- •51. Основные формы, принципы работы под нагрузкой и расчетные схемы, пространственных конструкций из дерева и пластмасс.
- •52. Конструктивное выполнение кружально-сетчатых сводов из дощатых и клеефанерных косяков.
- •53. Расчет элементов кружально-сетчатого свода.
- •54. Кружально-сетчатые купола из сомкнутых сводов
- •55. Деревянные и пластмассовые купола из плоскостных конструкций (ребристые)
- •56. Тонкостенные купола – оболочки из древесины и пластмасс. Основные принципы конструктивного выполнения и расчета
- •57. Структурные конструкции. Принципы конструктивного выполнения и расчета
- •Нагрузки и изгибающие моменты в перекрестных балках при квадратных в плане перекрытиях (g – нагрузка на 1 м2)
- •58. Принципы конструктивного выполнения и работы под нагрузкой сооружений и конструкций из тканей и пленок.
- •60. Расчет оболочек воздухоопорных конструкций
- •61. Пневмокаркасные (воздухонапорные) конструкции. Принципы конструктивного выполнения и расчета.
53. Расчет элементов кружально-сетчатого свода.
Кружально-сетчатый свод представляет собой сложную пространственную стержневую систему, точный расчет которой весьма сложен. В практике применяют расчет по приближенному методу, точность которого, как показали многочисленные опыты, вполне достаточна для использования при проектировании и правильно отражает действительную работу этой конструкции. Этот метод состоит в следующем.
Из свода нормально к его оси выделяют расчетную полосу шириной, равной шагу сетки с. В соответствии со схемой свода выделенную полосу рассматривают как плоскую двух- или трехшаряирную арку постоянной жесткости, нагруженную приходящейся на нее нагрузкой. Площадь сечения арки принимают равной площади ,сечения двух косяков, а момент инерции арки приравнивают моменту инерции одного косяка (в кружально-сетчатом своде из клеефанерных косяков с бесшарнирным узлом момент - инерции арки приравнивают моменту инерции двух косяков).
В каждом узле сетки обычного свода изгибающий момент воспринимается полностью только одним сквозным косяком. Полученный из расчета изгибающий момент Ма, действующий в плоскости арки, не совпадает с плоскостью сквозного косяка, что дополнительно вызывает в косяках крутящий момент, одинаково воспринимаемый обоими косяками (сквозным и набегающим). Если представить изгибающий момент, действующий в данном сечении, в виде силы N, приложенной с соответствующим плечом по отношению к центру рассчитываемого сечения, то изгибающий момент М1, воспринимаемый сквозным косяком, будет создаваться составляющей N', а составляющие N", действующие нормально к осям косяков, создадут в них крутящие моменты М".
Таким образом, изгибающий момент в сквозном косяке
где Ма — расчетный момент в арке; α — угол между косяками и образующей свода.
Крутящий момент в расчете косяков обычно не учитывают, так как он в основном воспринимается настилом, прикрепляемым к косякам.
В бесшарнирном узле из клеефанерных косяков, где оба направления косяков воспринимают изгибающий момент,
Благодаря пространственной работе покрытия на значение изгибающих косяки моментов оказывают влияние жесткие фронтоны, которые увеличивают жесткость покрытия и уменьшают прогибы и изгибающие моменты в косяках. Разгружающее действие жестких фронтонов определяют коэффициентом Кф, в зависимости от отношения B/SД, где В — расстояние между жесткими фронтонами; SД — длина дуги поперечного сечения свода.
Таким образом, расчетный изгибающий момент в косяке
а в бесшарнирном варианте из клеефанерных косяков
54. Кружально-сетчатые купола из сомкнутых сводов
Конструкции кружально-сетчатых сомкнутых сводов
Купол из сомкнутых сводов образует в плане правильный многоугольник и состоит из одинаковых секторов (рис. 1 и 2), являющихся частью цилиндрического свода. Смежные секторы сомкнутого свода соединяются между собой специальными ребрами, называемыми гуртами. Шаг сетки с, угол между косяками и угол между нижними ребрами косяков и образующей свода принимают такими же, как в цилиндрических кружально-сетчатых сводах.
