우산 구조

[바니디자인]

우산 구조

 

우산은 가변형의 가장 오래된 형태이고 작은 span을 덮는 유용한 구조라고 할 수 있다. 우산은 yurt, tepee의 형태, 구조와 연관된 원형이다. 우산은 모든 문화에 걸쳐 권세의 표징이며 영적, 세속적 권력의 상징으로 알려져 있다. 우산은 움직이는 제단 가까이 있어 우산 안에 보호되는 사람의 중요성과 신분을 상징한다. 중국황제와 이집트 파라오에게 있어 그것은 항상 특별한 임재의 표시였다. 전통적인 우산은 재료, 모양, 상징내용에 따라 여러 가지 형태로 나타났다. 가장 간단한 형태는 가운데 기둥과 움직이는 살이 붙어있는 것으로 구성된 것이다. 이 우산은 천, 나뭇잎, 가죽, 종이, 깃털 등으로 씌워졌다. 인장막, 지붕살, 살, 가운데 기둥살은 구조적 단위를 만든다. Otto는 그의 50대에 최소 면적법에 기초한 새로운 우산형태를 개발했다. 깔대기 모양 우산의 인장력을 받는 막은 압축재 살 밑에서 당겨진다. 이런 구조형태는 넓고 변형될 수 있는 우산을 기술적으로, 구조적으로 가능하게 한다. 이런 종류의 첫 번째 우산구조가 1955년 Kassel의 Federal Garden전시회에서 Otto에 의해 설치되었는데, 1971년에는 Cologne Federal Garden 전시회에서 대규모 가변형 우산을 처음 만들었다.(직경 19m, project 감독 Bode Rasch) 이 우산에서 흥미로운 것은 우산살의 모양이다. 우산살의 길이가 접혔을 때는 줄어든다. 그리고 살의 움직임은 우산들이 겹쳐 있을 때에도 바라는 순서대로 개별적으로 조정될 수 있게 curved track에 의해 조종된다. Cologue 우산의 막은 PVC가 입혀진 polyester천으로 만들었다. 이 우산은 오늘날에도 여전히 사용하고 있으나 아주 드물게 펴고 접는다. 펴거나 접는데는 약 2.5분 정도가 걸린다. 1978년 Otto는 영국 pop그룹인 Pink Floyd의 미국 순회를 위해 직경 4.5m가 되는 10개의 가변 우산군을 만들었다. 이 우산들은 필요할 때 무대 밑으로부터 올라와서 펴질 수 있다. 이 간단하게 구성된 우산구조의 아름다움은 Bodo와 그의 팀이 Saudi Arabia the great Mosque에 설치하기 위해 디자인한 우산을 비롯해 연이은 많은 project에 영감을 불어넣어 주었다. 가변형 차양은 Makkah의 great mosque를 위해 개발되었다. 이 구조물은 건물구조에 큰 하중을 주지 않도록 매우 가벼워야했다. 태양 에너지로 움직이는 사각형 우산을 제안했다. 이 우산들은 특별한 목적으로 개발되었고 240㎏으로 상대적으로 가벼웠다. 막의 한쪽 면은 건물의 모듈에 따라 5m로 정했다. 양쪽으로 휘어진 막의 깔때기 모양은 비누필름 연구로부터 나온 것이다. 이 우산은 풍속을 측정하는 장치에 의해 초속 12m의 바람에 접힐 수 있도록 되었다. 빠른 풍속에 노출되지 않도록 하여 더 적은 힘에 맞게 설계되어 매우 가볍다. 광전지 태양에너지 발전으로 이 우산들은 자체적으로 펴지고 접혀지고 할 수 있다. 6개월만의 짧은 개발 후 12개 우산의 2개조가 아라비아 해안의 혹독한 기후조건 하에서 시험되었다. Madinah '선지자의 거룩한 Mosque'의 넓은 외주변부를 덮기 위해 한 변이 10m인 가변 지붕이 개발되었다. 우산살은 닫혀지는 동안 접히고 닫혔을 때 최대 9m를 넘지 않는 우산은 최대 12m를 덮도록 디자인되었다. 이 우산의 또 다른 특징은 forked arms인데, 막의 인장점을 두 배로 증가시켜준다. 이런 방식으로 단지 6개의 살만 기둥주변에 붙는다. 기본형이 만들어지고 시험되었다. 우산 frame과 기둥은 용접 철골 구조이고 새롭게 개발된 테플론 천이 처음 막재료로 쓰였다. 이 기술적 지식을 배경으로 Bodo Rasch는 1992년 또 다른 우산 project를 실현시킬 수 있었다. Madinah '선지자의 거룩한 Mosque'의 커다란 중정 두 군데에 가변지붕으로서 12개의 대규모 우산이 만들어졌다. 면적 17m×18m, 펴진 처마높이 14m의 치수는 이 중정의 비례를 따라 결정되었다. 깔대기 모양의 막을 가진 중정 당 6개의 우산은 중정을 감싸는 아케이드와 기둥들 사이에 펼쳐진 빛을 투과시키는 볼트를 구성하고 이것과 더불어 중정은 넓고 환한 공간을 만든다. 외부에 불규칙하게 배열된 Cologne 우산과는 달리 중정 우산은 까다로운 건축규범을 따랐다. 무용작법과 더불어 기술과 기하학을 요하는 우산이 펴지는 2분간의 매우 극적인 과정을 통해 이 열린 중정이 닫힌 hall로 변화될 수 있어야 한다는 점에 특별한 주의를 기울였다. 외기의 변화에 적응하는 이 가변지붕의 일관되고 합리적인 사용은 기본적으로 건물의 에너지 균형에 영향을 주고 에너지 균형을 증진시켜준다. 우산의 골격, 기둥, 살, 지지들은 close-grained steel에 용접된다. 각각의 지지부재 모양은 힘들이 작용하는 특정한 기울기에 따라 결정되었다. 우산살이 위아래로 움직일 때 힘이 우산골격에 전달되도록 하는 식으로 우산을 펴고 접는다. 실린더를 움직이는데 필요한 압력을 제공하는 유압 유니트와 우산의 모든 운동을 체크하고 조절하고 동기를 맞추는 전자조절장치는 건물 지하에 위치해 있다. 초속 12m이상의 풍속에 노출되지 않도록 하는 풍속감지장치는 전자장치와 연결되어 있다. 폭이 24m나 되는 대단히 커다란 이 우산을 디자인하면서 접힐 때 그리고 막을 접을 때의 우산 모양에 대해 세심한 주의를 했다. 움직이는 경량탄소섬유 날개(flap)는 대각선의 살을 따라 고정되고 명확한 lever 메카니즘에 의해 우산 골격에 연결된다. 그래서 그 움직임에 같이 연동된다. 우산이 접혀질 때 날개는 천의 접힘을 도와준다. 접을 때 윗살 부분에 있는 고정된 sheet-metal cladding(금속판덥개)가 막천을 덮는 단단한 덮개를 만드는데 이 방법은 이 우산에 처음으로 적용되었다. 접힐 때 아주 새로운 성질을 갖는 PTFE(테플론)섬유로 특별하게 개발된 막은 이 구조물에서 처음으로 진정한 섬유의 자연성을 드러냈다. 이 섬유는 UV차단, 내화학성, 내연성을 갖추고 있고 잘 구겨지지 않아 가변구조의 막재료로서 아주 이상적이다.

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