• Advances in Computational Design
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• 제1권1호
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• pp.1-25
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• 2016

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.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제56권4호
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• pp.667-694
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• 2015

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.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제2권1호
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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.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제12권1호
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• pp.59-68
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• 2012

대공간 구조시스템의 하나인 스페이스 프레임 구조는 종횡의 부재가 3차원적으로 연결되어 입체적으로 외부 힘에 저항하는 구조로써 높은 강성을 갖는다. 또한 균등한 응력 분담이 가능하도록 설계되는 스페이스 프레임 고유의 역학적 특성에 기인하여 경량화가 가능하다. 스페이스 프레임의 구조안정 문제는 구조물의 여러 가지 조건에 따라 결정되며 매우 중요하다. 본 연구에서는 기하학적 형태에 따른 래티스 돔의 동적구조불안정 특성을 알아보기 위해 2-자유 절점 구조물을 통해 스페이스 프레임의 붕괴 메터니즘을 파악하고, 기하학적 형태에 따라 Star Dome, Parallel Lamella Dome, 3-Way Grid Dome을 모델로 선택하여 동일레벨의 주기성이 없는 STEP 하중에 의한 동적외력 하에서의 라이즈-스팬(${\mu}$)비 및 형상불완전에 따른 불안정 거동 특성을 알아본다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.109-118
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• 2012

주기성을 가진 하중하에서의 거동은 스텝하중하에서의 거동과는 다른 거동을 보일 것이라 예상된다. 본 연구에서는 기하학적 형태에 따른 래티스 돔 구조물을 정현파 하중에서의 동적구조불안정 특성을 알아본다. 대공간 구조시스템의 하나인 스페이스 프레임 구조는 종횡의 부재가 3차원적으로 연결되어 입체적으로 외부 힘에 저항하는 구조로써 높은 강성을 갖는다. 또한 균등한 응력 분담이 가능하도록 설계되는 스페이스 프레임 고유의 역학적 특성에 기인하여 경량화가 가능하다. 스페이스 프레임의 구조안정문제는 구조물의 여러 가지 조건에 따라 결정되고 매우 중요한 사항이다. 따라서 기하학적 형태에 따라 Star Dome, Parallel Lamella Dome, 3-Way Grid Dome을 모델로 선택하여 라이즈-스팬(${\mu}$)비 및 형상불완전에 따른 불안정 거동 특성을 알아본다. 전체적으로 래티스 돔 구조물은 비감쇠 보다 감쇠를 도입한 경우 동적 좌굴하중에 대한 효율이 높아짐을 알 수 있다.

• Architectural research
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• 제10권1호
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• pp.25-32
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• 2008

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.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제11권2호
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• pp.111-118
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• 2011

단층 래티스 돔과 같은 스페이스 프레임 구조물은 대공간을 확보하기 위하여 강접합으로 설계함으로써 경제성과 심미성 등의 장점을 확보할 수 있다. 그러나 실제 구조물의 접합상태는 완전한 강접합도, 완전한 핀접합도 아닌 접합부 상세에 따라 중간적인 특성을 나타내는 반강접합이 일반적이다. 본 연구에서는 저자 등에 의해 제안된 Step-Up Erection 공법을 적용하여 단층 라멜라 돔의 접합부 강성에 따른 시공 중의 좌굴 특성을 해석적으로 규명하였다. 얻어진 결과는 시공 Step이 증가할수록 그리고 접합부 휨강성이 핀접합에 가까울수록 좌굴내력은 감소하였으며, 좌굴모드는 시공 Step이 증가할수록, 접합부 휨강성이 강접합에 가까울수록 돔의 정점 부근에서 뜀좌굴 현상에 의한 절점좌굴이 발생하였다. 또한, 시공 Step이 낮을 경우 저면 경계부의 원주방향 부재에서 큰 인장응력 분포를 나타내었으며, 시공 Step이 증가할수록 정점 중앙부에서 큰 압축응력 분포를 보였다. 완성돔을 제외한 시공 중 Step에서는 Step이 증가할수록, 접합부 휨강성이 핀접합에 가까울수록 저면부 경선방향 부재에서 큰 인장응력 분포를 나타내었다.

• 한국공간구조학회논문집
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• 제10권4호
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• pp.67-74
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• 2010

대공간 구조형식을 갖는 단층 래티스 돔은 역학성, 가능성, 심미성 등을 갖는 구조물로서 그 용도가 점점 확대되고 있다. 단층 래티스 돔의 골조 격자 패턴은 무수히 존재하며, 그 대표적인 패턴에는 삼각형, 사각형, 육각형, 라멜라형, 리브형 등이 있다. 대공간 구조물의 경우, 일반구조물과 달리 재래적인 공법으로 지붕 골조를 시공할 경우 많은 가설재가 소요됨으로 시공비 증가가 예상된다. 따라서 대공간 구조물의 지붕 골조 설치는 특수 Erection 공법에 의하는 것이 일반적이며, 그 중 지상에서 지붕골조를 설치 후 jack-up 서포트에 의해 골조를 인양하는 Step-Up 공법을 적용할 경우 공기와 공비의 대폭적인 절감이 예상된다. 따라서 본 논문의 목적은 Step-Up 공법에 의해 단층라멜라 돔의 지붕골조를 시공할 경우, 인양 중 가설 서포트 개수와 위치에 따른 좌굴특성을 검토하는 것이다. 연구 결과 서포트 개수 및 위치에 따른 단층라멜라 돔의 다양한 좌굴 특성에 관한 실무자를 위한 기초적인 자료를 얻을 수 있었다.