Ребристые купола радиального типа.

В зданиях, круглых или многоугольных в плане, для покрытий при­меняют ребристые и ребристо-кольцевые купола. Они состоят из рас­положенных радиально плоских прямолинейных или криволинейных ребер в виде полуарок, верхними концами упирающихся в верхнее круглое или многоугольное кольцо, а нижними — на фундаменты ли­бо нижнее кольцо, уложенное на колонны или стены.

При больших диаметрах здания арки применяют, как правило, кру­говые, а при малых — прямолинейные, круговые и стрельчатые. Фор­ма поверхности купола зависит от плана здания и очертания арок. По аркам укладывают плиты покрытия трапециевидной формы или про­гоны с дощатым настилом.

В ребристых куполах ограждающие конструкции (плиты и прогоны) имеют большое количество типоразмеров вследствие изменения рас­стояний между арками от нижнего до верхнего кольца. Для упрощения изготовления и монтажа куполов небольших пролетов с прямолиней­ными полуарками их могут выполнять в виде отдельных трапециевид­ных блоков. Каждый блок состоит из двух меридиональных и не­скольких кольцевых ребер, а также ограждения из ребристых фанер­ных плит (рис. 11.10). Кольцевые ребра принимают прямоугольного поперечного сечения, высота которого не меньше половины высоты сечения меридиональных. Пространство между основными ребрами блока заполняют ребристыми фанерными плитами, у которых сквоз­ные ребра располагаются по кольцу.

Высоту плит подбирают так, чтобы верхняя фанерная обшивка на­клеивалась на их ребра и меридиональные ребра блока. Крепят фане­ру на клею с последующим прессованием (если позволяют габариты пресса) или гвоздями.

Вентиляция плит предусматривается в меридиональном направле­нии, для чего в кольцевых ребрах делают прорези. Выход воздуха — у начала фонаря, по типу рис. 4.4, и. Для обеспечения пространствен­ной жесткости блока зазоры между плитами рекомендуется заполнять полимербетоном марки ФАЭД.

Крепление к нижнему и верхнему кольцам осуществляют сталь­ными элементами, как в обычных ребристых куполах. Если кольца деревянные клееные, крепление осуществляют с помощью вклеенных стальных стержней.

Ребристый купол при расчете на вертикальную симметричную от­носительно оси купола нагрузку расчленяют на отдельные плоские ар­ки. Каждая воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади в виде треугольника (от веса покрытия и снега), а также тех­нологических сосредоточенных нагрузок.

Наибольшие ординаты эпюр нагрузки (см. рис. 11.9):

Рис. 11.9. Схемы ребристых купо­лов: а — покрытие по прогонам; б — то же, по плитам; в — расчетная схема арки; 1— ребра арки; 2 — кольцевые про­гоны; 3 — дощатый настил; 4 — ниж­нее кольцо; 5 — верхнее кольцо; 6 — плиты покрытия; 7 — поперечные скат­ные связи; 8 — грузовая площадь на­грузок на расчетное ребро.

Постоянной: g=(g_с.в.+g₀B)s/D,

Снеговой: р=р₀ncB, где g_с.в-нагрузка от веса полуарки, g₀-нагрузка от 1м² покрытия, р_0,n,c-по нормам, В-расстояние между осями арок по нижнему кольцу, s-длина дуги арки.

При действии на купол несимметричных вертикальных нагрузок и горизонтальных ветровых арка, получающая от нагрузки наибольшее горизонтальное смещение, испытывает отпор соседних арок, располо­женных к ней под углом. Предполагается, что горизонтальные сечения купола смещаются в горизонтальном направлении относительно друг друга без поперечных деформаций; упругий отпор считают приложен­ным в ключе арки.

 

 

В деревянных ребристых куполах расчет ведут без учета упругого отпора соседних арок. В этом случае (с запасом прочности) арки рас­считывают на все виды нагрузок как обычные плоские системы по схе­ме, приведенной на рис. 11.9, в, с учетом указаний § 7.1, 7.2.

