Unconventional building forms roofed with innovative structures arranged on regular surfaces with the negative Gaussian curvature

Katarzyna Chrzanowska; Jacek Abramczyk

doi:10.35784/bud-arch.3325

Nietypowe formy budowlane zadaszone innowacyjnymi konstrukcjami rozmieszczonymi na regularnych powierzchniach o ujemnej krzywiźnie Gaussa

Katarzyna Chrzanowska

Zakład Projektowania Architektonicznego i Grafiki Inżynierskiej; Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury; Politechnika Rzeszowska; (Polska)
https://orcid.org/0000-0002-6873-6984

Jacek Abramczyk

jacabram@prz.edu.pl
Zakład Projektowania Architektonicznego i Grafiki Inżynierskiej; Wydział Budownictwa, Inżynierii Środowiska i Architektury; Politechnika Rzeszowska; (Polska)
https://orcid.org/0000-0001-7016-6338

DOI: https://doi.org/10.35784/bud-arch.3325

Abstrakt

W artykule przedstawiono nowatorską metodę kształtowania innowacyjnych form budowlanych, zadaszonych zróżnicowanymi złożonymi ciągłymi i nieciągłymi strukturami fałdowymi, zbudowanymi z wielu przekształconych jednostek powłokowych o falistym kształcie. Jednostki te są definiowane na podstawie specyficznych sieci wielościanów referencyjnych i rozmieszczane na dowolnych powierzchniach referencyjnych charakteryzujących się ujemną krzywizną Gaussa. Metoda ta została przedstawiona przy użyciu kilku komputerowych modeli złożonych struktur budowlanych o fałdowanych elewacjach. Proponowana metoda znacząco uzupełnia poprzednią metodę opracowaną do modelowania wolnych form budowlanych, zadaszonych strukturami powłokowymi rozmieszczonymi zgodnie z powierzchniami o dodatniej krzywiźnie Gaussa. Opracowano podstawowe zasady parametryzacji, które regulują tworzenie wielopłaszczyznowych elewacji, żebrowanych struktur dachów powłokowych, ciągłych i nieciągłych, rozmieszczonych w różnych nietypowych i atrakcyjnych wizualnie wzorach. Opracowane specyficzne zestawy współczynników podziału są traktowane jako parametry dla projektowanych struktur budowlanych. Zestawy te określają nietypowe sieci wielościanów, które są złożone z kilku specyficznych zestawów, pozwalających zdefiniować sieć okapów wielokątnych, powierzchnię referencyjną i wreszcie indywidualne jednostki powłokowe struktur dachowych. Opracowaną metodę przedstawiono na przykładzie trzech nowych form zdefiniowanych za pomocą odpowiednio dobranych zróżnicowanych zestawów wartości współczynników podziału. Opracowane nowe formy potwierdzają innowacyjny charakter uzyskanych wyników. Poprzez nałożenie odpowiednich proporcji między wartościami tych współczynników podziału, opracowana metoda umożliwia tworzenie dwóch różnych grup złożonych struktur dachów powłokowych, ciągłych i nieciągłych.

Słowa kluczowe:

nowatorska forma budynku, złożony dach powłokowy, modelowanie parametryczne, nominalnie płaska cienkościenna blacha fałdowa, elewacja wielopłaszczyznowa

Bibliografia

Abramczyk J., Shell Free Forms of Buildings Roofed with Transformed Corrugated Sheeting, Monograph, Publishing House of Rzeszow University of Technology, Rzeszów, 2017.
Google Scholar

Wei-Wen Yu, P.E., Cold Formed Steel Design; John Wiley and Sons Inc., New York, NY, 2000.
Google Scholar

Reichhart A., "Corrugated Deformed Steel Sheets as Material for Shells", in Proceedings - Int. Conf. Lightweight Struct. Civ. Eng., Warsaw, 1995, pp. 625–636.
Google Scholar

Abramczyk J., "Folded Sheets as a Universal Material for Shaping Transformed Shell Roofs", in Materials 2021, 14(8), 2051. https://doi.org/10.3390/ma14082051
DOI: https://doi.org/10.3390/ma14082051 Google Scholar

