Structural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsStructural Mechanics of Engineering Constructions and BuildingsСтроительная механика инженерных конструкций и сооружений1815-52352587-8700Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)2561510.22363/1815-5235-2020-16-6-452-464Analysis and design of building structuresРасчет и проектирование строительных конструкцийResearch ArticleInfluence of the height of the ribbed-ring dome on the stress state of its frame during the overhang mounting processВлияние высоты ребристо-кольцевого купола на напряженное состояние его каркаса в процессе навесного монтажаLebedEvgeny V.ЛебедьЕвгений Васильевич

Associate Professor of the Department of Metal and Wooden Structures, Candidate of Technical Science

доцент кафедры металлических и деревянных конструкций, кандидат технических наук

evglebed@mail.ruMoscow State University of Civil Engineering (National Research University)Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет15122020166VOL 16, NO6 (2020)ТОМ 16, №6 (2020)45246407022021Copyright ©; 2020, Lebed E.V.Copyright ©; 2020, Лебедь Е.В.2020Lebed E.V.Лебедь Е.В.http://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/25615

The aim of the research. To analyze the stress state of structures of ribbed-ring domes of different heights during overhang erection. The domes have spherical metal frames and a support contour of the same diameter. Due to different heights, the steepness of the geometric shape of the domes changes. The study is devoted to establishing the relationship between the stress state of the frame and the steepness of the dome when mounted. It was investigated how the height of the ribbed-ring dome affects the stress state of its frame during overhang mounting process. Methods. Computer models of design frames of ribbed-ring domes of different heights made of steel I-beams were developed. Based on design models, a sequence of assembly models for incomplete frames was created for different stages of installation. Both for the design and for all installation models of dome frames of different heights, computer calculations were performed for the effect of the load from its own weight. As a result of calculations for all domes and at all stages of installation, deformations and stresses in the meridional ribs were determined, which were compared with the design diagrams. Results. Comparative graphs of deformations of dome frames and diagrams of changes in the degree of use of steel strength in meridional ribs at all stages of mounted installation are obtained. Comparative graphs of installation and design stresses in the meridional ribs on different tiers for all stages of mounted installation are also shown. The assessment of the installation stress states is given, their inevitability and the degree of influence on the stress state of the dome frames are noted.

Цель. Выполнить анализ напряженного состояния конструкций ребристо-кольцевых куполов разной высоты при навесном монтаже. Купола имеют металлические каркасы сферической формы и опорный контур одинакового диаметра. Из-за разной высоты изменяется крутизна геометрической формы куполов. Исследование посвящено установлению зависимости между напряженным состоянием каркаса и крутизной купола при навесном монтаже. Выяснялось, как высота ребристо-кольцевого купола влияет на напряженное состояние его каркаса при навесном монтаже. Методы. Разработаны компьютерные модели проектных каркасов ребристо-кольцевых куполов разной высоты из стальных двутавров. На основе проектных моделей созданы монтажные модели неполного каркаса для разных стадий монтажа. И для проектной, и для всех монтажных моделей каркасов куполов разной высоты выполнены компьютерные расчеты на действие нагрузки от собственного веса. В результате расчетов для всех куполов и на всех стадиях монтажа определены деформации и напряжения в меридиональных ребрах, которые сравнивались с проектными схемами. Результаты. Получены сравнительные графики деформаций купольных каркасов, диаграммы изменения степени использования прочности стали в меридиональных ребрах на всех стадиях навесного монтажа. Показаны также сравнительные графики монтажных и проектных напряжений в меридиональных ребрах на разных ярусах для всех стадий навесного монтажа. Дана оценка монтажным напряженным состояниям, отмечена их неизбежность и степень влияния на напряженное состояние купольных каркасов.

