Domes are architectural and elegant structures which cover a vast area with no interrupting columns in the middle, and with suitable shapes can be also economical. Domes are built in a wide variety of forms and specialized terms are available to describe them. According to their form, domes are given special names such as network, lamella, Schwedler, ribbed, and geodesic domes. In this paper, an optimum topology design algorithm is performed using the enhanced colliding bodies optimization (ECBO) method. The network, lamella, ribbed and Schwedler domes are studied to determine the optimum number of rings, the optimum height of crown and tubular sections of these domes. The minimum volume of each dome is taken as the objective function. A simple procedure is defined to determine the dome structures configurations. This procedure includes calculating the joint coordinates and element constructions. The design constraints are implemented according to the provision of LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Constitution). The wind loading act on domes according to ASCE 7-05 (American Society of Civil Engineers). This paper will explore the efficiency of various type of domes and compare them at the first stage to investigate the performance of these domes under different kind of loading. At the second stage the wind load on optimum design of domes are investigated for Schwedler dome. Optimization process is performed via ECBO algorithm to demonstrate the effectiveness and robustness of the ECBO in creating optimal design for domes.
The suspended dome system is a new structural form that has become popular in the construction of long-span roof structures. Suspended dome is a kind of new pre-stressed space grid structure that has complex mechanical characteristics. In this paper, an optimum topology design algorithm is performed using the enhanced colliding bodies optimization (ECBO) method. The length of the strut, the cable initial strain, the cross-sectional area of the cables and the cross-sectional size of steel elements are adopted as design variables and the minimum volume of each dome is taken as the objective function. The topology optimization on lamella dome is performed by considering the type of the joint connections to determine the optimum number of rings, the optimum number of joints in each ring, the optimum height of crown and tubular sections of these domes. A simple procedure is provided to determine the configuration of the dome. This procedure includes calculating the joint coordinates and steel elements and cables constructions. The design constraints are implemented according to the provision of LRFD-AISC (Load and Resistance Factor Design-American Institute of Steel Constitution). This paper explores the efficiency of lamella dome with pin-joint and rigid-joint connections and compares them to investigate the performance of these domes under wind (according to the ASCE 7-05), dead and snow loading conditions. Then, a suspended dome with pin-joint single-layer reticulated shell and a suspended dome with rigid-joint single-layer reticulated shell are discussed. Optimization is performed via ECBO algorithm to demonstrate the effectiveness and robustness of the ECBO in creating optimal design for suspended domes.
Park, Sang-Hoon;Suk, Chang-Mok;Jung, Hwan-Mok;Kwon, Young-Hwan
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.2
no.1
s.3
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pp.85-92
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2002
Two way grid single-layer domes are of great advantage in fabrication and construction because of the simple fact that they have only four members at each junction. But, from a point of view of mechanics, the rectangular latticed pattern gives rise to a nonuniform rigidity-distribution in the circumferential direction. If the equivalent rigidity is considered in the axial direction of members, the in-plane equivalent shearing rigidity depends only on the in-plane bending rigidity of members and its value is very small in comparison to that of the in-plane equivalent stretching rigidity. It has a tendency to decrease buckling -strength of dome considerably by external force. But it is possible to increase buckling strength by the use of roofing covering materials connected to framework. In a case like this, shearing rigidity of roofing material increases buckling strength of the overall structure and can be designed economically from the viewpoint of practice. Therefore, the purpose of this paper, in Lamella dome and rectangular latticed dome that are a set of 2-way grid dome, is to clarify the effects of roofing covering materials for increasing of buckling strength of overall dome. Analysis method is based on FEM dealing with the geometrically nonlinear deflection problems. The conclusion were given as follows: 1. In case of Lamella domes which have nearly equal rigidity in the direction of circumference, the rigidity of roofing covering materials does not have a great influence on buckling-strength, but in rectangular latticed domes that has a clear periodicity of rigidity, the value of its buckling strength has a tendency to increase considerably with increasing rigidity of roofing covering materials 2. In case of rectangular latticed domes, as rise-span-ratio increases, models which is subjected to pressure -type-uniform loading than vertical-type-uniform loading are higher in the aspects of the increasing rate of buckling- strength according to the rate of shear reinforcement rigidity, but in case of Lamella dome, the condition of loading and rise-span-ratio do not have a great influence on the increasing rate of buckling strength according to the rate of shear reinforcement rigidity.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.1
