Д) Пространственные конструкции покрытий в виде складок
Складчатые конструкции покрытий представляют собой пространственные системы, состоящие из плоских расположенных под некоторым углом один к другому или криволинейных в поперечном сечении элементов, жёстко соединённых между собой (рис. 8.21). Как и цилиндрические оболочки складки опираются на поперечные диафрагмы, воспринимающие распорные усилия, имеют продольные бортовые элементы и бывают однопролётными и многопролётными, одноволновыми и многоволновыми.
Рис. 8.21. Виды складчатых конструкций покрытий и их элементы: а – схема складки; б – типы одноволновых складок; в – типы многоволновых складок; 1 – плоские грани складок; 2 – бортовой элемент; 3 – диафрагма
Разновидностью складчатых покрытий являются шатровые, имеющие формы усечённых пирамид и состоящие из плоских тонкостенных монолитно соединённых между собой элементов или сборных элементов трапециевидной, треугольной или прямоугольной формы (рис. 8.22).
Рис. 8.22. Схемы сборных железобетонных складчатых шатровых покрытий
Е) Пространственные конструкции покрытий в виде куполов
По форме купольное покрытие представляет собой поверхность, полученную вращением кривой линии в виде окружности, параболы, эллипса или другой фигуры вокруг вертикальной оси, т. е. купол может иметь сферическую, параболическую, эллиптическую и другую, например, стрельчатую форму.
Купольные покрытия устраивают из железобетона или армоцемента монолитными или сборными, а также из металла или дерева, и они могут быть сплошными или стержневыми. Распорные усилия в купольной системе воспринимает опорное кольцо, работающее на растяжение, или наклонные стойки, передающие распор на фундаменты. В верхней части куполов могут устраиваться отверстия, обрамляемые сжимаемыми опорными кольцами и служащие для световых или аэрационных фонарей.
В зависимости от конструктивного решения купола бывают гладкими, ребристыми, ребристо-кольцевыми, сетчатыми, геодезическими, волнистыми и складчатыми (рис. 8.23 и 8.24) и ими можно перекрывать пролёты до 100 м и более.
Рис. 8.23. Виды конструкций куполов и их элементы: а – гладкий; б – ребристый; в – ребристо-кольцевой; г – волнистый; д – складчатый; 1 – нижнее опорное противораспорное кольцо; 2 – верхнее опорное кольцо
Гладкий купол имеет гладкие наружную и внутреннюю поверхности и его в большинстве случаев выполняют монолитным (рис. 8.23 а).
Ребристый купол (рис. 8.23 б) собирают из полуарок или сегментных ферм, образующих рёбра, на которые укладывают прогоны, связевые элементы и межрёберное заполнение. Рёбра внизу опирают на противораспорное кольцо, а вверху – на верхнее сжатое кольцо, на котором могут размещаться световой или аэрационный фонари.
Ребристо-кольцевой купол состоит из меридиональных и горизонтальных рёбер, соединённых между собой, что придаёт конструкции купола пространственную жёсткость, и к тому же горизонтальные рёбра-кольца воспринимают распорные усилия (рис. 8.23 в). Между рёбрами укладывают элементы ограждающего заполнения, в том числе и светопрозрачного. На рис. 8.24 приведён разрез, фасад и плита сборного ребристо-кольцевого купола здания цирка в г. Киеве (Украина), имеющего пролёт 42,8 м, стрелу подъёма – 7,72 м.
Рис. 8.24. Сборный ребристый кольцевой купол покрытия здания цирка в г. Киеве (Украина): а – разрез и фасад купольного покрытия; б – сборная железобетонная панель купольного покрытия
Сферическая поверхность данного купола разделена 32-мя меридиональными рёбрами и пятью горизонтальными кольцами, которые образованы контурными рёбрами 160-ти сборных ребристых плит-панелей трапециевидной формы. Плиты-панели имеют толщину 40 мм, контурные рёбра 100х240 мм и промежуточные ребра 60х240 мм. Между собой плиты-панели в куполе соединяются сваркой закладных деталей, расположенных по контуру плит-панелей в местах пересечения рёбер, с последующим замоноличиванием швов.
