이 논문은 지오데식 돔 구조물의 구조최적화에 대한 연구내용과 관련이론 그리고 수치해석결과를 기술하고 있다. 지오데식 돔의 공간 효율성을 알아보기 위해 돔의 기저인 정이십면체의 외피면적과 내부공간의 비율을 계산하고 건축구조물에서 나타나는 다른 입방체의 값과 정량적으로 비교하였다. 지오데식 돔을 형성하기 위한 절차를 세부적으로 정리하고 이를 프로그래밍하여 설계최적화프로그램 ISADO-OPT에 연동하였다. 본 연구에서는 반구 형태의 지오데식 돔이 집중하중에 효율적으로 저항할 수 있는 최적의 부재크기 패턴을 조사하기 위하여 수학적 프로그래밍 기법을 도입하였다. 이때 최소화해야하는 돔 전체 부재의 중량을 목적함수로 이용하고 하중이 가해지는 절점에서 발생하는 변위 값과 각 부재에서 발생하는 응력 값을 허용치 이하로 제한하는 제약조건으로 사용하였다. 목적함수와 주어진 제약조건을 만족하는 최적 설계변수값을 검색하기 위해 설계변수에 대한 목적함수의 민감도 값을 유한차분법을 이용하여 계산하였다. 본 연구에서 기술한 지오데식돔을 위한 설계최적화 기본이론을 바탕으로 도출한 최적 부재패턴은 향후 돔의 최적설계에 기본 벤치마크테스트결과로 유용하게 사용될 것으로 판단된다.

This paper deals with basic theories and some numerical results on structural optimization for geodesic dome. First of all, the space efficiency of geodesic dome is investigated by using the ratio of icosahedron's surface area to the internal volume enclosed by it. The procedure how to create the geodesic dome is also provided in systematic way and implemented and utilized into the design optimization code ISADO-OPT. The mathematical programming technique is introduced to find out the optimum pattern of member size of geodesic dome against a point load. In this study, total weight of structure is considered as the objective function to be minimized and the displacement occurred at loading point and member stresses of geodesic dome are used as the constraint functions. The finite difference method is used to calculate the design sensitivity of objective function with respect to design variables. The SLP, SQP and MFDM available in the optimizer DoT is used to search optimum member size patterns of geodesic dome. It is found to be that the optimum member size pattern can be efficiently obtained by using the proposed design optimization technique and numerical results can be used as benchmark test as a basic reference solution for design optimization of dome structures.

• 이상진(경상대학교 건축공학과 부교수) | Lee, Sang-Jin
• 배정은( 경상대학교 건축공학과 계산역학연구실, 초빙연구원) | 배정은