COMPUTER-AIDED DESIGN OF SPATIAL LATTICE STEEL STRUCTURES FOR COATINGS OF COMPLEX SHAPE

The architecture of modern structures requires the use of structural systems in a wide range of both geometric and topological forms. Spatial steel structures are one of the most varied, complex and demanded types of structural forms of coatings for buildings and construction structures. The method of constructing spatial lattice structures of a complex geometric shape considered in the article is based on automated methods of computer modeling of the shell surface and the subsequent development of a separate spatial cell of a lattice of a certain type - a "family". The structural cell of the lattice is the basis for the topological structure of the building system, which is created using special software. The result of this development is a digital model of the megastructure of the entire spatial structure. Subsequent export of the constructed geometry to computational software systems allows one to estimate the stress-strain state of the system and select the cross sections of all its elements. The methodology developed in the article makes it possible to quickly and accurately design spatial structural structures of coatings of an arbitrary geometric shape. The speed and accuracy of modeling and calculation of shell lattice structures is achieved by optimizing the sequence of application of modern programs, using special modeling techniques.

building structure, core system, covering, structure, complex geometric shapes, modeling of curved surfaces, topology of the building system

1. Семикин П.П., Бацунова Т.П. Динамическая архитектура. Кинетические фасады // Изв. вузов. Строительство. 2018. № 6 (714). С. 86-96

2. Лесневска Р.В., Капустин П.В. Тектоника в архитектуре Захи Хадид до и после дигитальной революции // Научный журнал строительства и архитектуры. 2017. № 1 (45). С. 125-133

3. Abramczyk J. Building Structures Roofed with Multi-Segment Corrugated Hyperbolic Paraboloid Steel Shells // Procedia Engineering. 2016. Vol. 161. P. 1545-1550. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.624

4. Hassanein M.F., Elchalakani M., Elkawas A.A. Design of cold-formed CHS braces for steel roof structures // Thin-Walled Structures. Elsevier Ltd, 2017. Vol. 120, № August. P. 249-259. DOI: 10.1016/j.tws.2017.09.002

5. Людковский А.М. Висячие железобетонные монолитные оболочки // Пространственные конструкции в строительстве гражданских и промышленных зданий: Сб. тр. МИСИ. М.: МИСИ, 1992. С. 81-88

6. Hayashi S., Gondo T. Analysis of the construction of a reinforced-concrete free-form roof formwork and the development of a unit-construction method // Journal of Building Engineering. Elsevier Ltd, 2020. № September. P. 101924. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.101924

7. Кузнецов Д.Н. Малый стальной сферический купол с решеткой из шестигранников // Строительная механика и конструкции. 2020. № 3 (26). С. 53-64

8. Бирюков В.Э., Беляева С.Ю. Дебаркадер железнодорожного вокзала: основные этапы формообразования // Научный вестник ВГТУ. Серия: Студент и наука. 2016. № 9. С. 38-42

9. Дыховичный Ю.А., Жуковский Э.З. Современные пространственные конструкции (железобетон, металл, дерево, пластмассы): Справочник. М.: Высш. шк., 1991. 543 с

10. Еремеев П.Г. Современные стальные конструкции большепролетных покрытий уникальных зданий и сооружений. М.: Изд-во АСВ, 2009. 336 с

11. Кривошапко С.Н. Оболочки вращения неканонических форм // Изв. вузов. Строительство. 2018. № 7 (715). С. 66-79

12. Кривошапко С.Н. Оболочки и стержневые структуры в форме аналитически незадаваемых поверхностей в современной архитектуре // Строительство и реконструкция. 2020. № 3 (89). С. 20-30. DOI: 10.33979/2073-7416-2020-89-3-20-30

13. Власов В.З. Принципы построения общей технической теории оболочек и новые конструктивные формы пространственных систем // Второй международный конгресс по тонкостенным покрытиям-оболочкам. Госстройиздат: Москва, 1960. С. 106-130

