Evaluation of structural performance of double layer steel space lattice dome systems

Abstract

This article presents the results of a study on the analysis and design of a double-layer steel space lattice dome system. In the study; Based on the Eurocode-1 regulation and the Turkish Building Earthquake Code 2018, the calculations of the loads acting on the structure were also carried out according to the AISC 360-10 regulation. AISC 360-10 is largely the same as Turkish Steel Structures Design Regulation and YDKT (Yüksek ve Dayanım Katsayılarına göre Tasarım) is also similar to LRFD (Load and Resistance Factor Design). The results obtained show that the dome system has the highest tensile stress in the skirt parts of the circle beams and the highest compressive stress in the top parts, while the highest compressive stress in the radial beams occurs at the skirt part. Double-layer dome systems It has also been determined that all rods in the dome system can be subjected to different tensile and compressive stresses under asymmetrical load. Therefore, at the design stage, the bars must be sized appropriately for both tensile and compressive stresses. This study is an important guide for engineers interested in the analysis and design of double-layer steel space lattice dome systems.

Keywords

• Space truss
• steel dome
• structural analysis
• structural design

Çift tabakalı çelik uzay kafes kubbe sistemlerinin yapısal performansının incelenmesi

Öz

Bu makalede, çift katmanlı çelik uzay kafes kubbe sisteminin analizi ve tasarımı üzerine yapılan bir çalışmanın sonuçları sunulmaktadır. Çalışmada; Eurocode-1 yönetmeliği ve Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği 2018 esas alınarak yapıya etki eden yüklerin hesaplamaları ayrıca AISC 360-10 yönetmeliğine göre boyutlandırmaları gerçekleştirilmiştir. AISC 360-10, Türk Çelik Yapılar Tasarım Yönetmeliği ile büyük oranda aynıdır ve YDKT (Yük ve Dayanım Katsayılarına göre Tasarım) de LRFD (Load and Resistance Factor Design) ile benzerlik gösterir. Elde edilen sonuçlar, kubbe sisteminin çember kirişlerinin etek bölümlerinde en yüksek çekme gerilmesine, tepe bölümlerinde ise en yüksek basınç gerilmesine sahip olduğunu göstermekte iken radyal kirişlerde ise en yüksek basınç gerilmesi etek bölümünde oluşmaktadır. Çift katmanlı kubbe sistemlerinde ayrıca, asimetrik yük altında kubbe sistemindeki tüm çubukların farklı çekme ve basınç gerilmelerine maruz kalabileceği tespit edilmiştir. Bu nedenle, tasarım aşamasında çubuklar hem çekme hem de basınç gerilmelerine göre uygun şekilde boyutlandırılmalıdır. Çift katmanlı çelik uzay kafes kubbe sistemlerinin analizi ve tasarımıyla ilgilenen mühendisler için bu çalışma önemli bir rehber niteliğindedir.

Anahtar Kelimeler

• Uzay kafes
• çelik kubbe
• yapısal tasarım
• yapısal analiz

References

1. TS EN 1991–1–3, Yapılar üzerindeki etkiler – Bölüm 1–3: Genel etkiler, kar yükleri, Ankara: Türk Standartları Enstitüsü, 2009.
2. TS EN 1991–1–4, Yapılar üzerindeki etkiler – Bölüm 1–4: Genel etkiler - rüzgâr etkileri, Ankara: Türk Standartları Enstitüsü, 2005.
3. Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği, Ankara: Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, 2018. Çelik Yapıların Tasarım, Hesap ve Yapım Esaslarına Dair Yönetmelik, Ankara: Çevre ve Şehircilik Bakanlığı, 2018.
4. AISC 360-16, Specification for Structural Steel Buildings, Chicago: American Institute of Steel Construction, 2016.
5. S. P. Timoshenko ve S. Woinowsky-Krieger, Theory of Plates and Shells, Singapore: McGraw-Hill, 1959.
6. S. P. Timoshenko, Theory of Elastic Stability, New York: McGraw-Hill Book Co. Inc, 1961.
7. C. M. Papadopoulos ve M. T. LoRicco, «Symmetry-adapted computation: A case study of the Bucharest dome,» %1 içinde In Joint International Conference on Computing and Decision Making in Civil and Building Engineering, Montreal, Canada, 2006.
8. K. Soykan, Çelik uzay kubbe sisemlerin ağırlıkça optimum dizaynı, (Yüksek lisans tezi). Selçuk Üniversitesi: Konya, 2007.

9. C. Çiftçi, Stability of steel dome structures, (Yüksek lisans tezi). Boğaziçi Üniversitesi: İstanbul, 2009.
10. U. Karabulut, Geniş açıklıklı uzay kafes sistemlerin ilgili türk ve avrupa standartları uyarınca karşılaştırmalı olarak incelenmesi, (Yüksek lisans tezi). Karadeniz Teknik Üniversitesi: Trabzon, 2018.
11. T. Kara, Tek tabakalı kubbelerin taşıyıcı sistemlerinin yönetmelikler açısından değerlendirilmesi, (Yüksek lisans tezi). Yıldız Teknik Üiversitesi: İstanbul, 2019.
12. M. Özcan, Tek katmanlı uzay kafes kubbelerde çapraz eleman kullanımının tasarıma etkisinin belirlenmesi, (Yüksek lisans tezi). Akdeniz Üniversitesi: Antalya, 2019.
13. G. Yılmaz, Tek Katmanlı Uzay Kafes Kubbelerde Berkitme Elemanı Kullanımının Tasarıma Etkisinin Belirlenmesi, (Yüksek lisans tezi). Akdeniz Üniversitesi: Antalya, 2021.
14. A. Adnanoğlu, Farklı açıklıklara sahip dolu gövdeli kubbe kafes sistemler ile dairesel boşluklu kubbe kafes sistemlerin tasarım ve maliyet karşılaştırılması, (Yüksek lisans tezi). Akdeniz Üniversitesi: Antalya, 2022.
15. F. Wang ve G. Jiang, «Numerical Investigations of Wind Loads on Spherical Structures with Various Types of Configurations,» Buildings, pp. 12(11), 1832, 2022.
16. M. A. Bektaş, Çelik Uzay Kafes Kubbe Sistemlerinin Türkiye Bina Deprem Yönetmeliği ve Türk Çelik Yapılar Tasarım Yönetmeliğine Göre Analiz ve Tasarımı, Dicle Üniversitesi (Yüksek Lisans Tezi).Diyarbakır, 2023.
17. A. H. Glenn, «Snap-Through Instability Patterns in Truss Structures,» %1 içinde In 51st AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference 18th AIAA/ASME/AHS Adaptive Structures Conference 12th, 2010.
18. Y. Li ve Y. L. Xu, «Tuning and switching of band gap of the periodically undulated beam by the snap through buckling,» AIP Advances, p. 7(5), 2017.