비정형 건축(Free-form Architecture)의 핵심은 유려한 곡률을 통해 구현되는 비선형 기하학(Non-linear Geometry)에 있습니다. 그러나 설계 단계의 3차원 NURBS 곡면을 실제 강재 구조물로 치환하는 과정에서는 소재의 물리적 성질과 제작 공정상의 수많은 임계점에 직면하게 됩니다. 오늘은 벤딩의 역학적 한계를 극복하고 대공간 구조의 강성을 확보하는 Twisted Tube(트위스티드 튜브) 시스템의 엔지니어링적 정수를 분석합니다.
1. Challenge: 소성 변형의 한계와 3D 메인 구조체의 기구적 난제
대공간 파사드를 지능적으로 지지하는 메인 구조체(Primary Structure)는 막대한 하중을 견뎌야 하므로 후판(Thick Plate) 사용이 필수적입니다. 하지만 비정형 곡률을 구현하기 위한 기존의 냉간 벤딩(Cold Bending) 공법은 다음과 같은 물리적·역학적 한계에 부딪힙니다.
Engineering Constraints of Bending
- 01. 소성 변형 임계치 초과: 후판의 곡률 반경(Radius) 감소에 따른 항복 강도 초과 응력 집중 및 균열/파손 위험 증대
- 02. 탄성 회복(Spring-back) 제어 난해: 3차원 복합 곡률 부재의 복원 현상 예측 불허로 인한 좌표 정밀도 저하
- 03. 구조적 신뢰성 하락: 강제 굴곡 형성 과정에서 발생하는 내부 잔류 응력(Residual Stress)으로 인한 단면 효율성 저하
2. Solution: 폐쇄형 박스 단면을 통한 비틀림 강성 최적화
위드웍스의 Twisted Tube 시스템은 물리적 벤딩 대신 3D Curve와 곡면의 법선 방향으로 만들어진 뒤틀린 형상의 BOX부재를 각각의 면을 전개하여 재조립하여 만들어지는 Twist 된 형상을 완성함으로써 정밀한 3차원 지오메트리를 완성해 냅니다. 각각의 다른 비정형 곡률의 전개면을 가진 4개의 플레이트를 직각 결합하여 형상을 만드는 원리입니다. 또한 외장공사의 기준이 되는 비정형 곡면위에 있는 점의 법선은 하나 밖에 존재하지 않으며, 트위스트 부재를 제작할때 미리 그 좌표점까지 제작에 반영하기 때문에 현장에 제작설치후 실측과정이 필요없이 외장공사를 진행할 수 있게 됩니다.
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새 동영상 · 2021년 12월 2일, 목요일 🎬
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💡 CNC T-BAR와의 역학적 차별성
기존의 CNC T-BAR가 오픈 섹션(Open Section)으로서 외장 형상 유지(Sub-structure)에 집중했다면, Twisted Tube는 폐쇄형 박스 섹션(Closed Box Section)을 형성합니다. 이는 관성 모멘트(Moment of Inertia)를 극대화하여 비틀림 강성을 비약적으로 높여주며, 따라서 하지재를 넘어 건축물의 메인 구조재(Main Structure) 및 스틸 커튼월 멀리온까지 광범위하게 적용이 가능합니다.
3. DfMA 최적화: 공기 단축 및 제작 정밀도 제어
위드웍스는 DfMA(Design for Manufacturing and Assembly)를 통해 설계와 제작의 간극을 최소화하는 동시공학(Concurrent Engineering)을 실현합니다.
- 플레이트 두께 최적화: 비틀림 좌표의 정밀도와 제작 효율성을 위해 보통 12mm 이하의 플레이트를 적용합니다. 이는 소재의 기구적 저항을 최소화하면서도 구조적 성능을 유지하는 엔지니어링 가이드라인입니다.
- 고정 지점(Fixing Point) 통합 가공: 플레이트 CNC 가공 시 파사드 고정 좌표를 사전에 가공합니다. 이로 인해 구조체와 외장재의 병행 제작(Simultaneous Fabrication)이 가능해지며, 이는 전체 공기(Lead Time)의 획기적인 단축으로 이어집니다.
4. Reliability: 레이저 용접 및 완전용입(CJP) 성능 검증
구조적 안정성의 핵심은 접합부의 일체화에 있으며, 고정밀 레이저 용접(Laser Welding)을 통해 플레이트간의 완전용입(Complete Joint Penetration)을 통해 구조 성능이 확보될 수 있습니다.
DfMA SOLUTIONS | WITHWORKS
CNC T-BAR, TWISTED TUBE, SMART NODE, UHPC FACADE SYSTEM
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5. Result: 글로벌 엔지니어링 표준의 국내화
Twisted Tube 시스템은 북경 올림픽 경기장(Bird's Nest)에서 입증된 바 있으며, 위드웍스는 이를 국내 환경에 맞춰 더욱 고도화했습니다. MBC상암 신사옥, 대구 디아크, 제주 CJ 나인브릿지 파빌리온을 거쳐 현재 부산 오페라하우스에서 구현되는 이 기술은 비정형 건축의 구조적 신뢰도를 상징합니다.
THE ARC
We were called in when the project was 7 months into completion. In order to schedule the construction, the ETFE panel had to be built first, and precise steel construction had to be done. We applied the CNC twisted tube system to construct a preform struc
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"Beyond Structure, Toward Value"
위드웍스의 Twisted Tube 시스템은 단순한 형태의 재현을 넘어, 역학적 한계 극복과 비정형 곡면의 미학을 동시에 실현합니다. 가장 난해한 건축적 기하학을 명쾌한 엔지니어링 솔루션으로 풀어냄으로써 건축의 새로운 가치를 창출합니다.
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