A platform for research: civil engineering, architecture and urbanism
Single story steel structure with steel roofing made of corrugated steel sheet has been widely used in the industrial building. Corrugated steel roof is often regarded as retaining structure which only takes the vertical loads. However, the corrugated steel sheet has the significant capacity of in plane shear resistance and it can receive a lot of horizontal load through the strong enough connections to building steel structure and transfer the loads to end gables of the building. This phenomenon is called stressed skin effect or diaphragm effect. It could be used to improve the overall stiffness of the main structure and decrease the horizontal deformation of columns at roof level. In this master’s thesis, the author uses the one span and one-story building steel frame with flat roof structure as an example for the analysis. The basic theory and calculation formulas for the stressed skin are presented for different types of the roof systems. The Excel calculation was proposed as a simple design method to figure out the equivalent structure for description for the roof diaphragm, which can be easily conducted in the global FEM structural analysis. Through the comparative analysis of different ways of modelling, we could get the following conclusions: The stressed skin effect of the roof can be simplified into the equivalent horizontal truss structure made of steel or spring members or surface member. All the methods work properly, and the designer of the building steel structure can choose the suitable way to perform structural analysis. Comparison of 3D analysis models of steel structure with or without stressed skin effect shows that by utilizing of stressed skin effect, the roof sheet can replace the often used horizontal roof truss and that it also may decrease the displacements and reduce shear force of the main columns under the same performance. ; Teollisuuden yksikerroksisissa teräsrunkoisissa rakennuksissa käytetään usein teräsohutlevystä tehtyä profiilipeltikattoa. Suunnitteluvaiheessa profiilipeltikattoa käsitellään usein vain katon pystykuormia kantavan rakenteena. Muotolevyllä on kuitenkin suuri leikkauskestävyys katon tasossa ja se kestää merkittäviä vaakatasoisia kuormia, joka välitetään teräsrakenteesta riittävän vahvojen kiinnikkeiden avulla, ja voi siirtää kuormituksen rakennuksen päätyyn. Tätä ilmiötä kutsutaan nimellä profiilipellin levyvaikutus. Kattorakenteen levyvaikutusta voidaan käyttää parantamaan rakennuksen kokonaisjäykkyyttä ja pienentämään vaakasuuntaisia siirtymiä katon tasossa. Tässä opinnäytetyössä analysoitava rakenne on yksikerroksinen tasakattoinen teräsrakenteinen rakennus. Levyvaikutuksen toiminta ja laskentakaavat esitetään erityyppisille profiilipellillä toteutettaville kattojärjestelmille. On myös laadittu Excel-laskentapohja, jota on ehdotettu yksinkertaistetuksi suunnittelumenettelyksi, kun määritellään levyvaikutusta vastaava rakenne, joka voidaan helposti luoda globaalissa FEM-laskentamallissa. Vertailevien analyysin kautta voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: Katon levyvaikutus voidaan yksinkertaistaa vastaavaksi vaakaristikkorakenteeksi, jossa on terässauvat tai jousielementit, tai levyvaikutus voidaan kuvata kalvorakenteena, jolla on levyvaikutuksen jäykkyysominaisuudet. Kaikki menetelmät toimivat riittävän hyvin ja teräsrakenteen suunnittelija voivat valita kohteeseen sopivan tavan. Vertaamalla 3D analyysin avulla teräsrunkorakeita levyvaikutuksen kanssa ja ilman, käy ilmi, että profiilipellin levyvaikutus voi korvata katon ristikon ja vähentää vaaka siirtymää ja pääsarakkeiden leikkausvoimaa samalla suorituskyvyllä.
Single story steel structure with steel roofing made of corrugated steel sheet has been widely used in the industrial building. Corrugated steel roof is often regarded as retaining structure which only takes the vertical loads. However, the corrugated steel sheet has the significant capacity of in plane shear resistance and it can receive a lot of horizontal load through the strong enough connections to building steel structure and transfer the loads to end gables of the building. This phenomenon is called stressed skin effect or diaphragm effect. It could be used to improve the overall stiffness of the main structure and decrease the horizontal deformation of columns at roof level. In this master’s thesis, the author uses the one span and one-story building steel frame with flat roof structure as an example for the analysis. The basic theory and calculation formulas for the stressed skin are presented for different types of the roof systems. The Excel calculation was proposed as a simple design method to figure out the equivalent structure for description for the roof diaphragm, which can be easily conducted in the global FEM structural analysis. Through the comparative analysis of different ways of modelling, we could get the following conclusions: The stressed skin effect of the roof can be simplified into the equivalent horizontal truss structure made of steel or spring members or surface member. All the methods work properly, and the designer of the building steel structure can choose the suitable way to perform structural analysis. Comparison of 3D analysis models of steel structure with or without stressed skin effect shows that by utilizing of stressed skin effect, the roof sheet can replace the often used horizontal roof truss and that it also may decrease the displacements and reduce shear force of the main columns under the same performance. ; Teollisuuden yksikerroksisissa teräsrunkoisissa rakennuksissa käytetään usein teräsohutlevystä tehtyä profiilipeltikattoa. Suunnitteluvaiheessa profiilipeltikattoa käsitellään usein vain katon pystykuormia kantavan rakenteena. Muotolevyllä on kuitenkin suuri leikkauskestävyys katon tasossa ja se kestää merkittäviä vaakatasoisia kuormia, joka välitetään teräsrakenteesta riittävän vahvojen kiinnikkeiden avulla, ja voi siirtää kuormituksen rakennuksen päätyyn. Tätä ilmiötä kutsutaan nimellä profiilipellin levyvaikutus. Kattorakenteen levyvaikutusta voidaan käyttää parantamaan rakennuksen kokonaisjäykkyyttä ja pienentämään vaakasuuntaisia siirtymiä katon tasossa. Tässä opinnäytetyössä analysoitava rakenne on yksikerroksinen tasakattoinen teräsrakenteinen rakennus. Levyvaikutuksen toiminta ja laskentakaavat esitetään erityyppisille profiilipellillä toteutettaville kattojärjestelmille. On myös laadittu Excel-laskentapohja, jota on ehdotettu yksinkertaistetuksi suunnittelumenettelyksi, kun määritellään levyvaikutusta vastaava rakenne, joka voidaan helposti luoda globaalissa FEM-laskentamallissa. Vertailevien analyysin kautta voidaan tehdä seuraavat johtopäätökset: Katon levyvaikutus voidaan yksinkertaistaa vastaavaksi vaakaristikkorakenteeksi, jossa on terässauvat tai jousielementit, tai levyvaikutus voidaan kuvata kalvorakenteena, jolla on levyvaikutuksen jäykkyysominaisuudet. Kaikki menetelmät toimivat riittävän hyvin ja teräsrakenteen suunnittelija voivat valita kohteeseen sopivan tavan. Vertaamalla 3D analyysin avulla teräsrunkorakeita levyvaikutuksen kanssa ja ilman, käy ilmi, että profiilipellin levyvaikutus voi korvata katon ristikon ja vähentää vaaka siirtymää ja pääsarakkeiden leikkausvoimaa samalla suorituskyvyllä.
Stressed skin structures in plywood
Engineering Index Backfile | 1942
|The Stressed Skin Design of steel buildings
TIBKAT | 1973
|The Stressed Skin Design of steel buildings
UB Braunschweig | 1973
|Stressed skin action of modern steel roof systems
British Library Online Contents | 1999
|Coated steel web for factory-produced stressed-skin panel
Tema Archive | 1981
|