6.4. Гиперболические оболочки.
Среди деревянных оболочек, отрицательной гауссовой кривизны, наибольшее распространение получили гиперболические оболочки. Это связано с возможностью таких оболочек образовывать свою криволинейную поверхность прямыми линиями.
В строительстве чаще всего применяются параболоид вращения и гиперболический параболоид (гипар). Эти поверхности называются неразвертывающимися или косыми линейчатыми поверхностями. Благодаря этому свойству оболочки могут быть выполнены из прямолинейных досок.
1 – пролетное строение;
2 – бортовой элемент.
Гипары имеют меньшую строительную высоту, чем складчатые покрытия и простую форму контурных элементов, что является несомненным преимуществом перед другими формами покрытий. Однако невысокая надежность и сложность изготовления способствуют непопулярности гипара.
Деревянные пролетные строения состоят из 2-4 слоев досок толщиной 20-25 мм, уложенных параллельно граням. При этом доски скручиваются, что ведет к возникновению начальных напряжений.
Вместо досок могут применяться фанерные полосы или ребристые клеефанерные панели. Бортовые элементы гипара представляют собой деревянные бруски.
Конструкция бортового элемента:
1 – элемент пролетного строения;
2 – анкерный элемент;
3 – опорная конструкция;
4 – цементно-песчаный раствор;
5 – бортовой элемент.
Наибольший пролет возведенного деревянного гипара 23,2 м (Германия).
Пластмассовые гипары составляют 10 % от всех пластмассовых покрытий. Несущий элемент (пролетное строение) выполняется в этом случае из многослойных пластиков и оказывается перспективнее деревянных. Наибольший перекрытый пролет 233 м (Германия).
Точный расчет гипаров, как и всех пространственных конструкций, сожжен. Согласно приближенному методу учитываются только сдвигающие усилия в плоскости конструкции, приводящие к простому растяжению или сжатию элементов.
Для пластмассовых гипаров решающим критерием при назначении толщины является не прочность, а устойчивость. При этом рассчитываются критические напряжения выпучивания, которые не должны превышать допустимых.
6.5. Купола.
Купольные покрытия являются самой распространенной формой пространственных покрытий. Будучи наиболее экономичным видом оболочек на круглом или многоугольном основании, они приобрели широкую популярность еще с древних времен.
Очертание куполов зависит от архитектурных требований. Чаще всего применяются каплевидная форма (форма луковицы) — для небольших пролетов, и шарообразная форма – для больших пролетов.
Известные к настоящему времени возведенные деревянные купола достигают диаметра 162 м. Пластмассовые купола имеют диаметр от 1 до 60 м. При их усилении деревянными или металлическими ребрами, пролеты могут достигать 100 м. Пролеты клеефанерных куполов ограничиваются 90 м.
Пластмассовые купола часто проектируют волнистой формы.
Наиболее распространенным видом деревянных куполов являются сетчатые купола. Их применяют для перекрытия больших пролетов (порядка 200 м).
Сетчатые купола – многогранники, состоящие из отдельных стержневых элементов, образующих сферическую поверхность. Сетка образуется из правильных многогранников. Такая конструкция отличается легкостью, четкостью и высокой архитектурной выразительностью.
Наиболее часто применяют купола с треугольной ячейкой и ее разновидности (сетка Чебышева).
Расчет выполняют по безмоментной теории. Вырезают треугольную ячейку и определяют усилия в ее элементах. При этом, кроме растягивающих усилий, в стержнях такого купола могут возникать изгибающие моменты (при несимметричной нагрузке). Они учитываются расчетом стержней как внецентренно-нагруженных элементов. По найденным усилиям подбираются сечения стержней. Как правило, они цельные и, при небольших пролетах, одинаковые по всему куполу.
В конструкции такого вида возможна специфическая форма потери местной устойчивости – продавливание вершины к центру купола с проскоком. Для ее предупреждения рекомендуется сторону ячейки принимать не менее:
,
где r – радиус инерции сечения стержня.