Конструктивный расчет арок и узлов опирания выполняют так же, как и в обычных арках (§ 7.2). Кроме того, рассчитывают нижнее железобетонное кольцо по СНиП 2.03.01-84, а верхнее стальное про­веряют на устойчивость:

N_кр=(4π/m)²EI_y/a²≥N=H/(2cosα),

где т — число сторон правильного многоугольника;

I_y — момент инерции сечения кольца относительно вертикальной оси; а — длина стороны многоугольника; Н — распор арки; α — по­ловина внутреннего угла между сторонами многоугольника.

 

53. Кружально-сетчатые своды.

Кружально-сетчатые пространственные конструкции образуются из отдельных прямолинейных стандартных элементов-косяков, распо­лагающихся по двум пересекающимся направлениям цилиндрической поверхности свода, и образуют ломаные винтовые линии.

В зданиях, прямоугольных в плане, покрытия имеют цилиндриче­скую поверхность (рис. 11.2, а), а многоугольных в плане — состоят из отдельных секторов, являющихся частью цилиндрического свода (рис. 11.2, в),

При пролетах размером до 20 м косяки изготовляют из цельных до­сок, а при больших пролетах — клееными дощатыми или фанерными. Соединяют цельные косяки в узлах с помощью шипов и гнезд (система С. И. Песельника) и на болтах (система Цольбау). Составные косяки соединяют на шипах (предложение Г. Г. Карлсена и Б. А. Освенского) или с помощью болтов с бесшарнирными узлами (предложение Б. А. Освенского).

Возможно также крепление косяков между собой вклеенными сталь­ными стержнями. При пересечении их под прямым углом образуется прямоугольная сетка (см. рис. 11.2, а), а под острым (35...50°) — ром­бическая (см. рис. 11.2, б, в). При узловых соединениях на болтах при­меняют только ромбическую сетку.

Кружально-сетчатые своды собирают из стандартных элементов, изготовляемых в заводских условиях и транспортируемых к месту строительства в пакетах (рис. 11.3). Собирают своды на передвижных инвентарных подмостях. При небольших пролетах и значительной длине здания их расчленяют на отдельные блоки, которые собирают на земле, а затем целиком поднимают и устанавливают на стены или колонны здания.

Косяки, примыкающие к настенному брусу, уло­женному на продольные стены, концами упирают в специальные гнез­да, вырезанные в брусе, и прикрепляют гвоздями (см. рис. 11.3, а, б, г).

 

В торцах здания устанавливают двух- или трехслойные кружальные арки, к которым косяки закрепляют гвоздями (см. рис. 11.3, д).

Распор свода воспринимают фундаменты или стальные затяжки, расположенные по его длине на расстоянии 1,5...3 м, кратном шагу уз­лов косяков. В коньке стрельчатых сводов устанавливают продольный брус, к которому крепят косяки.

По верхней поверхности свода укладывают дощатый продольный настил или плиты, которые надежно прикрепляют к косякам, посколь­ку они воспринимают продольные усилия, передающиеся торцовым стенам. Каждую доску настила крепят к косяку, а каждый косяк — к настенному и коньковому брусу в стрельчатых сводах или к торцовой арке (не менее чем двумя гвоздями). Плиты прикрепляют к косякам стальными крепежными деталями.

Кружально-сетчатые сомкнутые своды на многоугольном плане об­разуют многогранный купол (см. рис. 11.2, в), состоящий из одинако­вых секторов, являющихся частью ромбического свода. Смежные секторы примыкают к ребрам, назы­ваемым гуртами. Для применения по всей площади сектора стандарт­ных косяков гурты выполняют в плане эллиптической формы. При f/d≤ 5 очертание гурта можно принять по окружности.

Нижнее распорное многоугольное кольцо чаще всего выполняют железобетонным и к нему крепят настенные брусья секторов свода. Верхнее кольцо — из кружал или клееное. Конструкция сетки и де­тали ее примыкания к обрамляющим сектор элементам аналогичны цилиндрическому кружально-сетчатому своду — пространственной, многократно статически неопределимой системе.

