Dynamic Properties of One-Storey Industrial Building
Date
2020
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
EN: Purpose. Recently, there has been a growing demand in Ukraine for the reuse of industrial buildings that have not been in exploitation for a certain period of time. At the same time, there are frequent cases when new technological equipment transfers significant dynamic loads to existing structures over a long period of time. Since the available data regarding the dynamic properties of industrial buildings are now practically absent, the main goal of the studies made by the authors is to evaluate and analyze own dynamic characteristics of a one-storey industrial building. Methodology. To achieve this goal, it was necessary first to choose the type of industrial building, which is common enough for the formulated conditions of the reuse possibility. A one-storey unheated industrial building with three purlins (purlins 15 + 15 + 6 m) with a steel supporting frame was taken as such a building. In the course of research, the cross sections of the main load-bearing elements were varied, as well as the schemes of their connection with each other. The calculations were carried out by the finite element method based on the Lira for Windows project complex. Findings. The obtained frequency spectra of the own dynamic characteristics for the main bearing structural elements of an industrial building of the type in question are in the range up to 30 Hz. Also, during the research, dependencies were obtained for changing this range for various cases of design decisions of the building. Originality. The research results presented in the publication make it possible to evaluate the range of the own dynamic characteristics of single-storey multipurlined unheated industrial buildings with the traditional structural solution of the steel frame. Practical value. The resulting range of the own dynamic characteristics of the industrial building of the type in question is quite dangerous for human health. The most unfavorable is the oscillation form of the columns, which actually involves the entire structural frame. Therefore, in the course of research, a special method was developed and tested to stabilize such vibrations «on the base» using flexible ropes.
UK: Мета. Зараз в Україні зростає попит на повторне використання промислових будівель, які протягом певного часу не були в експлуатації. При цьому частими є випадки, коли нове технологічне обладнання передає на наявні конструкції значні динамічні навантаження протягом тривалого часу. Оскільки дані щодо динамічних властивостей виробничих будівель на сьогодні практично відсутні, основною метою нашого дослідження є оцінка власних динамічних характеристик одноповерхової виробничої будівлі. Методика. Для досягнення поставленої мети необхідно було спочатку обрати тип виробничої будівлі, який є доволі розповсюдженим для сформульованих умов можливості повторного використання. За таку будівлю було взято одноповерхову трипрогонову неопалювану виробничу будівлю (прогони 15 + 15 + 6 м) зі сталевим несучим каркасом. У ході досліджень варіювались перерізи основних несучих елементів, а також схеми їх з’єднання між собою. Розрахунки виконано методом скінченних елементів на базі проєктного комплексу Lira for Windows. Результати. Отримані частотні спектри власних динамічних характеристик основних несучих конструктивних елементів для виробничої будівлі розглядуваного типу перебувають у діапазоні до 30 Гц. Також у ході досліджень отримані залежності для зміни цього діапазону для різних випадків проєктно-конструкторських рішень будівлі. Наукова новизна. Представлені в публікації результати досліджень дозволяють оцінити спектр власних динамічних характеристик одноповерхових багатопрогонових неопалюваних виробничих будівель із традиційним конструктивним рішенням сталевого каркасу. Практична значимість. Отриманий діапазон власних динамічних характеристик виробничої будівлі розглядуваного типу виявляється доволі небезпечним для здоров’я людини. Найбільш несприятливою є форма коливань колон, яка фактично залучає до роботи весь конструктивний каркас. Тому в ході досліджень було розроблено та перевірено спеціальний спосіб стабілізації таких коливань «на основу» за допомогою гнучких канатів.
RU: Цель. В последнее время в Украине растет спрос на повторное использование промышленных зданий, которые на протяжении определенного периода времени не пребывали в эксплуатации. При этом нередки случаи, когда новое технологическое оборудование передает на существующие конструкции значительные динамические нагрузки на протяжении длительного времени. Поскольку данные относительно динамических свойств производственных зданий на сегодня практически отсутствуют, основной целью нашего исследования является оценка собственных динамических характеристик одноэтажного производственного здания. Методика. Для достижения поставленной цели необходимо было сначала избрать тип производственного здания, который является достаточно распространенным для сформулированных условий возможности повторного использования. В качестве такого здания было принято одноэтажное трехпролетное неотапливаемое производственное здание (пролеты 15 + 15 + 6 м) со стальным несущим каркасом. В ходе исследований варьировались сечения основных несущих элементов, а также схемы их соединения между собой. Расчеты выполнены методом конечных элементов на базе проектного комплекса Lira for Windows. Результаты. Полученные частотные спектры собственных динамических характеристик основных несущих конструктивных элементов для производственного здания рассматриваемого типа находятся в диапазоне до 30 Гц. Также в ходе исследований получены зависимости для изменения этого диапазона для различных случаев проектно-конструкторских решений здания. Научная новизна. Представленные в публикации результаты исследований позволяют оценить спектр собственных динамических характеристик одноэтажных многопролетных неотапливаемых производственных зданий с традиционным конструктивным решением стального каркаса. Практическая значимость. Полученный диапазон собственных динамических характеристик производственного здания рассматриваемого типа оказывается достаточно опасным для здоровья человека. Наиболее неблагоприятной является форма колебаний колонн, которая фактически вовлекает в работу весь конструктивный каркас. Поэтому в ходе исследований был разработан и проверен специальный способ стабилизации таких колебаний «на основание» с помощью гибких канатов.
