Principles of geometrical shaping effective shell structures forms

• Autorzy: Abramczyk J.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2014.1

Warianty tytułu

PL

Podstawy geometrycznego kształtowania efektywnych form struktur powłokowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper concerns geometrical shaping of shell structures composed of individual shells arranged effectively in space that is in a way similar to properties of a regular, geometrical surface with taking into account straight lines and planes normal to the base surface. The individual segments are made up of unidirectional folded flat sheets transformed into shell shapes. A freedom of transversal width increments of these sheets is assured while transforming, which ensures their possible small effort – such a deformation of a material intended for transferring functional loads but which makes restrictions concerning the shell sheets shapes. These shape restrictions are provoked by the strictly determined stiffness characteristics of the shell sheets and cause of the edge or discontinuous areas between adjacent shells - segments in the shell structure. The method of delimiting great diversity of effective, compound shell forms whose general shapes are close to regular, geometrical surfaces characterized by any sign of the Gaussian curvature is presented. Innovation of the way also consists in integration of the form of a whole building object (walls and shell roof). It is achieved by division of the elevation walls into flat areas contained in planes close to planes normal to the base surface as accurate as possible. The segment’s directrices are also contained in these planes. The presented issues are the ground for elaborating a method of shaping of the light gauge steel shell structures and their further integration with whole building objects.

PL

Praca dotyczy geometrycznego kształtowania struktur powłokowych złożonych z pojedynczych powłok rozłożonych w efektywny sposób w przestrzeni, to jest w sposób zgodny z właściwościami regularnej powierzchni geometrycznej i z wykorzystaniem prostych i płaszczyzn normalnych do tej powierzchni. Pojedyncze segmenty są wykonane z przekształcanych do postaci powłokowej płaskich arkuszy jednokierunkowo pofałdowanej blachy fałdowej. Podczas przekształcania arkusze posiadają swobodę odkształceń poprzecznych, co zapewnia ich możliwie małe wytężenie – efektywną deformację materiału przeznaczonego do przenoszenia obciążeń użytkowych, ale co jednocześnie powoduje ograniczenia dotyczące ich powłokowej postaci. Ograniczenia te polegają na tym, że postać pojedynczego segmentu jest zbliżona do powierzchni prostokreślnej o niedodatniej krzywiźnie Gaussa, a postać fałdy do wycinka środkowego paraboloidy prostoliniowej prostej. Te ograniczenia zmian postaciowych fałd segmentów wywołane ich ściśle określonymi charakterystykami sztywnościowymi skutkują pojawieniem się krawędzi lub nieciągłości pomiędzy sąsiednimi segmentami w strukturze, które z jednej strony powodują konieczność projektowania dość specyficznych układów konstrukcyjnych podpierających, z drugiej zaś strony zwiększają możliwą rozpiętość w dwóch ortogonalnych kierunkach oraz atrakcyjność wizualną struktury w wyniku pojawienia się na jej powierzchni regularnych wzorów. W pracy zaprezentowano sposób uzyskiwania dużej różnorodności, efektywnych, złożonych form powłokowych o ogólnej postaci zbliżonych do powierzchni geometrycznej o dowolnym znaku krzywizny Gaussa. Innowacyjność sposobu polega na zintegrowaniu formy całego obiektu budowlanego (ścian oraz dachu powłokowego), które osiąga się przez podział ścian elewacyjnych na płaskie obszary zawarte w płaszczyznach zbliżonych do płaszczyzn normalnych do zakładanej na wstępie powierzchni bazowej. Opisane zagadnienia stanowią podstawę do opracowania metody kształtowania rozpatrywanych, efektywnych cienkościennych struktur powłokowych oraz dalszej wzajemnej integracji elementów obiektu budowlanego.

Słowa kluczowe

EN

shell structure; light shell; steel shell; folded sheet; free deformation

PL

struktura powłokowa; powłoka lekka; powłoka stalowa; blacha fałdowa; deformacja wstępna

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2014
• Tom: z. 61, nr 1
• Strony: 5--21
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Abramczyk J.

• Rzeszow University of Technology

Bibliografia

• [1] Abramczyk J.: Specificity of shaping light gauge steel shells. Proc. of II Intern. Conf. „Structures and Architecture”, Guimaraes, Portugal 2013, CD .
• [2] Abramczyk J.: Nowe moŜliwości kształtowania formy przekrycia powłokowego wykonanego z blach trapezowych. Mat. 58. Konferencji Naukowej Komitetu Inżynierii Lądowej Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Rzeszów–Krynica 2012.
• [3] Abramczyk J.: Multi-segment shell structures. Lightweight Structures in Civil Engineering. Proc. of XVIII Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, MICROPUBLISHER-C-P, Jan B. Obrębski (ed.), Warszawa 2012, pp. 38-47.
• [4] Abramczyk J.: Powłokowe formy architektoniczne z blach fałdowych. Mat. symp. z cyklu „Nowe osiągnięcia nauki i techniki w budownictwie: Projektowanie koncepcyjne – kształtowanie konstrukcji, konstrukcje z blach fałdowych, konstrukcje cięgnowe”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000, s. 65-72.
• [5] Abramczyk J.: Free forms of light gauge steel shell structures. Lightweight Structures in Civil Engineering. Proc. of XVIII Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, MICRO-PUBLISHER-C-P, Jan B. Obrębski (ed.), Warszawa 2012, pp. 48-53.
• [6] Reichhart A.: Geometrical and structural shaping of shells made of profiled metal sheets (monograph in polish). Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2002.
• [7] Abramczyk J.: Peculiar properties of ruled surfaces useful in shaping light gauge steel shells. Beyond the Limits of Man. Proc. of IASS 2013 Symposium, Wrocław, Poland 2013, pp. 1424-1432.
• [8] Abramczyk J.: Wpływ kształtu płaskich arkuszy i konstrukcji podpierających zakrzywione przekrycia z blach fałdowych na ich postać geometryczną, doctoral thesis. Rzeszów 2011.
• [9] Reichhart A.: Powłokowe formy architektoniczne z blach fałdowych. Mat. Symp. z cyklu „Nowe osiągnięcia nauki i techniki w budownictwie: Projektowanie koncepcyjne – kształtowanie konstrukcji, konstrukcje z blach fałdowych, konstrukcje cięgnowe”. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów 2000, s. 65-72.
• [10] Biegus A.: Nośność graniczna zginanych i ściskanych blach fałdowych. Mat. symp. z cyklu „Nowe osiągnięcia nauki i techniki w budownictwie: Blachy fałdowe – zastosowania i rozwiązania”, Rzeszów 1995.
• [11] Bródka J., Garncarek R., Miłaczewski K.: Blachy fałdowe w budownictwie stalowym. Arkady, Warszawa 1984.
• [12] Davies J.M., Bryan E.R.: Manual of stressed skin diaphragm design. Granada, London 1982.
• [13] Wei-Wen Y.: Cold-formed steel design. John Wiley & Sons, Canada 2000.
• [14] Gioncu V., Petcu D.: Corrugated hypar structures. Proc. of Inter. Conf. LSCE, Warsaw 1995, pp. 637-644.
• [15] Obrębski J.B.: UNIDOM – Space bar system. Lightweight Structures in Civil Engineering. Proc. of XII Intern. Sem. of IASS Polish Chapter, MICROPUBLISHER-C-P, Jan B. Obrębski (ed.). Warsaw 2006, pp. 76-87.