바르셀로나의 지붕

바르셀로나 슈퍼블록 교차로 가변형 차양 계획

period	2024.09–2024.12
location	스페인 바르셀로나 슈퍼블록의 한 교차로
type	ETSAM Taller de Arquitectura Textil · 3인 팀
status	미시공 계획안
role	구조 개념 제안 · Grasshopper 정의 · Kangaroo2 폼 파인딩 · MPanel 패터닝

두 개의 막, 하나의 마스트

이 프로젝트는 바르셀로나 슈퍼블록의 교차로에 반복 적용할 수 있는 가변형 차양을 제안한 구조 중심의 워크숍 계획안이다. 바르셀로나의 슈퍼블록 계획은 차량 중심 도로를 보행자 우선 공간과 교차로 광장으로 전환해 왔다. 이 변화에 맞춰 반복되는 교차로 중 한 곳을 대상지로 삼았다.

상·하부에 서로 뒤집힌 안티클라스틱(anticlastic) 인장막을 배치하고, 하나의 중앙 마스트에서 두 구조의 반력을 맞물렸다. 상부 막은 긴장된 상태를 유지한 채 회전하며, 두 겹의 오픈 메시가 겹치고 벌어지면서 광장의 차양 면적을 바꾼다.

위는 누르고, 아래는 당기고

상부 막은 중앙 마스트가 정점을 밀어 올리고 외곽 링의 하중이 경계를 아래로 당기면서 긴장된다. 반대로 하부 막은 마스트가 중심을 아래로 누르고, 네 방향의 지지 구조에 연결된 케이블이 하부 링을 위로 당겨 안티클라스틱 곡면을 만든다.

서로 반대 방향으로 작용하는 상·하부의 반력은 하나의 압축 마스트에서 맞물려 전달된다. 하부 링을 지지하는 네 방향의 구조는 마스트의 횡방향 이동과 뒤틀림도 함께 구속한다. 상부 링의 하중은 상부 막의 장력을 조정하는 설계 변수로 두었다.

상부 링에는 구조 케이블과 분리된 양방향 조작 케이블을 연결했다. 한쪽 케이블을 당기면 상부 막 전체가 회전하고, 두 직물 패턴의 겹침이 달라지면서 차양 면적이 변한다.

잡아 두되, 돌아가게

하부 링은 네 방향의 지지 구조에 고정하고, 상부 링은 하부 링의 가이드 안에서 회전하도록 구성했다. 두 링 사이에 배치한 롤러는 상부 링의 횡방향 이탈과 뒤틀림을 구속하면서 회전 마찰을 줄인다.

케이블 끝에는 턴버클(turnbuckle)을 배치하여 막과 케이블의 프리텐션을 관리할 수 있도록 했다.

손으로 당겨 본 구조

물리 모델은 막, 케이블, 마스트와 링의 상대적인 거동을 재현할 수 있도록 신축성 있는 직물과 실, 나무 막대와 금속 연결부로 제작했다. 실제 접합 순서를 따라 막을 링에 연결하고 케이블에 장력을 가해 상·하부 구조가 하나의 마스트를 사이에 두고 평형을 유지하는지 확인했다.

모델에서는 상·하부 구조의 평형 유지, 상부 링의 회전, 횡방향 안정이 모두 작동했다. 구조의 안전성을 계산한 실험은 아니지만, 디지털 모델에서 설정한 힘의 흐름과 회전 접합부가 물리적으로 구성될 수 있음을 확인했다.

형태를 찾는 물리

각 유닛과 전체 막이 안티클라스틱 곡면을 유지할 것, 패널의 크기가 제작 가능한 범위에 있을 것, 상부 막의 회전으로 광장의 차양 면적을 조절할 수 있을 것을 주요 조건으로 정했다.

Grasshopper에서 유닛 수와 크기, 케이블 장력을 매개변수로 구성하고 Kangaroo2로 메시를 이완해 형태를 반복 탐색했다. 단계별 계산은 Stream Gate로 분리해 앞 단계가 바뀌지 않았을 때 불필요한 재연산이 발생하지 않도록 했다.