Reichhart A., "Principles of designing shells of profiled steel sheets", in Proceedings - the X International Conference on Lightweight Structures in Civil Engineering, Rzeszow, 2004, pp. 138-145.
Google Scholar

Abramczyk J., "Shape transformations of folded sheets providing shell free forms for roofing", in Proceedings - the 11th Conference on Shell Structures Theory and Applications, Gdańsk, Wojciech Pietraszkiewicz, Wojciech Witkowski, CRC Press Taylor and Francis Group, 2017, pp. 409-412.
DOI: https://doi.org/10.1201/9781315166605-93 Google Scholar

Reichhart A., Geometrical and Structural Shaping Building Shells Made up of Transformed Flat Folded Sheets; Publishing House of Rzeszow University of Technology, Rzeszów, 2002. (in Polish)
Google Scholar

Abramczyk J., "Transformed Corrugated Shell Units Used as a Material Determining Unconventional Forms of Complex Building Structures", in Materials 2021, 14(9), 2402. https://doi.org/10.3390/ma14092402
DOI: https://doi.org/10.3390/ma14092402 Google Scholar

Winter G., "Strength of thin steel compression flanges", in Trans. ASCE 1974, 112, 895–912
Google Scholar

Parker J.E., Behavior of Light Gauge Steel Hyperbolic Paraboloid Shells, Ph.D. Thesis, Cornell University. Ithaca, NY, 1969.
Google Scholar

Gergely P., Banavalkar P.V. and Parker J.E., "The analysis and behavior of thin-steel hyperbolic paraboloid shells", in A Research Project Sponsored by the America Iron and Steel Institute, Report No. 338, Dept. of Struct. Engng., 1971, Cornell University: Ithaca, New York, NY, 1971.
Google Scholar

Egger H., Fischer M. and Resinger F., "Hyperschale aus Profilblechen", Stahlbau 1971, 12, pp. 353–361.
Google Scholar

Davis J.M. and Bryan E.R., "Manual of Stressed Skin Diaphragm Design", Granada Publishing Ltd., London, UK, 1982.
Google Scholar

Abdel S.G., "Critical shear loading of curved panels of corrugated sheets.", in Proc. ASCE J. Struct. Div. 1970, 96, pp. 1279–1294.
DOI: https://doi.org/10.1061/JMCEA3.0001326 Google Scholar

Biswas M. and Iffland J.S.B., "Metal decks used to form hypar-shell panels", in Proceedings of the 2nd Speciality Conference on Cold-Formed Steel Structures, Rolla, MO, USA, 1973.
Google Scholar

Abel J.F. and Mungan I., Fifty Years of Progress for Shell and Spatial Structures. Monograph by the International Association for Shell and Spatial Structures, Madrid, Spain, 2011.
Google Scholar

Saitoh M., Recent Spatial Structures in Japan, in JASS: Madrid, Spain, 2001.
Google Scholar

Walentyński R. and Cybulski R., "Stability analyses and experimental investigation of doubly corrugated steel arch panels", in ACEE, 5/4, 2012, pp. 79-82.
Google Scholar

Prokopska A. and Abramczyk J., "Responsive Parametric Building Free Forms Determined by Their Elastically Transformed Steel Shell Roofs", Buildings, 2019, 9(2), 46. https://doi.org/10.3390/buildings9020046
DOI: https://doi.org/10.3390/buildings9020046 Google Scholar

Carmo M.P., Differential Geometry of Curves and Surfaces, Prentice-Hall, Inc.: Englewood Cliffs, NJ, USA, 1976.
Google Scholar

Pottmann,H., Asperi A., Kilian, A. and Hofer M., Architectural Geometry, Bentley, Institute Press, USA, 2007.
Google Scholar

Samyn P.P., "Structures isobarres et isonoeuds", in Proceedings - the 2nd International Conference on Space Structures – University of Surrey, Guilford, England, 1975, pp. 621-634.
Google Scholar

Żwirek P., "Selected issues of using nominally flat folded sheets and self-bearing panels for curved" in Proceedings - the 9th Scientific and Technical Conference on Shaping Structures - Thin-walled structures, Rzeszów, Poland, 2015. (In Polish)
Google Scholar

Pobierz