ribbed-ring domemetal framemeridional ribsmounted installationcomputer modelstresses in elementsребристо-кольцевой куполметаллический каркасмеридиональные ребранавесной монтажкомпьютерная модельнапряжения в элементахTur V.I. Kupol’nye konstruktsyi: formoobrazovanie, raschet, konstruirovanie, povyshenie Effektivnosti [Dome Structures: Morphogenesis, Analysis, Design, Increase in Effectiveness]. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)Тур В.И. Купольные конструкции: формообразование, расчет, конструирование, повышение эффективности. М.: АСВ, 2004. 96 с.Krivoshapko S.N. Metal ribbed-and-circular and lattice shells from the XIXth until the first half of the XXth centuries. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2014;(6):4–15. (In Russ.) Available from: http://journals.rudn.ru/ structural-mechanics/article/view/10910 (accessed: 21.09.2020).Кривошапко С.Н. Металлические ребристо-кольцевые и сетчато-стержневые оболочки XIX - первой половины XX-го веков // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2014. № 6. C. 4-15. URL: http://journals.rudn.ru/structural-mechanics/article/view/10910 (дата обращения: 21.09.2020).Gokhar-Harmadaryan I.G. Bol’sheproletnye kupol’nye zdaniya [Wide-Span Dome Buildings]. Мoscow: Stroyizdat Publ.; 1978. (In Russ.)Гохарь-Хармандарян И.Г. Большепролетные купольные здания. М.: Стройиздат, 1978. 150 с.Torkatyuk V.I. Montazh konstrukziy bol’sheproletnyh zdaniy [Installation of Structures of Large-Span Buildings]. Moscow: Stroyizdat Publ.; 1985. (In Russ.)Торкатюк В.И. Монтаж конструкций большепролетных зданий. М.: Стройиздат, 1985. 170 с.Gofshteyn G.E., Kim V.G., Nishchev V.N., Sokolova A.D. Montazh metallicheskikh i zhelezobetonnykh konstrukziy [Installation of Metal and Reinforced Concrete Structures]. Moscow: Stroyizdat Publ.; 2004. (In Russ.)Гофштейн Г.Е., Ким В.Г., Нищев В.Н., Соколова А.Д. Монтаж металлических и железобетонных конструкций. М.: Стройиздат, 2004. 528 с.Kuznetsov V.V. (ed.) Metallicheskie konstruktsii [Metal Structures]. Vol. 2. Stal’nye konstruktsii zdaniy i sooruzheniy [Steel structures of buildings and constructions]. Moscow: ASV Publ.; 1998. (In Russ.)Металлические конструкции: справочник проектировщика: в 3 т. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений / под общ. ред. В.В. Кузнецова; ЦНИИпроектстальконструкция имени Н.П. Мельникова. М.: АСВ, 1998. 512 с.Lebed E.V., Alukaev A.U. Large-span metal dome roofs and their construction. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(1):4–16. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-1-4-16Лебедь Е.В., Алукаев А.Ю. Большепролетные металлические купольные покрытия и их возведение // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. Т. 14. № 1. C. 4-16. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-1-4-16Lebed E.V. Behavior of the Frames of Large-span Metal Domes in the Process of their Installation. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2018;14(6):481–494. (In Russ.) https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-6-481-494Лебедь Е.В. Особенности работы каркасов большепролетных металлических куполов в процессе их возведения // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. Т. 14. № 6. С. 481-494. https://doi.org/ 10.22363/1815-5235-2018-14-6-481-494Youichi M., Terumasa F., Yoshihiko K., Takashi U. Erection Methods for Space Structures. Evolution and Trends in Design, Analysis and Construction of Shell and Spatial Structures: Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia. Spain; 2009. p. 1951–1962.Youichi M., Terumasa F., Yoshihiko K., Takashi U. Erection Methods for Space Structures // Evolution and Trends in Design, Analysis and Construction of Shell and Spatial Structures: Proceedings of the International Association for Shell and Spatial Structures (IASS) Symposium 2009, Valencia. Spain, 2009. Pp. 1951-1962.Lebed E.V. Changes in the stressed state of the framework of the metal ribbed-ring dome during the assembly process. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(4):278–290. (In Russ.) https://doi.org/ 10.22363/1815-5235-2019-15-4-278-290Лебедь Е.