탄소섬유 점착방법을 통한 모아레 파빌리온

성우제

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자료유형: 학술저널

저자정보: 성우제 (충남대학교)

저널정보: 한국공간디자인학회 한국공간디자인학회 논문집 한국공간디자인학회 논문집 제17권 제3호

발행연도: 2022.4

수록면: 125 - 138 (14page)

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(연구배경 및 목적) 구축물은 사용하는 재료와 시공방법에 의해 고유한 시각적인 특성을 가진다. 이러한 시각적인 특징은 시간이 흐름에 따라 재료와 시공방법이 가지는 고유한 특성으로 자리잡는다. 최근 통섭이란 새로운 흐름 아래, 새로운 건축 재료와 시공방법이 도입되어 오고 있다. 그중 탄소섬유는 강한 인장력과 특유의 가벼움으로 인하여 운송기기 뿐 아니라 건축에도 많은 영향을 주고 있다. 이러한 새로운 재료와 시공방법을 도입함에 있어서, 과거와 같이 수동적인 자세로 재료와 시공방법이 만들어내는 시각적 증표를 받아들일 것이 아니라, 그러한 시각적인 현상 이면의 물리적 역학관계를 고찰하고, 이를 디자인적인 요소로 활용할 필요성이 있다고 생각된다. (연구방법) 최근의 유사 사례들을 살펴본바 탄소섬유를 활용하는 구축물의 설계는 공통적으로 크게 네 가지 단계를 거쳐 설계된다. 1) 탄소섬유의 물리적 특성 및 구축 방식에 대한 이해, 2) 컴퓨터를 활용한 형태 생성 및 구조 분석, 3) 탄소섬유의 장점을 극대화 할 수 있는 탄소섬유 배치 패턴의 생성, 4) 탄소섬유 구축 방식의 특성이 드러나는 형태로의 귀결. 이러한 과정을 참고하여 탄소섬유가 가지는 물리적 특성을 파악하고, 이의 장점을 극대화 시키고 단점을 상쇄시킬 수 있는 구축 방식에 대해 탐구한다. 그리고 대상지와 공간구성에 의해 파빌리온의 형태를 제안하고 이의 구조를 분석한다. 공간 구성 및 구조의 분석 결과를 기반으로 탄소섬유를 배치함으로써 탄소섬유를 활용한 파빌리온의 디자인 과정에 대하여 기술하고자 한다. (결과) 상기의 과정을 통하여 제안된 탄소섬유의 배치 패턴들 에서, 구조 분석의 결과에 의한 인장력 흐름을 읽을 수 있으며, 공간 구성에 따른 입면의 불투명도의 변화를 지각할 수 있다. 최종의 탄소섬유 배치 패턴은, 적층의 과정에서 각 레이어들이 만드는 물리적 관계에 따라 모아레 패턴을 형성함을 알 수 있다. (결론) 상기와 같이 본 논문에서는 탄소섬유 및 시공 방식의 물리적 특징을 파악하고 이를 적극적으로 활용하여 파빌리온을 디자인 하는 과정을 기술하였다. 비록 탄소섬유라는 재료는 아직은 건축물의 스케일에 적용되기 이르다고 할 수 있으나, 전통적인 건축 재료에 비해 탄소섬유가 가지는 장점이 분명하기에, 이에 대한 꾸준한 연구와 실험이 필요하다고 할 수 있다.

(Background and Purpose) Built structures have their own visual characteristics based on the structural material and construction methods used. As the structures age, these visual characteristics are recognized by people to represent unique identities based on the material and construction methods. Recently, with the new trend of consilience, many new building materials and construction methods have been invented and influenced the architecture and construction industries. Among them, carbon fiber is worth mentioning due to its active adaptation in transportation, manufacturing, and building industries, thanks to its high structural performance, durability, and lightweight compared to conventional materials. In adopting new materials and construction methods, it is desirable to fully understand the material’s physical characteristics and construction methods and actively engage them in the design process, rather than passively taking them for granted. (Method) Preceding studies of carbon fiber-driven built structures/environments have shown that the design process of this type of structure can be broken down into four major typical steps: 1) an understanding of the physical characteristics of carbon fiber, fabrication processes, and techniques; 2) structural analysis using computing tools, such as the finite element method (FEM); 3) generation of carbon fiber placement patterns that maximize the performance benefits of the material; and 4) resulting forms that reveal the carbon fiber’s characteristics. With this process in mind, the physical properties of carbon fibers are thoroughly studied and identified in this paper. In addition, a construction method (carbon fiber placement technology) that can maximize the advantages and offset the disadvantages is explored. A pavilion shape is then proposed for a given site, based on its spatial composition, and its structure is analyzed using computational FEM. Based on the analysis results, a carbon fiber pattern reflecting both the spatial layout and structural behavior is recommended. (Results) From the carbon fiber taping pattern presented through the above process, the tensile force flow on the structure’s surface can be easily read, and the subtle changes in the opacity of the structure reflecting the spatial configuration within can be discerned. The final carbon fiber arrangement produced Moire patterns on the surface caused by the physical relationship of the fibers in each layer during the lamination process. (Conclusions) This paper describes the entire process of designing a carbon fiber-based pavilion according to a thorough understanding of the physical characteristics of the carbon fiber material and construction method (carbon fiber placement technology) to produce a structure with unique visual characteristics. Although it is too early to fully utilize carbon fiber as a primary building material at the building scale, carbon fiber clearly has significant advantages compared with traditional building materials; therefore, continuous research and experimentation are needed.

#탄소섬유 #복합물질 #탄소섬유 점착방식 #파빌리온 #모아레 #Carbon Fiber #Composite Material #Carbon Fiber Placement Technique #Pavilion #Moire

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