will have the great advantage of that of Type 3.

본 논문의 목적은 단충래티스 돔의 안정해석 기법을 제안하고， 다양한 조건하에서 단충래티스 폼이 갖는 좌 굴특성을규명하는데 있다. 기하학적 비선형 평형경로의 탐색 및 좌굴점 그리고분기경로의 방향퉁올수치적 으로 계산하기 위하여 孤長法(Arc-Length Method) 을 이용하였으며， 부재의 좌굴가능성올 판단하기 위하여 에너지밀도함수를 제안하였다. 강절점을 갖는 구조물의 거동 특성을 규명하기 위하여 3 종류의 비선형 강성 행렬을 유도하여 해석하였으며， semi-rigid 절점올 갖는 구조울올 해석하기 위하여 스프링모델을 제안하고， 부재의 세장비， 반개각(半開角)， 경계조건 및 다양한 하중조건을 파라메터로 하여 좌굴특성올 규명하였다.