Innovative systems of corrugated shells rationalizing the design and erection processes for free building forms

• Autorzy: Prokopska A. , Abramczyk J.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An innovative method of shaping free architectural forms of buildings and their morphological systems roofed with complex shells made up of folded steel sheets transformed from plane into shell shapes is presented. An interdisciplinary character of the paper results from the diversity and complexity of the considered issues. Complex morphological systems of the buildings formed of integrated multi-segment shell roofs and plane-walled elevations are achieved with the help of the geometrical method. The method demands to create a spatial parametric network composed of many complete tetrahedral compositions so that an architectural form could be consistent, attractive and easily adapted to various boundary conditions including environmental conditions. The net and the algorithm of the method enable rationalizing the design and erection processes. The systems proposed may provide the aesthetic and comfort of the developed built environment. The complexity of the geometrical forms of the buildings and the shape changes of the roof sheets transformed into shell shapes require elaborating complex mathematic formulae and innovative computer programs aiding the process of shaping the free forms.

PL

Artykuł prezentuje innowacyjną metodę kształtowania swobodnych form architektonicznych budynków i ich systemów morfologicznych zadaszonych złożonymi powłokami wykonanymi ze stalowych arkuszy fałdowych przekształconych z postaci płaskiej do postaci powłokowej. Interdyscyplinarny charakter pracy wynika z różnorodności i złożoności rozpatrywanych zagadnień. Za pomocą metody tworzone są złożone systemy morfologiczne budynków ze zintegrowanych postaciowo wielosegmentowych dachów powłokowych i płaskościennych elewacji. Metoda nakazuje utworzenie przestrzennej, parametrycznej sieci złożonej z wielu pojedynczych czworościennych geometrycznych utworów pozwalających zbudować spójne i atrakcyjne formy architektoniczne łatwo adoptowalne do zróżnicowanych warunków brzegowych w tym do istniejących warunków otoczenia. Powyższa sieć oraz algorytm metody umożliwiają racjonalizację procesów projektowania i wznoszenia swobodnych form budowlanych. Złożoność form geometrycznych budynków oraz zmian postaciowych arkuszy fałdowych przekształcanych do postaci powłokowej wymaga opracowania złożonych formuł matematycznych oraz innowacyjnych programów komputerowych wspomagających proces kształtowania swobodnych form.

Słowa kluczowe

EN

building; corrugated roof shell; effective transformations; free form; morphological system

PL

budynek; fałdowana powłoka dachowa; skuteczne przekształcenia; forma swobodna; system morfologiczny

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 10, no. 1
• Strony: 29--40
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz.

Twórcy

autor

Prokopska A.

• Faculty of Civil Engineering Environment and Architecture, Rzeszow University of Technology, Powstancow Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

autor

Abramczyk J.

• Faculty of Civil Engineering Environment and Architecture, Rzeszow University of Technology, Powstancow Warszawy 12, 35-959 Rzeszow, Poland

