Trial design of umbrella type shell structures

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

To create aesthetically expressive and functional small architectural forms, it is advisable to use reinforced concrete umbrella type shells in the shape of surfaces that can be specified in an analytical form. Hard landscaping is a suitable field of application for insufficiently studied and tested structures, in contrast to large structures of high importance class. The paper gives an example of a trial variant design of a small garden and park structure in the form of an umbrella type shell, during which different types of umbrella surfaces were analyzed and three variants were selected. Among the studied forms are the following surfaces: a paraboloid of rotation, an umbrella-type surface with a sinusoidal generator, an umbrella-type surface with radial waves based on cubic parabolas (with central flat point). The calculation of stress-strain state of three shells under their own weight was carried out using the finite element method and the peculiarities of working under load of each type of structures were revealed, recommendations are given when designing similar structures.

About the authors

Evgenia M. Tupikova

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: tupikova-em@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0001-8742-3521

PhD, Associate Professor of the Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

Mikhail E. Ershov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: 1032182369@rudn.ru
ORCID iD: 0000-0002-2788-3865

student, Department of Civil Engineering, Academy of Engineering

6 Miklukho-Maklaya St, Moscow, 117198, Russian Federation

References

  1. Bhooshan S., Ladinig J., Van Mele T., Block P. Function representation for robotic 3D printed concrete, ROBARCH 2018 - Robotic Fabrication in Architecture, Art and Design. Zurich: Springer; 2018. p. 98-109.
  2. Bhooshan S., Van Mele T., Block P. Equilibrium-aware shape design for concrete printing. In: De Rycke K. et al. (eds.) Humanizing Digital Reality: Proceedings of the Design Modelling Symposium 2017. Paris: Springer; 2018. p. 493-508.
  3. Mamieva I.A. Large-span structures in diploma projects of students architects of RUDN University. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020;16(3):233-240. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-3-233-240
  4. Krivoshapko S.N., Mamieva I.A. Umbrella surfaces and surfaces of umbrella type in architecture. Industrial and Civil Engineering. 2011;7(1):27-31. (In Russ.)
  5. Bock Hyeng Ch.A., Krivoshapko S.N. Umbrella-type surfaces in architecture of spatial structures. IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN). 2013;3(3):43-53.
  6. Kozyreva A.A. Umbrella type surface. From the beginnings to the present. Forum Molodyh Uchenyh. 2017;5(9): 1037-1042. (In Russ.)
  7. Romanova V.A. Visualization of the formation of umbrella surfaces and umbrella-type surfaces with radial waves damping at the central point. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2015;(3):4-8. (In Russ.)
  8. Krivoshapko S.N. New examples of umbrella type surfaces and their coefficients of general fundamental forms. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2005;(2):6-14. (In Russ.)
  9. Krivoshapko S.N. Geometrical investigations of umbrella surfaces. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2005;(1):11-17. (In Russ.)
  10. Chepurnenko A.S., Kochura V.G., Saibel A.V. Finite-elemental analysis of the stress-deformed condition of waveform shells. Construction and Industrial Safety. 2018;11(63):27-31. (In Russ.)
  11. Huang H., Guan F.L., Pan L.L., Xu Y. Design and deploying study of a new petal-type deployable solid surface antenna. Acta Astronautica. 2018;148:99-110. http://dx.doi.org/10.1016/j.actaastro.2018.04.042
  12. Ponomarev S.V. Transformable reflectors of spacecraft antennas. Tomsk State University Journal. 2011;4(16): 110-119. (In Russ.)
  13. Gureeva N.A., Klochkov Yu.V., Nikolaev A.P. Calculation of shells of revolution based on a mixed fem for the tensor approximation of the nodal unknowns. Fundamental Research. 2011;8-2:356-362. (In Russ.)
  14. Ivanov V.N., Abbushi N.Y. Architecture and construction of shells in the form of wavy, umbrella and channel surfaces of Joachimstal. Montazhnye i Specialnye Raboty v Stroitelstve. 2002;6:21-24. (In Russ.)
  15. Sahu R.R., Gupta P.K. Blast diffusion by different shapes of domes. Defense Science Journal. 2015;65(1):77-82. http://dx.doi.org/10.14429/dsj.65.6908
  16. Zingoni A. Shell structures in civil and mechanical engineering: theory and analysis. London: ICE Publ.; 2018.
  17. Rabello F.T., Marcellino N.A., Loriggio D.D. Automatic procedure for analysis and geometry definition of axisymmetric domes by the membrane theory with constant normal stress. Rev. IBRACON Estrut. Mater. 2016;9(4):544-571. http://dx.doi.org/10.1590/S1983-41952016000400005
  18. Krivoshapko S.N. The opportunities of umbrella-type shells. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2020;16(4):271-278. http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-4-271-278
  19. Ivanov V.N. Analysis of stress-strain state of roofing of trade centre in the form of umbrella shell by difference variation method. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2008;(4):86-89. (In Russ.)
  20. Abboushi N.Y.A. Numerical analysis of Joachimsthal’s canal surfaces on a gravity load by variation-difference method. Shells in Architecture and Strength Analysis of Thin-Walled Civil-Engineering and Machine-Building Constructions of Complex Forms: Proc. of Int. Scientific Conference (Moscow, June 4-8, 2001). Moscow: RUDN University Publ.; 2001. p. 297-306. (In Russ.)
  21. Liu F., Feng R. Shape optimization of single-layer reticulated structure considering influence of structural imperfection sensitivity. Proceedings of IASS Annual Symposia, IASS 2018 Boston Symposium: Computational Methods. Madrid: IASS Publ.; 2018. p. 1-6.
  22. Zhu S., Ohsaki M., Guo X., Zeng Q. Shape optimization for non-linear buckling load of aluminum alloy reticulated shells with gusset joints. Thin-Walled Structures. 2020;154:106830. http://dx.doi.org/10.1016/j.tws.2020.106830
  23. Van Mele T., Rippmann M., Lachauer L. Geometry-based understanding of structures. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures. 2012;53(174):1-5.
  24. Gmyrach K.M., Kozlov A.V., Proskurov R.A. Selection of optimal parameters of an ellipsoid reinforced concrete shell of rotation. International Research Journal. 2017;2-3(56):100-104. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2017.56.049
  25. Draper P., Garlock M.E.M., Billington D.P. Structural optimization of Félix Candela’s hypar umbrella shells. Journal of the International Association for Shells and Spatial Structures. 2012;51(1):59-66.
  26. Abdessalem J., Fakhreddine D., Said A., Mohamed H. Shape optimization for a hyperelastic axisymmetric structure. Journal of Engineering, Design and Technology. 2014;12(2):177-194.
  27. Krivoshapko S.N., Ivanov V.N. Simplified selection of optimal shell of revolution. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(6)438-448. (In Russ.) http://dx.doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-6-438-448

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».