개요

영국 싱글턴에 위치한 다운랜드 그리드셸과 구조적 형태가 유사하지만, 규모는 훨씬 작은 헬싱키 대학교 타워는 높이 10m의 두 층으로 이루어진 불규칙한 형태의 목조 격자 구조로, 72개의 12m 길이의 접착제로 접합한 접합목으로 제작되었습니다. 이 부재들은 시공 준비를 위해 7개의 다양한 형태로 공장에서 미리 구부러졌지만, 최종 형태를 얻기 위해서는 시공 과정에서 추가로 구부러지고 비틀어져야 했습니다. 목재 부재는 양면 못 판과 10mm 통과 볼트를 사용하여 공간 트러스를 구성하며, 타워에는 총 600개 이상의 연결부가 있습니다. 두 개의 바닥 수준은 외곽의 변형 보에 의해 지지되며, 격자 부재에 대한 수평 강성을 부여하기 위하여 데크 볼트로 연결되었습니다. 구조물 전체는 특수 설계된 스틸 조인트를 통해 숨겨진 철근 콘크리트 기초 위에 놓입니다.

건축가의 복잡한 비정형 기하학적 형태의 3D CAD 모델은 DXF 인터페이스를 사용하여 LUSAS에 가져왔습니다. 구조 해석을 위해 지지부, 하중 및 단면 속성이 정의되어 3D 부재 요소를 사용한 전체 구조 해석이 수행되었습니다. 헬싱키 대학교의 Lauri Salokangas는 다음과 같이 말했습니다: “우리는 CAD 파일을 가져오는 LUSAS의 기능이 매우 유용하다는 것을 알았습니다. 이는 모델을 LUSAS에서 재작성하는 데 많은 시간을 절약할 수 있게 해주었습니다.”

극한 한계 상태에서 자기 중량, 사용 하중 및 풍 하중의 가장 불리한 하중 조합으로 인해 얻어진 최대 압축 정상 하중은 17.8kN이었습니다. 가장 응력이 집중된 부재의 응력은 약 5 N/mm²로, 목재 적층의 압축 강도 이하였습니다. 가장 응력이 집중된 하부 부재의 옆으로 퍼지는 좌굴에는 문제의 소지가 없었습니다.

서비스성 해석에서 LUSAS는 구조의 강도 및 주파수를 측정하는 데 사용되었습니다. 비록 개별적으로 가느다란 부재들이 있더라도, 구조는 수직 방향에서 매우 강성이 있는 것으로 나타났습니다. 서비스성 한계 상태 하중으로 인해 바닥 수준에서 몇 밀리미터의 변위만 발생했습니다. 이는 시공이 완료된 타워에서 21kN의 하중이 첫 번째 바닥에 가해졌을 때 5mm의 변위만 유발되었음을 실험적으로 확인하였습니다.

고유값 해석 결과, 약한 수평 방향의 기본 주파수는 약 5Hz로 측정되었습니다. 이는 현장에서 측정된 4.5Hz와 비교적 잘 일치하였습니다.