47. Купола

Купольные покрытия являются самой распространен­ной формой пространственных конструкций, в том числе из древесины, фанеры, пластмасс. Будучи одним из наи­более экономичных видов оболочек на круглом или мно­гоугольном плане, они получили широкое распростране­ние в гражданском, промышленном и сельскохозяйствен­ном строительстве. Очертание куполов зависит от архитек­турных и технологических требований, вида материала, типизации элементов, простоты изготовления, транспор­тировки и монтажа конструкций. Купольные оболочки из пластмасс имеют диаметр от одного метра (свето­вые фонари) до 50—60 и (сферы укрытия антенных уст­ройств). При усилении пластмассовых куполов деревян­ными или металлическими ребрами их пролеты могут превышать Д00 м. Купола из клеефанерных элементов достигают диаметра 90 м. Известные к настоящему вре­мени возведенные деревянные купола достигают пролета 153 и 162 м, а покрытие над стадионом, разработанное фирмой «Вайерхоэер» (г. Такома, США) в форме реб­ристого купола с сетчатым заполнением, из клееной дре­весины и фанеры, запроектировано диаметром 257 м.

Классифицировать купола покрытия можно по самым различным признакам. По материалу — из древесины, фанеры, пластмасс и их сочетаний. По конструктивному решению — тонкостенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые купола с решётчатыми связями, сетчатые. По форме поверхно­сти, получаемой вращением образующей вокруг верти­кальной оси, купола могут быть сферического очерта­ния, эллиптического, конического, в форме гиперболоида вращения и т. д. Пластмассовые купола часто проекти­руют из волнистых (лотковых) и складчатых элементов.

Основными нагрузками, действующими на купольное покрытие, являются: собственный вес конструкции, сне­говой покров, технологическая нагрузка от массы обору­дования и приспособлений; для подъемистых куполов — ветровая нагрузка.

Методика расчета купольных покрытий зависит от типа оболочки и вида нагрузки — осесимметричной и йещееимметрйчной. К первой, как правило, относится собственный вес конструкции; как вариант — масса сплошного снегового покрова и симметрично подвешен­ного оборудования. Ко второй — ветровая нагрузка; как вариант — односторонняя снеговая и масса несимметрич­но расположенного оборудования.

Оболочка купола считается пологой, если отношение стрелы подъема купола к его диаметру не превышает ,1/5. При отношении стрелы подъема купола к его диа­метру не более 1/4 ветровой напор создает^на поверхно­сти купола отсос, котррый разгружает купол и при до­статочном собственном весе покрытия может не учиты? ваться. Однако легкие пластмассовые купола необходимо проверять расчетом на действие отсоса ветра.

§ 3.2. Тонкостенные купола-оболочки

Однослойные пластмассовые купола изготовляют из полиметилме-такрилата (органическое стекло), полиэфирного стекло­пластика (чаще всего светопрозрачного) и пенопласта (пенополистирол и др.). Трехслойные купола-оболочки общей толщиной от 15 до 50 мм имеют стеклопластико-вые обшивки толщиной до 3 мм и средний слой из пено-полистирола, пенополиуретана, пенополивинилхлорида, пенофенопласта, сотопласта и просто воздушной про­слойки. Двухслойные оболочки состоят из наружного стеклопластикового слоя и внутреннего пенопластового.

Диаметр и толщина однослойных куполов из полиме-тилметакрилата соответственно достигают 10 м и 20 мм; из стеклопластика—9 м и 6 мм; из пенопласта—24 м и 200 мм. Трехслойные купола возводят диаметром до 25 м с общей толщиной оболочки до 50 мм.

Параметры двухслойных куполов аналогичны одно­слойным стеклопластиковым, так как внутренний пено­пластовый слой в основном выполняет функцию утепли^-теля.

Интересным примером трехслойного пластмассового купола является покрытие выставочного павильона в г. Бергамо (Италия) (рис. IX.25). Диаметр купола 25 м, высота подъема 9 м, общая толщина оболочки 50 мм,

Рис. IX.25. Трехслойный пластмассовый купол покрытия выставочно­ го павильона в г. Бергамо (Италия) '

обшивка из стеклопластика толщиной 3 мм, средний слой — пенопласт. Купол собран на болтах из 24 одно­типных сегментов с размером понизу около 3,3 м, имею­щих круглыелцюемы диаметром 1 м, заполненные акри­ловыми фонарями. Сегменты опираются на полое желе­зобетонное кольцо с размещенным на нем техническим оборудованием. С двух сторон по диаметру купола устрое­ны крупногабаритные проемы для въезда грузовых авто­мобилей. При необходимости можно стыковать несколь­ко куполов по выступам входного обрамления проемов, получив тем самым многокупольное помещение. Масса покрытия на 1 м² перекрываемой площади 20 кг. ■^* Деревянные тонкостенные купола-оболочки проекти­руют диаметром 12—35 м; они, как правило, имеют сфе­рическое очертание. Купол состоит (рис. IX.26) из ме­ридианных ребер (арОчек), верхнего и нижнего опорных колец, кольцевого и косого настилов.