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pp.59-68
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2012
The space frame structure is one of the large span structural system consisting of longitudinal and latitudinal members. The members are connected in three dimension. A space frame structure has high stiffness with a structure resisting external forces in steric conformation. According to many structural conditions, structural stability problems in the space frame are determined and considered very important. This study seeks to understand the space frame collapse mechanism using the 2-free nodes truss model in order to examine static structural instability characteristics of the latticed dome. According to geometrical shape, the star dome, parallel lamella dome and three way grid dome were selected as models. The models were examined for characteristics of instability under STEP Excitations behavior according to rise-span ratio(${\mu}$) and shape imperfection.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.2
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pp.109-118
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2012
Few paper deal with the dynamic bucking under the load with periodic characteristics, and the behavior under periodic excitation is expected the different behavior against STEP excitation. A space frame structure has high stiffness with a structure resisting external forces in steric conformation. According to many structural conditions, structural stability problems in the space frame are determined and considered very important. This study seeks to understand the space frame collapse mechanism using the 2-free nodes truss model in order to examine static structural instability characteristics of the latticed dome. According to geometrical shape, the star dome, parallel lamella dome and three way grid dome were selected as models. The models were examined for characteristics of instability behavior according to rise-span ratio(${\mu}$) and shape imperfection.
Stability is a very important part which we must consider in structural design. In this paper, we take advantage of finite element method to study parametrical instability of lattice dome structures, which is subjected to harmonically pulsating load. We consider elastic stiffness and geometrical stiffness simultaneously during the calculation of stiffness matrix, and adopt consistent mass matrix to make the solution more correct. In order to obtain instability regions, we represent displacements and accelerations in dynamic equation by trigonometric series expansions, and then obtain Hill's infinite determinants. After first order approximation, we can get first and second order dynamic instability regions eventually. Finally, we take 24-bar star dome and 90-bar lamella dome as examples to investigate dynamic instability phenomena.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.11
no.2
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pp.111-118
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2011
Single-layer latticed domes with rigid-joint have an advantage in the construction cost and the aesthetic. But, in single-layer latticed domes, the joints are hard to discriminate between pin-joint and rigid-joint, and consisted of semi-rigid joint in practical. And the erection of large roof structures requires special techniques. As one of these special techniques is the Step-Up erection method. This paper verified buckling characteristics of single-Layer lamella domes according to the Joint flexibility under construction by Step-up method. The results are follows: As erection steps increase, the buckling strength decreases. It is occurred the joint buckling by snap through on the top of dome when the joint flexibility close the rigid. And large tensile stress distribution appeared in circumferential member of bottom boundary when the step of construction is low. As the step of construction increase, large compressive stress distribution showed in the top of dome.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.67-74
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2010
Single layer latticed domes which have a mechanics property, a functional property, a aesthetic property and so on, occupies one part of long span space structures and after this, the using parts will be extended. The frame network pattern of single-layer latticed domes can be infinitely taken into account. The typical network patterns are triangular, square, hexagon, lamella and rib etc. It would take long time and cost too much to erect large roof structures with traditional erection techniques due to require of large number of temporary bracing and supports. The erection of large roof structures requires special techniques. As one of these special techniques is the Step-Up election method that utilizes jack-up supports and this will extremely saves time and cost to erect large roof structures. The objective of this study is to analysis the buckling characteristics of single-layer lamella domes according to the support number and position. From the result of this study, we obtained the fundamental data for the structural engineers who design the temporary support of large roof structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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