Конструктивные особенности куполов

Очертание оси куполов зависит от диаметра, архитектурных и техно­логических требований и других факторов. Диаметр куполов изменяется в пределах от 30 до 100 м и более. Например, покрытие, разработанное фирмой «Вайерхозер» (США) в форме ребристого купола из клееной дре­весины и фанеры, имеет диаметр 257 м.

По конструктивным особенностям купола подразделяются на тонко­стенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, сетча­тые купола и т. д.; по форме поверхности вращения — сферические, эл­липсоидные, конические и т. д.

При конструировании куполов используется принцип многосвязности системы, при котором нагрузка через систему жестких связей передается не только основным элементам каркаса, но и элементам покрытия (прого­нам, плитам покрытия и др.). Благодаря этому купола более экономичны по сравнению с обычными плоскими системами, в которых реализуется принцип концентрации материала в несущих конструкциях, а другие эле­менты выполняют лишь вспомогательные функции.

Наибольшее распространение получили ребристые и ребристо-коль­цевые купола. Основными элементами таких куполов являются меридио­нальные арочные ребра, верхнее кружальное кольцо и нижнее опорное кольцо (рис. 11.1, 11.2). Меридиональные ребра воспринимают сжимаю­щие усилия в оболочке по направлению меридианов и передают их на верхнее и нижнее кольца.

Ребра изготавливают из клееной древесины. Ширина поперечного се­чения ребер принимается 140...300 мм, высота предварительно назнача­ется не менее 1/100 диаметра купола. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу назначают в пределах   3...6 м.

На опорные кольца передаются продольные и поперечные силы. От действия этих усилий нижнее кольцо работает на растяжение, а верх­нее — на сжатие. Нижнее кольцо проектируют, как правило, железобетон­ным, а верхнее — металлическим.

Крепление ребер купола к кольцам осуществляется классическими шар­нирами по типу узлов клееных деревянных арок (см. главу 7). Для обеспече­ния устойчивости ребер из плоскости, а также общей жесткости купола уст­раивается система связей (см. рис. 11.1, б и 11.2).

Особенности расчета куполов

Основными нагрузками, действующими на купол, являются: собственная масса конструкций покрытия, снеговая нагрузка, нагрузка от подвесного тех­нологического оборудования и для высоких куполов ветровая нагрузка. Для пологих куполов ветровая нагрузка в расчетное сочетание не входит, по­скольку разгружает купол. Примерная схема приложения нагрузок на поло­гие купола дана на рис. 11.1, а. Если угол α = 50° выходит за границы купола, то в формулу для определения максимальной ординаты снеговой нагрузки подставляется угол наклона опорного радиуса (см. рис. 9.4, а).

Методика расчета куполов зависит от типа оболочки и вида действующих нагрузок. Точный расчет куполов весьма сложен. В учебных целях расчет ку­полов можно выполнять по приближенному, упрощенному методу, который практически не отличается от расчета плоских трехшарнирных арок (см. гла­ву 7). Суть этого метода состоит в разделении пространственной системы на отдельные плоские арки и введении ряда допущений. Основные допущения приближенного метода: две полуарки, прерванные верхним кружальным кольцом, условно рассматриваются как единая арка с шарниром в коньке; при расчете на несимметричные нагрузки упругий отпор арок, расположенных под углом к рассматриваемой арке, не учитывается. При отношении   f / D < 1/4 ветровая нагрузка не учитывается.

В этом случае пространственная работа не учитывается или учитыва­ется приближенно с помощью коэффициентов условий работы. Более точ­ные методы при ручном расчете достаточно трудоемки, поэтому наиболее целесообразно использовать универсальные программы статического расчета конструкций для ЭВМ.

Нижнее растянутое железобетонное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для железобетонных конструкций. Верхнее металлическое кру­жальное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для стальных конст­рукции. Диаметр верхнего кружального кольца назначается минимальным, ис­ходя из условия размещения требуемого количества меридиональных ребер.

Требуемый момент инерции сечения верхнего кружального кольца на­ходится по формуле

    J _к > 1/32 ∙ H / cos α ∙ a² m² /πE      (11.1)

По требуемому моменту инерции по сортаменту подбирается соответ­ствующий номер швеллера или конструируется сварной швеллер кру­жального кольца, которое затем проверяется на устойчивость по формуле

  N _к = [ 4π / m]² ∙ E J _к / a² ≥ N = H / 2cos α (11.2)

 

J _к — момент инерции сечения верхнего кружального кольца относительно вертикальной оси;

H — распор арки при расчетном сочетании нагрузок;

  а — длина стороны многоугольника;

т — число сторон правильного многоугольника - число ребер (полуарок);

Е — модуль упругости стали;

α — половина внутреннего угла между сторонами многоугольника:

α = (180 – β) / 2, β = 360/ m.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