UK: Мета. Зараз в Україні зростає попит на повторне використання промислових будівель, які протягом певного часу не були в експлуатації. При цьому частими є випадки, коли нове технологічне обладнання передає на наявні конструкції значні динамічні навантаження протягом тривалого часу. Оскільки дані щодо динамічних властивостей виробничих будівель на сьогодні практично відсутні, основною метою нашого дослідження є оцінка власних динамічних характеристик одноповерхової виробничої будівлі. Методика. Для досягнення поставленої мети необхідно було спочатку обрати тип виробничої будівлі, який є доволі розповсюдженим для сформульованих умов можливості повторного використання. За таку будівлю було взято одноповерхову трипрогонову неопалювану виробничу будівлю (прогони 15 + 15 + 6 м) зі сталевим несучим каркасом. У ході досліджень варіювались перерізи основних несучих елементів, а також схеми їх з’єднання між собою. Розрахунки виконано методом скінченних елементів на базі проєктного комплексу Lira for Windows. Результати. Отримані частотні спектри власних динамічних характеристик основних несучих конструктивних елементів для виробничої будівлі розглядуваного типу перебувають у діапазоні до 30 Гц. Також у ході досліджень отримані залежності для зміни цього діапазону для різних випадків проєктно-конструкторських рішень будівлі. Наукова новизна. Представлені в публікації результати досліджень дозволяють оцінити спектр власних динамічних характеристик одноповерхових багатопрогонових неопалюваних виробничих будівель із традиційним конструктивним рішенням сталевого каркасу. Практична значимість. Отриманий діапазон власних динамічних характеристик виробничої будівлі розглядуваного типу виявляється доволі небезпечним для здоров’я людини. Найбільш несприятливою є форма коливань колон, яка фактично залучає до роботи весь конструктивний каркас. Тому в ході досліджень було розроблено та перевірено спеціальний спосіб стабілізації таких коливань «на основу» за допомогою гнучких канатів.
RU: Цель. В последнее время в Украине растет спрос на повторное использование промышленных зданий, которые на протяжении определенного периода времени не пребывали в эксплуатации. При этом нередки случаи, когда новое технологическое оборудование передает на существующие конструкции значительные динамические нагрузки на протяжении длительного времени. Поскольку данные относительно динамических свойств производственных зданий на сегодня практически отсутствуют, основной целью нашего исследования является оценка собственных динамических характеристик одноэтажного производственного здания. Методика. Для достижения поставленной цели необходимо было сначала избрать тип производственного здания, который является достаточно распространенным для сформулированных условий возможности повторного использования. В качестве такого здания было принято одноэтажное трехпролетное неотапливаемое производственное здание (пролеты 15 + 15 + 6 м) со стальным несущим каркасом. В ходе исследований варьировались сечения основных несущих элементов, а также схемы их соединения между собой. Расчеты выполнены методом конечных элементов на базе проектного комплекса Lira for Windows. Результаты. Полученные частотные спектры собственных динамических характеристик основных несущих конструктивных элементов для производственного здания рассматриваемого типа находятся в диапазоне до 30 Гц. Также в ходе исследований получены зависимости для изменения этого диапазона для различных случаев проектно-конструкторских решений здания. Научная новизна. Представленные в публикации результаты исследований позволяют оценить спектр собственных динамических характеристик одноэтажных многопролетных неотапливаемых производственных зданий с традиционным конструктивным решением стального каркаса. Практическая значимость. Полученный диапазон собственных динамических характеристик производственного здания рассматриваемого типа оказывается достаточно опасным для здоровья человека. Наиболее неблагоприятной является форма колебаний колонн, которая фактически вовлекает в работу весь конструктивный каркас. Поэтому в ходе исследований был разработан и проверен специальный способ стабилизации таких колебаний «на основание» с помощью гибких канатов.
Description
D. Rozumenko: ORCID 0000-0001-6058-9417; D. Bannikov: ORCID 0000-0002-9019-9679
Keywords
industrial building, modal analysis, dynamic characteristics, finite element method, complex Lira for Windows, виробнича будівля, модальний аналіз, динамічні характеристики, метод скінченних елементів, комплекс Lira for Windows, производственное здание, модальный анализ, динамические характеристики, метод конечных элементов, КБВ
Citation
Rozumenko D. V., Bannikov D. O. Dynamic Properties of One-Storey Industrial Building. Наука та прогрес транспорту. 2020. № 1 (85). С. 138–148. DOI: 10.15802/stp2020/199378.