Деревянные и пластмассовые купола из плоскостных конструкций
55. Деревянные и пластмассовые купола из плоскостных конструкций (ребристые)
Ребристые купола
Ребристые купола - одна из первых конструктивных схем купольных покрытий, состоящая из отдельных, поставленных радиально плоскостных несущих криволинейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верхнее и нижнее опорные кольца или фундаменты (рис. 1). Ограждающая часть покрытия, уложенная по верхним граням ребер, образует поверхность купола. Покрытие состоит из дощатых щитов или настила по кольцевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых панелей.
Рис.1 Ребристые купола
а - схема купола; б в - варианты узлов примыкания ребер к верхнему кольцу; г — узел примы кавия ребер к фундаментам; д - поперечный разрез конического ребристого купола 1- ребро; 2 - прогоны или панели; 3 - скатные связи, 4 - кровля; 5 - верхнее металлическое опорное кольцо, 6 - металлическая планка, 7 - зубчатая шпонка. 8 - ребро жесткости, 9 - пластичный шарнир, 10 - клин из клееной древесины, 11 - полимербетон, 12 - столик опорного кольца
Несущие меридианные деревянные ребра постоянного или переменного сечения могут быть выполнены в виде полуарок (поверхности положительной гауссовой кривизны) или прямолинейных элементов (конические купола) из клееной древесины, фанеры или досок со сплошной или сквозной стенкой на гвоздях, а иногда из ферм. Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволяют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудования, способствуют приданию оболочки проектной формы при возведении и облегчают монтаж покрытия. Высоту поперечного сечения ребер принимают в пределах 1/50—1/75 диаметра купола. Ребра устанавливают по нижнему опорному кольцу с шагом 4,5—6 м. Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости и повышения общей жесткости покрытия между двумя соседними ребрами купола устанавливают связи. Количество пар ребер, соединенных связями, принимают не менее трех. Чаще всего ребра соединяют попарно по всему покрытию.
Дощатый настил укладывают по прогонам в два слоя - продольный и косой.
Рекомендуемые материалы
Верхнее сжатое кольцо (круглое или многоугольное) в отличие от кольца тонкостенных куполов-оболочек проектируют более жестким, учитывая его работу на изгиб и кручение, так как два ребра, расположенные в одной диаметральной плоскости, работают как арочная конструкция, прерванная в коньковом шарнире кольцом. При большом диаметре верхнее кольцо для повышения его жесткости и устойчивости раскрепляют внутренними распорками. Нижнее опорное кольцо как в тонкостенных куполах может быть круглого или многоугольного очертания из железобетона, металла или древесины. Соединение ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется шарнирно (рис. 1).
Пример ребристого купола - покрытие крытого рынка в Волоколамске (рис. 2). Основными элементами ребристого купола диаметром 30 м являются 12 клееных деревянных меридианных ребер (полуарок). На отметке около 7 м сделано кольцо-затяжка из напрягаемой арматуры класса AI сечением 2020 мм. Нижние концы полуарок через пластинчатые шарниры опираются на железобетонные фундаменты (см. рис. 1,г), а верхние— в металлическое опорное кольцо из трубы диаметром 1020 мм (см. рис. 1, в); между основными ребрами устроены 12 витражных полуарок. Панели покрытия деревянные трехслойные с обшивкой из досок толщиной 19 и 25 мм. Заполнение панелей — минераловатные полужесткие плиты толщиной 80 мм. Панели опираются на клееные прогоны шагом 1,5 м. Кровля из оцинкованной стали. Высота купола 14,5 м. Вверху устроен фонарь.
По характеру работы к ребристым куполам относятся складчатые купола из древесины, фанеры, пластмасс и волнистые из стеклопластика. На рис. 3 показано складчатое купольное покрытие здания павильона детских игр в г. Блекпуле (США) диаметром около 20 м, высотой в центре зала 7 м. Каждое из 16 ребер собрано из четырех треугольных решетчатых элементов. Кровля купола выполнена из алюминиевых листов, распор воспринимается металлическим кольцом, опирающимся на стальные стойки.
Обратите внимание на лекцию "Лекция 3б".
Волнистые стеклопластиковые купола из лоткообраз-ных криволинейных элементов (волн) меридианной разрезки выполняют диаметром до 30 м. Масса покрытия на 1 м2 проекции составляет 10—20 кг. Толщина волны колеблется от 4 мм в центре до 8 мм по краям. Соединение болтовое. На рис. 4 приведен пример покрытия рынка в пригороде Парижа Сент-Уан диаметром 18 м, со стрелой подъема 3,3 м. Каждый из 20 волнистых элементов имеет ширину в основании 2,8, высоту 1,1 м, толщину 7 мм. Купол установлен в верхней части здания размером 36x18 м.
Расчет ребристых куполов на вертикальную симметричную относительно оси купола нагрузку может быть выполнен расчленением покрытия на отдельные плоские арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади треугольного очертания.
При расчете купола на горизонтальную ветровую или несимметричную вертикальную нагрузки конструкцию также расчленяют на диаметрально расположенные арки. Арка, получающая от нагрузки наибольшее горизонтальное смещение, испытывает упругий отпор остальных арок, расположенных под углом к ней. Для простоты считают, что горизонтальные сечения купола не деформируются, а только смещаются в горизонтальном направлении одно относительно другого. Тогда упругий отпор на рассматриваемую арку можно считать приложенным в ключе арки (рис. 5, а) и усилия определяются из условия совместности деформаций всех арок в ключевом шарнире, используя при этом уравнение метода сил. Такой расчет можно выполнить по методике, изложенной в курсе «Металлические конструкции» под общей редакцией проф., д-ра техн. наук Е. И. Беленя.
Для приближенного расчета в запас прочности можно рассчитывать арки на все виды загружения как обычные плоские системы.
При подборе сечения арок в зависимости от жесткости и надежности их соединения с кольцевыми прогонами последние могут обеспечивать общую устойчивость меридианных ребер из их плоскости, уменьшая расчетную длину ребер при проверке устойчивости плоской формы деформирования. Расчет верхнего и нижнего колец выполняют аналогично куполам предыдущего типа.