Меридианные ребра воспринимают сжимающие уси­лия в оболочке по направлению меридиана и передают их на верхние и нижние опорные кольца. Ребра состоят из нескольких слоев склеенных или сбитых гвоздями до­сок, общей высотой поперечного сечения не менее 1/250 диаметра купола, которую принимают из условия его жесткости. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу на­значают 0,8—1,5 м. Верхние концы ребер присоединяют шарнирно к верхнему сжатому кольцу. Ребра передают на кольцо продольную и поперечную силу. Соединения осуществляют металлическими накладками, присоединя-

48. § 2.2. Кружально-сетчатые своды

Общие сведения. Кружально-сетчатые своды (рис. IX.4, IX.5) представляют собой пространственную конст­рукцию, которая состоит из. отдельных, поставленных на ребро стандартных элементов—косяков, идущих по двум пересекающимся направлениям и образующих ломаные винтовые линии.

В кружально-сетчатых конструкциях выгодно сочета­ются индустриальность изготовления элементов с преи­муществами пространственных конструкций. Прочность и надежность свода определяются средней прочностьар многих элементов, и влияние качества древесины отдель­ных элементов имеет меньшее значение, чем в плоскост­ных конструкциях.

Построенные в нашей стране свыше 50 лет назад де­ревянные кружально-сетчатые своды и купола продол­жают эксплуатироваться и находятся в хорошем состоя­нии. Длительная эксплуатация таких конструкций/ за рубежом также свидетельствует об их надежности и дол­говечности й находит широкое применение, а их пролеты становятся все более значительными. Так, в 1964 г. в г. Спрингфилде (США) построен сетяатый свод над бас­сейном с пролетом 52 м, выполненный из клееных кося­ков.

Кружально-сетчатые своды в поперечном сечении имеют снаружи, круговое или правильное многоугольное очертание. В первом случае верхняя грань, косяков име­ет близкое к круговому эллиптическое очертание, а во втором — ломаное. Распор покрытий воспринимается ли­бо металлическими затяжками, либо непосредственно опорами.

Характерными особенностями всех кружально-сетча­тых покрытий являются:

1) унификация формы и размеров косяков, дающая возможность заготовлять их заводским способом, что полностью отвечает современным требованиям индустри­ализации и стандартизации строительства;

2. транспортабельность элементов при их перевозке;

3. простота и быстрота сборки конструкции;

4. возможность и необходимость устройства кровель­ ного настила непосредственно по несущей конструкции (без прогонов и вспомогательных стропильных ног).

В зависимости от способа узлового соединения кося­ков различают два конструктивных варианта кружаль­но-сетчатых сводов: 1) с узлами на шипах; 2) с металли­ческими связями в узлах. Оба варианта можно выпол­нять либо из косяков цельного сечения, которое ограни­чено размерами сортамента пиломатериалов, позволяю­щего применять своды с предельным пролетом не более 20 м, либо из клеефанерных косяков, которые дают воз­можность перекрывать значительно большие пролеты (до 100 м).

В конструкции покрытий всех систем (см. рис. IX.5) различают три типа узлов: основные (средние); опорные, в которых косяки соединяются с настенными брусьями,

и торцовые, в которых косяки соединяются с торцовой аркой. Основные узлы сетки образуются из трех косяков, один из которых является сквозным и проходит через узел, не прерываясь, а два других набегающих косяка примыкают к сквозному косяку.

Конструкция кружально-сетчатых сводов (системы С И. Песельника) с узлами на шипах. Своды этой систе­мы изготовляют из косяков цельного сенения, имеющих на концах шипы, а посередине сквозное гнездо. В каж­дом узле сетки сопрягаются три косяка, из которых два набегающих косяка входят с обеих сторон своими шипа­ми в гнездо сквозного косяка. В кружально-сетчатом своде с узлами на шипах применяют сетку как прямо­угольную, так и косоугольную с углом ijj=45°.

Верхняя кромка косяка может быть криволинейного (эллиптического или приближающего к круговому) очер­тания либо с двумя или одним переломом по очертанию описанного или вписанного в окружность правильного многоугольника (см. рис. IX.10). Косяк с двумя переломами имеет большую жесткость, меньшую длину пропи­ла и дает меньше отходов при изготовлении, чем косяк с одним переломом.

Оси сквозного гнезда для шипов располагаются соот­ветственно посередине длины и высоты косяка. Форма гнезда прямоугольная. Высоту гнезда, а следовательно, и шипа обычно принимают ^lU высоты косяка (h_K). Для удобства монтажа свода, который ведут от опор к ша-лыге, рекомендуется решать узел так (см. рис. 1X5)', чтобы шип вышележащего набегающего косяка распола­гался в гнезде над шипом нижележащего косяка. Такое решение вызывается также необходимостью обеспечить в гнезде взаимный упор набегающих косяков для вос^ приятия одной из действующих в узле сил, направлен­ной нормально к их оси (рис. IX.6).

Косяки в своде помимо продольной силы сжатия н изгибающего момента воспринимают.поперечные силы (см. рис. IX.21), которые передаются таким образом, что вызывают опасность раскалывания косяков. Чем больше длина косяка, тем меньше поперечная сила, вызываю­щая эту опасность. Рекомендуется принимать l_K/h_K^l3. Толщина косяка Ь должна быть не менее 2,5 см, а А/65

Концы косяков прямоугольной сетки свода имеют бо­лее простую форму, а потому проще в изготовлении.

Рис. IX.6. Узлы безметального кружалыю-сетчаТого свода с точной формой шипов (с учетом необходимого поворота)

а — нецентрированный; б — центрированный