Buckling of gridshells from dome to free-form structures = Instabilità dei gridshell dalle cupole alle strutture a forma libera

Sabrina Pugnale

Buckling of gridshells from dome to free-form structures = Instabilità dei gridshell dalle cupole alle strutture a forma libera.

Rel. Mario Sassone. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città, 2013

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Abstract:	I gridshell sono strutture leggere resistenti per forma. Si possono considerare come suddivisione di un guscio continuo in una griglia di elementi snelli, collegati tra loro nei nodi. Con tale configurazione, la struttura tende a un comportamento non lineare nella sua globalità., il che rende importante la necessità di verificarne adeguatamente l’instabilità. L’instabilità è un fenomeno che si presenta e va considerato in tutte le tipologie strutturali. Quelle che resistono principalmente a compressione, come appunto i gridshell, ne risentono particolarmente. Questa tesi s’incentra su tale tipologia, e investiga inizialmente l’influenza di alcuni parametri sul carico critico per l'instabilità di cupole reticolate in acciaio e vetro. Diverse analisi sono state eseguite su configurazioni a pianta circolare, di diversa forma e curvatura: cupole sferiche, paraboliche ed ellittiche. Tale scelta permette un parziale confronto con i più recenti lavori di ricerca in questo ambito, i quali riportano test basati su dati geometrici e strutturali simili. Lo studio sui parametri è stato effettuato mediante analisi di stabilità (analisi di buckling) al primo e al secondo ordine, considerando però solo imperfezioni di tipo geometrico. Una discussione dei risultati ottenuti è poi riportata per ognuno dei parametri variabili considerati. Il rapporto che lega forma e instabilità strutturale è stato poi analizzato in due casi studio reali a forma libera in acciaio e vetro: la copertura del British Museum di Londra e la House for Hippopotamus dello zoo di Berlino. Il processo di definizione dei modelli geometrici parametrici e dei modelli per l’analisi agli elementi finiti è spiegato in dettaglio nel testo, ed è volto all’automazione della procedura di modellazione e analisi strutturale. Questa tesi può essere concettualmente suddivisa in tre parti. Nella prima, sono introdotti i principali concetti riguardanti la stabilità e le relative possibilità di analisi e verifica. E inoltre spiegato tutto il processo di parametrizzazione dei modelli geometrici e il collegamento tra software di modellazione e per l’analisi strutturale. Nella seconda parte sono illustrati i parametri che influenzano il carico critico di diversi tipi di cupole a pianta circolare, con relative analisi e commenti. Nella terza parte si presentano le analisi strutturali sui due casi studio a forma libera. Abstract in italiano (PDF, 291kB - Creative Commons Attribution) Abstract in inglese (PDF, 190kB - Creative Commons Attribution)
Relatori:	Mario Sassone
Tipo di pubblicazione:	A stampa
Soggetti:	S Scienze e Scienze Applicate > SD Computer software
Corso di laurea:	Corso di laurea magistrale in Architettura Costruzione Città
Classe di laurea:	NON SPECIFICATO
Aziende collaboratrici:	NON SPECIFICATO
URI:	http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/3188
Capitoli:	Contents Acknowledgements Abstract (Italian) Abstract 1. Introduction 1.1. Thesis organization and aims 1.2. Research outline and methodology 2. Basics of structural stability 2.1. Stable, neutral and unstable equilibrium 2.2. Critical points 2.3. Types of buckling 2.4. Types of buckling in gridshells 3. Parametric design of dome benchmarks 3.1. Parametric models 3.2. Grasshopper definition and Rhino script algorithm 4. Stability analysis methods for reticulated shells 4.1. Continuum methods and discrete methods 4.2. First order and second order analysis methods 5. Buckling of steel reticulated domes 5.1. State-of-the-art 5.2. Procedure 5.3. Geometrical models 5.4. Finite Element models 5.5. Finite Element Analysis of domes 5.6. Parameters 5.6.1. Rise to span ratio 5.6.2. Load distribution 5.6.3. Node connections 5.6.4. Geometrical imperfection 5.7. Parameter influence on buckling loads 5.7.1. Influence of shape on buckling load 5.7.2. Influence of height/span ratio on buckling load 5.7.3. Influence of symmetry/asymmetry of the load 5.7.4. Influence of geometrical imperfection 6. Free-form case studies 6.1. British Museum court roof in London 6.1.1. Geometrical model 6.1.2. Structural analysis 6.2. House for Hippopotamus at Berlin Zoo 6.2.1. Geometrical model 6.2.2. Structural analysis 7. Final remarks and further investigations Bibliography Appendix A: Rhinoscript® code for FE Analysis Appendix B: ANSYS® batch files
Bibliografia:	ANSYS, I., 2009. ANSTS® Multiphysics, Release 12.0, help system, Element Reference. s.l.:s.n. ANSYS, I., 2009. ANSTS® Multiphysics, Release 12.0, help system, Structural Analysis Guide. . s.l.:s.n.. Bouhaya, L., 2010. Optimisation structurelle des gridshells. s.l., Université Paris Est. Bulenda, T. & Knippers, J., 2001. Stability of gridshells. Computers & Structures, Issue 79, pp. 1161-1174. Burkhardt, B., Hennicke, J. & Otto, F., 1974. Gridshells. IL, Issue 10. Bushnell, D., 1981. Buckling of Shells - Pitfall for Designers. AIAA Journal, September, 19(9), pp. 1183-1226. Cai, J., Xu, Y., Feng, J. & Zhang, J., 2012. Nonlinear stability of a single-layer hybrid grid shell. Journal of civil engineering and Management. Cook, R. D., 1995. Finite Element Modeling for Stress Analysis, s.l.:John Wiley & Sons. Dimcic, M., 2011. Structural Optimization of Grid Shells based on Genetic Algorithms. Stuttgart: (dissertation). Dobson, R., 2002. An Overview of P-Delta Analysis. 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