Bibliografia

• [1] Polanski S.; Geometria powłok budowlanych (Building shell geometry). PWN, Warszawa 1986 (In Polish)
• [2] Davis, J. M., Bryan, E. R.; Manual of stressed skin diaphragm design. London; Granada, 1982
• [3] Gergely P., Banavalkar, P. V., Parker, J. E.; The analysis and behavior of thin-steel hyperbolic paraboloid shells, A Research Project Sponsored by the America Iron and Steel Institute, Report No.338, September 1971. New York; Ithaca, 1971
• [4] Abramczyk J.; Multi-segment shell structures. Lightweight Structures in Civil Engineering, Proc. XVIII Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, MICROPUBLISHER- C-P Jan B. Obrebski, Warszawa, 2012; p.38-47
• [5] Reichhart A.; Ksztaltowanie geometryczne i konstrukcyjne powlok z blach faldowych (Geometrical and structural shaping building shells made up of folded sheets). Rzeszow: Publishing House of Rzeszow University of Technology, 2002 (In Polish)
• [6] Prokopska A.; Application of Morphological Analysis Methodology in Architectural Design, Journal of Advanced Engineering, Vol.41, No.1, Czech Technical University In Prague, Acta Polytechnica, 2001; p.46-54
• [7] Prokopska A., Abramczyk J., Gotkowska E.; Architectural systems of buildings defined morphologically by their shell roof forms, Lightweight Structures in Civil Engineering; Proc. XXI Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, Z. Bieniek & R. Tarczewski, Rzeszow 2015: p.15-21
• [8] Blaszczynski T.; Dachy. Podstawy projektowania i wy - ko nawstwa (Roofs. Basic principles of designing and erecting). Dolnoslaskie Wydawnictwo Edukacyjne, 2014 (in Polish)
• [9] Abramczyk J.; Specificity of shaping light gauge steel shells, Proc. II Intern. Conf. Structures and Architecture, New concepts, applications and challenges, Guimaraes, Portugal, 2013; pp.1443–1450. DOI: 10.1201/b15267-201
• [10] Abramczyk J.; Folded sheet deformations – possibility and restrictions in shell shaping; Journal for presentation of interdisciplinary approaches in various fields, ITPB, Interdisciplinary in theory and practice, No 7, 2015; p.85-90
• [11] Abramczyk J.; Free forms of light gauge steel shell structures. Lightweight Structures in Civil Engineering; Proc. XVIII Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, MICRO-PUBLISHER-C-P Jan B. Obrebski Warszawa 2012; p.48-53
• [12] Abramczyk J.; An influence of shapes of folded sheets and their directrices on the forms of the building covers made up of these sheets. Rzeszow, Doctoral thesis, 2011
• [13] Abramczyk J.; Principles of geometrical shaping effective shell structures forms, JCEEA t. XXXI, z. 61, nr 1/2014, Rzeszow 2014; p.5-21. DOI:10.7862/rb.2014.1
• [14] Reichhart A.; Principles of designing shells of profiled steel sheets, Local Seminar of IASS Polish Chapter, Warsaw - Czestochowa, 2004; p.200-205
• [15] Brodka J., Garncarek R., Milaczewski K.; Blachy faldowe w budownictwie stalowym (Folded sheets in steel construction). Arkady, 1999 (In Polish)
• [16] Maguncki K., Ostwald, M.; Optimal design of selected open cross sections of cold-formed thin-walled beams. Poznan; Publishing House of Poznan University of Technology, 2005
• [17] Reichhart A.; Specificity of shells made of elastic deformed profiled metal sheets, Proc. of the 4th Int. Colloq. on Structural Morphology, Delft, 2000; p.38-145
• [18] Parker J. E.; Behavior of light gage steel hyperbolic paraboloid shells, Ph. D Dissertation, Cornell University, New York; Ithaca, 1968
• [19] Walentynski R., Cybulski, R.; Stability analyses and experimental investigation of doubly corrugated steel arch panels. Architecture Civil Engineering Environment ACEE, Vol.5, No.4, 2012, p.79-82
• [20] Wei-Wen Yu P.E.; Cold formed steel design, New York: Publishing John Wiley & Sons Inc, 2000
• [21] Egger H., Fischer M., Resinger F.; Hyperschale aus Profilblechen, Der Stahlbau, H. 12, 1971
• [22] Gioncu V., Petcu D.; Corrugated hypar structures. Proc. Intern. Conf. IASS / LSCE, Warsaw: MICROPUBLISHER- C-P Jan B. Obrebski, 1995; p.637-644
• [23] Prokopska A.; Morphology of the Architectural Achievement. A Methodological Analysis of Selected Morphological Systems of the Natural and Architectural Environments Vol.7, No.1-2, Journal of Transdisciplinary Systems Science, Affiliation of the International Federation of Systems Research, Official Journal of Polish Systems Society, Editorial Office: Publishing House of Wroclaw University of Technology, Copyright by Polish Systems Society, 2002, p.3-113
• [24] Prokopska A.; Metodologia projektowania architektonicznego: fazy wstępne procesu architektonicznego (Methodology of the Architectural Design. Preliminary phases of the Architectural Process), Monograph published by Publishing House of Rzeszow University of Technology, Rzeszow, 2015 (In Polish)
• [25] Mathcad; Users Guide, MathSoft, Inc., Cambridge USA 1995
• [26] Timoshenko S.P., Gere J.M.; Theory of elastic stability, New York: Publishing McGraw-Hill, 1961
• [27] Yang H.; A finite element formulation for stability analysis of doubly curved thin shell structures, Ph.D Dissertation, Cornell University, 1968

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).