Сетчатый купол (рис. 8.25) собирают из стержней с жёсткими узловыми соединениями, вписанными в сферическую поверхность. Стержневая сетка в таком куполе должна быть максимально приближенной к сферической криволинейной поверхности, что обеспечивается изменением типоразмеров линейных элементов сетки, начиная от опорного кольца, воспринимающего распор, и до верха купола. Стержни купола устраивают из металлических (стальных или алюминиевых) труб и они могут быть прямыми или изогнутыми соответственно очертанию купола.
Рис. 8.25. Схема сетчатого купола
На рис. 8.26 показана схема сетчатого купольного покрытия пролётом 93,5 м над выставочным павильоном в г. Брно (Чехия), имеющего стрелу подъёма 20 м и отверстие в верхней части купола диаметром 18 м для аэрационного фонаря. Нижнее опорное кольцо, воспринимающее также и распорные усилия, выполнено из стальных труб диаметром 330 мм и уложено на железобетонное кольцо, которое в свою очередь опирается на железобетонные колонны. Трубчатые элементы, образующие сетку, имеют диаметр от 120 мм внизу до 38 мм вверху купола.
Рис. 8.26. Покрытие сетчатым куполом выставочного павильона в г. Брно (Чехия):
а – разрез здания выставочного павильона; б – детали узлов купола; 1 – трубчатые элементы купола; 2 – опорное кольцо трубчатого сечения Ø 330 мм; 3 – узловая стяжка трубчатых элементов; 4 – крепление трубчатых элементов к опорному кольцу
Рис. 8.27.А. Схема геодезического купола: а – разрез; б – вид сверху (план)
Рис. 8.27.Б. Элементы геодезического купола и детали для соединения этих элементов в углах (геодезический купол Дворца спорта в г. Париже (Франция)
Геодезический купол – это многогранник, близкий по форме к сферической поверхности (рис. 8.27.А). Грани такого купола могут быть в виде равносторонних треугольных, ромбических или многоугольных элементов. При построении поверхности геодезического купола сферу членят на правильные сферические треугольники. В отличие от сетчатых куполов все элементы геодезических куполов однотипны и они могут быть в виде плоских или изогнутых элементов и выполнять несущие и ограждающие функции или же представлять собой пространственный стержневой каркас, на который крепят ограждающие элементы. Элементы геодезических куполов выполняют из алюминиевых или других лёгких конструкций и их соединяют в узлах с помощью специальных устройств (рис. 8.27.Б). Из-за лёгкости, транспортабельности и простоты монтажа и демонтажа эти конструкции широко применяют для покрытий выставочных павильонов и других, в том числе временных, большепролётных зданий.
Волнистый и складчатый купола имеют поверхности, состоящие соответственно из оболочек двоякой кривизны и складок, сходящимся к верху купола. Пространственная жёсткость таких куполов обеспечивается рёбрами, образующимися по линиям пересечения оболочек или складок от нижних опор до верха купола.
На рис. 8.28 показан фасад и разрез волнистого купола над крытым рынком в г. Руане (Франция) пролётом 52,4 м, состоящий из тринадцати железобетонных монолитных оболочек двоякой кривизны, связанных внизу под полом стальным кольцом, воспринимающим распор купола.
Рис. 8.28. Волнистый купол над крытым рынком в г. Руане (Франция): а – общий вид; б – разрез
План, разрез и общий вид здания цирка в г. Москва (Россия) показаны на рис. 8.29. Это здание имеет покрытие в виде стального складчатого купола с нижним опорным кольцом диаметром 65 м и верхним – 8,5 м. Нижнее опорное кольцо, воспринимающее распор, опирается на колонны, а складки, образованные наклонными криволинейными стальными фермами, имеют консоли с выносом 17 м, образующие покрытие над фойе и входами.