Точный статический расчет можно выполнять с применением ЭВМ. Чаще используют приближенный метод расчета, точность которого

достаточная для строительных конструкций, оправдана проектной и эксплуатационной практикой.

При расчете по приближенному методу в своде нормально его оси выделяют расчетную полосу шириной с (см. рис. 11.2, а, б), принима­емую в зависимости от пролета свода от 0,7 до 1,5 м.

Далее рассматривают плоскую арку пролетом l, высотой f и шири­ной с, для которой выполняют вначале геометрический, а затем стати­ческий и конструктивный расчеты.

Расчет свода. Свод рассчитывают как плоскую двух- или трехшарнирную арку (кругового или стрельчатого очертания) шириной с. Рас­четные усилия М и N определяют от постоянных и временных рас­четных нагрузок при наиболее невыгодном загружении арки.

Для двухшарнирных арок распор определяют по формулам: при равномерно-распределенной нагрузке по всему пролету H = кgl, а при односторонней на половине пролета Н = кgl/2.

В каждом узле свода изгибающий момент воспринимается только сквозным косяком, а нормальная сжимающая сила сквозным и двумя набегающими (см. рис. 11.3, в). Наиболее нагруженный сквозной косяк рассчитывают как внецентренно сжатый элемент по формуле

σ= N/(2F _нтsin a)+ M_D/(k_фW _нтsin a )≤R_c.

где N — расчетное нормальное усилие в сечении с наибольшим изгиба­ющим моментом; M_D = М/ζ, F _нти W _нт— соответственно площадь и момент сопротивления нетто поперечного сечения косяка в середине его длины; k_ф — коэффициент, учитывающий пространственную работу свода, определяемый в зависимости от длины дуги свода s и расстояния между кружальными арками В (см. рис. 11.2, а, б);

В узлах сво­да проверяют боковые грани сквозного косяка на смятие (под углом к волокнам) торцами «набегающих» косяков:

σ = N/(2 sin aF_k⁰sin2а≤R_cма,

где F_k⁰ — площадь опирания набегающего косяка F_k⁰=b_k(h₁-h_k/4) (см. рис. 11.3, е, и);

R_cма — расчетное сопротивление древесины под углом а_х (см. рис. 1.1).

Рассчитывают прикрепление продольного настила или плит покры­тия к торцовым или промежуточным аркам на усилие в примыкающих к ним косякам по формуле

N_p = N ctga

где N — усилие, действующее на участке 𝚫s.

Торцевые арки фронтонов рассчитывают на действие равномерно распределенной нагрузки (на единицу длины горизонтальной проек­ции фронтона), равной

q_ф = qB/2(1-2/3К_ф),

где q — симметричная или односторонняя нагрузка на единицу длины горизонтальной проекции свода; В — длина свода или расстояние меж­ду промежуточными арками, принимаемая не более 2,5s.

Затяжки свода проектируют из круглой стали и рассчитывают на растяжение от усилия распора. Настенные брусья рассчитывают на из­гиб от действия вертикальной (при опирании брусьев на колонны) и го­ризонтальной реакций опор; кружально-сетчатые сомкнутые своды — по указаниям [25].

 

51. Тонкостенные купола.

В купольном покрытии, основанном на пересекающихся в вер­шине купола трехшарнирных арках, расположенные между арка­ми прогоны не участвуют в общей работе купола как простран­ственной системы, а передают лишь нагрузку на арки. Для при­дания покрытию купола общей жесткости рекомендуется в кон­струкцию крыши вводить косой дощатый настил.

Примеры решений таких куполов приведены на рис. 161 и 162. На рис. 161, а, д показана схема конструкции купола с арками из сегментных ферм; на рис. 161,6—конструкция при­мыкания арок к верхнему и нижнему опорным кольцам; на рис. 1б1, в дан общий вид в плане верхнего кольца, а на рис. 161,3 — вентиляционный фонарь.

На рис. 162 видны основные детали конструкции купола, обра­зованного из серповидных арок: а —общий вид серповидной арки купола и схема решетки полуарки, б, в — схема конструк­ции верхнего шарнира и примыкание к нему полуарок, г — схема конструкции опорного шарнира. Из последних двух схем видно,

что крайние панели полуарок возле верхнего и опорного шарниров между ветвями поясов для придания в этих местах конструк­ции большей жесткости заполнены двойной дощатой перекрест­ной стенкой.

