Купольные покрытия

Конструкции куполов бывают трех видов: ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые.

2.3.1. Ребристые купола.

Конструкции ребристых куполов состоят из плоских или пространственных ребер, расположенных в радиальном направлении и связанных между собой прогонами. Верхние пояса ребер образуют поверхность купола, обычно сферическую. Ребра купола могут быть сквозными (в виде легких ферм) или сплошного сечения. Сплошные ребра тяжелее сквозных, но более просты в изготовлении. В вершине купола располагается кольцо, к которому примыкают ребра купола. Кольцо проектируется жестким; оно работает на изгиб с кручением, поскольку пара ребер, расположенных в одной диаметральной плоскости и прерванных кольцом, рассматривается как единая арочная конструкция. При шарнирном креплении ребер к кольцу и небольшом его диаметре можно считать, что ребра работают как трехшарнирные арки.

Иногда при частом расположении ребер или по архитектурным соображениям кольцо получается больших размеров. Тогда с целью повышения устойчивости и жесткости кольцо раскрепляют внутренними распорками.

Ребристые купола являются распорной системой. Распор может быть воспринят конструкцией стен или специальным опорным кольцом. Опорное кольцо служит затяжкой ребер и рассчитывается на тангенциальные составляющие их реакции. Опорное кольцо может быть изогнуто по окружности, а также в виде многоугольника с жесткими или шарнирными соединениями в углах. На основание кольцо укладывается свободно и должно быть закреплено только от горизонтального смещения при действии ветровой нагрузки. Между ребрами укладываются кольцевые прогоны, на которые опирается кровельный настил. Кольцевые прогоны обеспечивают общую устойчивость ребер купола из их плоскости, уменьшая расчетную длину ребер. Для обеспечения общей жесткости купола в плоскости кровли между ребрами устанавливают связи.

При расчете на вертикальную, симметричную относительно вертикальной оси купола нагрузку, купол разделяется на отдельные плоские арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади. Если распор купола воспринимается опорным кольцом, то оно может быть заменено условной затяжкой, находящейся в плоскости каждой пары ребер. Площадь сечения условной затяжки принимается такой, чтобы ее упругие деформации были равны упругим деформациям кольца в диаметральном направлении от горизонтальных реакций всех ребер.

При расчете купола на горизонтальную ветровую или несимметричную вертикальную нагрузку купол также разделяется на арки.

Купол разбивается на 4 квадранта: в первом и третьем квадрантах равнодействующая ветрового давления действует в одном направлении и вызывает горизонтальное смещение. Во втором и четвертом квадрантах ветер действует в противоположных направлениях и горизонтальных смещений купола не вызывает.

Наибольшее смещение получает расчетная арка, составленная из ребер, расположенных в плоскости равнодействующей ветрового давления в 1 и 3 квадрантах. Все арки, расположенные в 1 и 3 квадрантах, рассматривают как одну эквивалентную арку, считая ее для упрощения расчетов трехшарнирной.

2.3.2. Ребристо-кольцевые купола.

В ребристо-кольцевых куполах кольцевые прогоны связываются с ребрами в одну жесткую пространственную систему. В этом случае кольцевые прогоны работают не только на изгиб, но воспринимают растягивающие кольцевые усилия, а при жестких сопряжениях с ребрами – и изгибающие моменты от жесткости узлов.

Сечение купола, находящиеся в плоскостях кольцевых прогонов, не имеют свободных горизонтальных перемещений, поскольку они связаны между собой жесткими кольцами. При ребристо-кольцевой конструкции купола вес ребер уменьшается за счет работы кольцевых прогонов. Наиболее простое конструктивное решение получается при ребрах и кольцевых прогонах из прокатных профилей. В этом случае сопряжение ребер с прогонами можно конструировать по типу жестких сопряжений в балочных системах.

Кольцевые прогоны в ребристо-кольцевом куполе работают так же, как опорное кольцо в ребристом куполе, и могут быть заменены условными затяжками. При симметричной относительно оси купола нагрузке расчет купола можно вести, разделяя его на плоские арки с затяжками на уровне кольцевых прогонов.

2.3.3. Сетчатые купола

Если от ребристого и ребристо-кольцевого купола идти дальше по линии увеличения связности системы, то можно получить сетчатые купола.

В сетчатых куполах между ребрами и кольцами располагаются раскосы, благодаря которым усилия распределяются по поверхности купола и стержни работают только на осевые силы, что уменьшает вес ребер и колец.

Обычная система сетчатого купола состоит из радиальных ребер, кольцевых прогонов и диагональных связей, поставленных в каждом четырехугольнике, ограниченном двумя ребрами и двумя прогонами, то есть представляет собой многогранник, образованный из ребер и кольцевых прогонов. Многогранники сетчатых куполов могут быть разнообразными. Распространены звездчатые купола, все грани которых являются треугольниками, а также геодезические системы куполов, несущие элементы которых являются ребрами многоугольника, вписанного в сферу. В геодезических куполах достигается наибольшая однотипность стержней и узлов, что дает большие производственные преимущества.

Купол может быть однослойным и двухслойным. В двухслойных геодезических куполах, аналогично структурам, узлы сопряжения стержней размещаются на поверхности двух концентрически расположенных сфер, разность радиусов которых определяет конструктивную высоту поверхности купола. Двухслойная конструкция купола обладает большой жесткостью и несущей способностью и может перекрывать пролеты в несколько сотен метров.

Стержни сетчатых куполов чаще изготавливают из труб. В несущую систему куполов может быть включена ограждающая конструкция из штампованных алюминиевых или стальных листов.

Сетчатые купола рассчитывают по безмоментной теории, как сплошную осесимметричную оболочку.

Дата добавления: 2014-01-11