14. Вольмир А.С. Гибкие пластинки и оболочки. М.: Гостехиздат, 1956. 419 с

15. Карпунин В.Г., Голубева Е.А. Компьютерное моделирование строительных конструкций зданий и сооружений // Архитектон: известия вузов. 2019. № 4 (68). С. 1-11

16. Grunwald G., Hermeking T., Prang T. Kinetic Roof Structure: Msheireb Heart of Doha // Procedia Engineering. The Author(s), 2016. Vol. 155. P. 289-296. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.031

17. Jermoljev D. Bratislava M.R. Štefánik airport terminal hall steel structure // Procedia Engineering. 2012. Vol. 40. P. 165-170. DOI: 10.1016/j.proeng.2012.07.074

18. Kociecki M., Adeli H. Shape optimization of free-form steel space-frame roof structures with complex geometries using evolutionary computing // Engineering Applications of Artificial Intelligence. Elsevier, 2015. Vol. 38. P. 168-182. DOI: 10.1016/j.engappai.2014.10.012

19. Емельянов Д.И. [и др.] Применение BIM-технологий для проектирования криволинейных покрытий на основе пространственных решетчатых конструкций // Строительная механика и конструкции. 2019. № 1 (20). С. 71-81

20. Travush V.I., Belostosky A.M., Akimov P.A. Contemporary digital technologies in construction Part 1: about mathematical (numerical) modelling // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 456. 2018. P. 1-6. 012029 DOI: 10.1088/1757-899X/456/1/012029

21. Sventikov A.A., Kuznetsov D.N. Numerical study of the effect of the wall thickness of a steel I-beam on the form of loss of local stability // International science conference Far East Con 2019: Materials Science and Engineering. Vol. 753. Chapter 2. 2020. P. 1-6. 032035 DOI: 10.1088/1757-899X/753/3/032035

22. Милейковский И.Е., Купар А.К. Гипары. Расчет и проектирование пологих оболочек покрытий в форме гиперболических параболоидов. М.: Стройиздат, 1978. 223 с

23. Piroglu F. [et al.] Site investigation of damages occurred in a steel space truss roof structure due to ponding // Engineering Failure Analysis. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 36. P. 301-313. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2013.10.018

24. Pieraccini L. [et al.] The role of ductility in the collapse of a long-span steel roof in North Italy // Engineering Failure Analysis. Elsevier, 2017. Vol. 82, № March. P. 243-265. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.07.012

25. Chen H., Liu H., Chen Z. Compressive strength of corroded special-shaped welded hollow spherical joints based on numerical simulation // Thin-Walled Structures. Elsevier Ltd, 2020. Vol. 149, № May 2019. P. 106531. DOI: 10.1016/j.tws.2019.106531

26. Еремеев П.Г., Ведяков И.И., Королева Е.А. Светопрозрачные крыши с использованием стекла для большепролетных покрытий // Промышленное и гражданское строительство. 2019. № 6. С. 23-28. DOI: 10.33622/0869-7019.2019.06.23-28

27. Subrin K. [et al.] Improvement of the mobile robot location dedicated for habitable house construction by 3D printing // IFAC-PapersOnLine. 2018. Vol. 51, № 11. P. 716-721. DOI: 10.1016/j.ifacol.2018.08.403

28. Huang M.Q., Ninić J., Zhang Q.B. BIM, machine learning and computer vision techniques in underground construction: Current status and future perspectives // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. № October. DOI: 10.1016/j.tust.2020.103677

29. Пахарева И.В., Синицына О.В. Технология BIM: теория и практика внедрения // Advanced Science. 2017. № 3. С. 377-384

30. Рыбин Е.Н. [и др.] BIM-технологии // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2019. Т. 9. № 1. С. 98-105. DOI: 10.21285/2227-2917-2019-1-98-105

31. Каган П.Б. Повышение эффективности организационно-технологического проектирования в строительстве за счет его модернизации с использованием современных цифровых технологий // Интернет-журнал «Отходы и ресурсы». 2020. № 1. DOI: 10.15862/09INOR120