Расчет, изготовление и монтаж арок купола ведутся так же, как и для обычных трехшарнирных арок.

Купола-оболочки состоят из кольцевых и перекрестных доща­тых настилов, прибитых к меридиональным аркам из гнутых до­сок. Такой купол называется тонкостенным..

На рис. 163 показан пример конструкции тонкостенного ку­пола, который состоит из меридиональных арочек прямоугольного профиля /, кольцевого настила 2, верхнего кольца кружальной системы 3, косого настила с переменным направлением раскосов для каждой пары полуарок 4, второго кольцевого настила, сме­щенного на половину ширины досок первого кольцевого на­стила 5. На том же рисунке: а — схема купола, б — план всех настилов с кровлей и прогонами, в — сечение арочки и д— сече­ние верхнего кольца кружальной системы с примыканием к нему арочек.

 

24. Соединения на лобовых врубках, шпонках.

Лобовые упоры и врубки применяют для сращивания и узловых сопряжений сжатых элементов из бревен и цельных или клееных брусьев Сращивание лобовыми упорами выполняют при действии сжимающего усилия вдоль волокон древесины (рис. 3.2, а, б) и под углом к ним. Узловые соединения выполняют с помощью лобовых врубок с одним (рис. 3.2, в, г) или с двумя зубьями (рис. 3.2, д), а так­же с применением подушек (рис. 3.2, е). Для создания плотности и предотвращения смещения соединяемых элементов при транспортиро­вании и монтаже конструкций их закрепляют болтами, скобами, на­кладками. В узловых соединениях из брусьев следует центрировать элементы по ослабленному врезками сечению (см. рис.. 3.2, в, д, ё).

В лобовых врубках рабочую плоскость опирания сжатого элемента, работающую на смятие, располагают перпендикулярно действующему в нем усилию, т. е. перпендикулярно его оси. Если элемент работает на сжатие с изгибом, ее располагают перпендикулярно равнодей­ствующей сжимающего и поперечного усилий.

Лобовые упоры и врубки рассчитывают на смятие по плоскостям примыкания элементов и на скалывание древесины. Расчетную не­сущую способность соединений определяют: в лобовых врубках с од­ним зубом (см. рис. 3.2, в, г) и во врубках с подушками (см. рис. 3.2, Щ

В лобовых врубках с двумя зубьями (см. рис. 3.2, д):

на смятие

N_c≤(F’_CM + F"_CM)R_cma;

на скалывание по плоскости на глубине врубки верхнего зуба

N₀cosa≤ (F’_CM + F"_CM)/F_cм*F_ck’*0,8R_ck^cр

то же, по плоскости на глубине врубки нижнего зуба

N₀cosa≤1,15 F”_ck R_ck^cр

В формулах N_c — расчетное усилие в примыкающем элементе; F_CM — расчетная площадь смятия; F_CK — расчетная пло­щадь скалывания; F’_CM, F"_CM и F_ck’, F”_ck — соответственно площади смятия и скалывания на уровне первого и второго зубьев; R_CMa — рас­четное сопротивление древесины смятию под углом а к направлению волокон, определяемое по формуле (1) или рис. 1.1, a; R_ck^cр — расчет­ное среднее по площадке скалывания сопротивление древесины ска­лыванию:

R_ck^cр= R_ck/(1+βl_ск/e),

l_ск — расчетная длина площадки скалывания, принимаемая не менее 1,5h и не более 10h_вp; е — плечо сил скалывания (е = 0,5h при не­симметричной врезке (рис. 3,2, ж) и е = 0,25h при симметричной (рис. 3.2, и); β = 0,25 при расчете на одностороннее скалывание растянутых элементов и β = 0,125 при расчете на промежуточное скалывание сжатых элементов (значения коэффициентов р даны при условии обжатия по плоскости скалывания и при l_ск/e ≥ 3).