В. Изменение напряженного состояния каркаса металлического ребристо-кольцевого купола в процессе монтажа // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2019. Т. 15. № 4. С. 278-290. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-4-278-290Lebed E.V., Vershinin V.P. Stress state of metal dome meridional ribs at different stages of overhang erection process. Structural Mechanics of Engineering Constructions and Buildings. 2019;15(4):278–290. (In Russ.) https://doi.org/ 10.22363/1815-5235-2020-16-2-111-121Лебедь Е.В., Вершинин В.П. Напряженное состояние меридиональных ребер металлического купола на разных этапах навесного монтажа // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2020. Т. 16. № 2. С. 111-121. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2020-16-2-111-121Karpilovskiy V.S., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A., Perelmuter A.V., Perel’muter M.A. SCAD Office. Vychislitel’ny kovpleks SCAD [Computer system SCAD]. Moscow: ASV Publ.; 2004. (In Russ.)Карпиловский В.С., Криксунов Э.З., Маляренко А.А., Перельмутер А.В., Перельмутер М.А. SCAD Office. Вычислительный комплекс SCAD: М.: АСВ, 2004. 592 с.Gorodetskiy A.S., Evzerov I.D. Komp’uternye modeli konstruktsyj [Computer models of structures]. Kiev: Fakt Publ.; 2005. (In Russ.)Городецкий А.С., Евзеров И.Д. Компьютерные модели конструкций. К.: Факт, 2005. 344 с.Chandiwala Anuj. Analysis and design of steel dome using software. International Journal of Research in Engineering and Technology (IJRET). 2014;3(3):35–39.Chandiwala A. Analysis and design of steel dome using software // International Journal of Research in Engineering and Technology (IJRET). 2014. Vol. 3. Issue 3. Pp. 35-39.Jadhav H.S., Patil Ajit S. Parametric Study of Double Layer Steel Dome with Reference to Span to Height Ratio. International Journal of Science and Research (IJSR). 2013;2(8):110–118.Jadhav H.S., Patil Ajit S. Parametric Study of Double Layer Steel Dome with Reference to Span to Height Ratio // International Journal of Science and Research (IJSR). 2013. Vol. 2. Issue 8. Pp. 110-118.Handruleva A., Matuski V., Kazakov K. Combined Mechanisms of Collapse of Discrete Single-Layer Spherical Domes. Study of Civil Engineering and Architecture (SCEA). 2012(December);1(1):19–27.Handruleva A., Matuski V., Kazakov K. Combined Mechanisms of Collapse of Discrete Single-Layer Spherical Domes // Study of Civil Engineering and Architecture (SCEA). 2012, December. Vol. 1. Issue 1. Pp. 19-27.Amjatha Makkar, Sumayya Abbas, Muhammed Haslin S.M. Finite Element Analysis of Diamatic, Schwedler and Diamatic-Schwedler Hybrid Domes. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2016:39(1):57–62.Amjatha Makkar, Sumayya Abbas, Muhammed Haslin S.M. Finite Element Analysis of Diamatic, Schwedler and Diamatic-Schwedler Hybrid Domes // International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2016. Vol. 39. Nо. 1. Pp. 57-62.Chacko P., Dipu V.S., Manju P.M. Finite Element Analysis of Ribbed Dome. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA). 2014:25–32.Chacko P., Dipu V.S., Manju P.M. Finite Element Analysis of Ribbed Dome // International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA). 2014. Pp. 25-32.Merilmol Eldhose, Rajesh A.K., Ramadass S. Finite Element Analysis and Parametric Study of Schwedler Dome Using ABAQUS Software. International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2015;28(7):333–338.Merilmol Eldhose, Rajesh A.K., Ramadass S. Finite Element Analysis and Parametric Study of Schwedler Dome Using ABAQUS Software // International Journal of Engineering Trends and Technology (IJETT). 2015. Vol. 28. Nо. 7. Pp. 333-338.Nabeel Abdulrazzaq Jasim, Ihab Sabri Saleh, Saddam Khalaf Faleh. Structural Analysis of Ribbed Domes Using Finite Element Method. International Journal of Civil Engineering Research. 2017;8(2):113–130.Nabeel Abdulrazzaq Jasim, Ihab Sabri Saleh, Saddam Khalaf Faleh. Structural Analysis of Ribbed Domes Using Finite Element Method // International Journal of Civil Engineering Research. 2017. Vol. 8. No. 2. Pp. 113-130.