바르셀로나 위도에서 태양이 남중한 대표 조건을 적용하고, 상부 막의 회전 단계에 따른 음영을 비교했다. 광장 면적의 약 30–70%를 그늘로 조절할 수 있는 대안을 가용한 형태로 판단했다. 워크숍의 중심이 구조에 있었기 때문에 계절별 일사량이나 열환경까지 계산하지 않고 기하학적 음영 검토로 범위를 한정했다.

변위가 한곳에 모이지 않도록

첫 모델은 각 직물 유닛의 꼭짓점에 동일한 장력을 적용했다. 계산은 단순했지만 Kangaroo2의 변위 히트맵에서 특정 꼭짓점과 좁은 구간에 변위가 집중됐다. 히트맵은 응력의 절대값이 아니라 장력 조건에 따른 상대 변위를 나타낸다.

꼭짓점에 힘을 직접 모으는 대신 막재의 둘레를 따라 카테너리 에지 케이블(catenary edge cable)을 배치했다. 막재 가장자리와 에지 케이블은 레이싱 코드(lacing cord)로 반복 연결해 장력이 둘레를 따라 전달되도록 했다. 이 경계 조건을 기준으로 형태를 다시 탐색하고 변위 분포를 비교했다.

곡면을 재단선으로

Kangaroo2에서 구조의 기본 형상을 정한 뒤 MPanel에 재료 물성을 입력해 최종 곡면을 조정했다. 이어 3차원 곡면을 2차원 재단 패턴으로 전개하고, 인장 후 목표 형상에 도달하도록 패널 보정(compensation)과 접합 여유를 적용했다.

계획안은 아래 사양의 PTFE 코팅 유리섬유 오픈 메시를 기준 재료로 검토했다.

항목	설계 기준 사양
material	PTFE 코팅 직조 유리섬유 오픈 메시
reference grade	FIBERFLOW 30 (04646)급
standard usable width	3,810 mm
weight	700 g/m²
tensile strength, warp × weft	5,000 × 4,500 N/5 cm
tear strength, warp × weft	600 × 600 N
light transmission	34% at 550 nm
fire classification	A2-s1,d0 · EN 13501-1

마름모에 가까운 사각 패널은 중심에서 외곽 링으로 이어지는 방사형 열을 따라 접합했다. 한 열에서는 대각 시임의 방향을 유지하고, 인접한 열에서는 패널을 거울대칭으로 배치해 시임의 방향을 반전했다. 교대 대각 시임 배치(alternating diagonal seam layout)는 접합부와 경·위사의 이방성에서 생기는 방향성 편차를 인접 열에서 반대로 받아 구조 전체에 대칭적으로 분산하도록 의도한 것이다.

레이싱 간격과 에지 케이블의 연결 형상은 매개변수로 관리했다. 중심 마스트와 외곽 링, 케이블 사이의 금속 접합부는 알고리즘 밖에서 별도로 설계해 계산이 다루는 범위와 직접 해결해야 할 상세를 구분했다.

계산으로 형태를 상상하는 일

나는 교량 디자인을 좋아한다. 힘의 흐름이 곧 형태로 드러나기 때문이다. 이 지붕 역시 정해진 모양보다 힘에서 시작했다. 서로 반대 방향으로 작용하는 두 인장막의 반력을 하나의 마스트에서 맞물리고, 구조에 남겨 둔 회전 자유도를 광장의 가변적인 그림자로 전환했다.

물리 모델은 상·하부 구조의 평형과 회전 접합부, 횡방향 안정의 개념적 작동을 확인했다. 디지털 모델은 막의 형태와 상대 변위, 대표 남중 조건에서의 차양 범위를 비교했다. 실제 규모의 풍하중과 구조 안전성, 접합부의 피로와 내구성은 후속 검토가 필요하다.