Косяки, примыкающие к гуртам, соединены с ними «по месту». Гурт имеет эллиптическое очертание, которое при f Lc/5 может быть практически заменено окружностью, построенной по трем точкам - одна посередине и две по концам гурта. Для покрытий, особенно где косяки сетки клееные, целесообразно гурты выполнять также клееными - либо из стандартных косяков, как кружальные арки, либо из пакета гнутых досок, как клееные арки.
Нижнее распорное кольцо, имеющее очертание правильного многоугольника, может быть из стали или железобетона либо металлодеревянным из горизонтальных шпрёнгельных ферм, где изгибающие моменты воспринимаются деревянным поясом, а замкнутая многоугольная схема металлических шпренгелей воспринимает растягивающие усилия от распора. Верхнее сжатое кольцо решают обычно по принципу многослойной кружальной арки.
Рис.
2
Схематический план и разрез сетчатого
сомкнутого свода со стандартными
косяками
Рис.
3
Проект перекрытия стадиона диаметром
257 м, разработанного для четырех
городов СШАа — схема
купола; б — сечение гурта
Расчет кружально-сетчатых куполов из сомкнутых сводов. Отдельные секторы кружально-сетчатых куполов из сомкнутых сводов работают как своды, опертые по трем сторонам. Чем больше секторов в сомкнутом своде, тем ближе его работа к работе куполов вращения. Приближенный расчет сомкнутых сводов обычно производят по безмоментной теории расчета куполов вращения. Меридиональное усилие Т1 от собственного веса купола на 1 м горизонтального сечения
T1 = (S/2Sin)g,
где S — длина дуги, стягивающая угол (рис. 4).
Меридиональные усилия от снеговой нагрузки и кольцевые усилия от собственного веса и снега определяют по соответствующим формулам для сферических куполов-оболочек. Меридиональные усилия сжатия T1 и кольцевые усилия сжатия воспринимаются косяками сетки, а кольцевые усилия растяжения - кольцевым настилом. Усилие N1 (рис. 5), приходящееся на один косяк, находят по формуле
где - суммарное меридиональное усилие на 1 м образующей свода в сечении с углом; - суммарное кольцевое усилие на 1 м дуги поперечного сечения свода при угле ; с — шаг косяков сетки вдоль образующей цилиндра; - шаг косяков сетки вдоль дуги поперечного сечения цилиндра.
Если в рассматриваемом узле Т2 является усилием растяжения, то последний член в формуле для N1 отпадает; само же усилие Т2 должно быть воспринято кольцевым настилом.
Сечение косяков обычно подбирают из условия смятия торцами набегающих косяков боковых граней сквозного косяка по формуле
N1/Fнт Rсм90,
где Fнт - площадь нетто нормального сечения косяка в торце для метального варианта; для варианта с узловым соединением на шипах из этой площади вычитают площадь нормального сечения шипа; высота косяка посередине его длины hK не должна быть меньше l/150Lc.
Кроме того, вдоль образующей свода в секторе проверяют отдельные полосы на продольный изгиб под действием сил сжатия Т2. Рассчитываемую полосу свода принимают равной по ширине (см. рис. 4), а по длине - расстоянию аn между осями смежных гуртов на уровне, соответствующем положению продольной оси расчетной полосы.
Длину аn определяют по формуле
an = 2RcSintg1,
где — центральный угол, соответствующий положению осевой линии an; 1 - половина центрального угла сектора в плане.
Положение расчетной полосы устанавливают подбором. Напряжение в косяках с учетом продольного изгиба проверяют по формуле
где пр - коэффициент продольного изгиба.
Приведенная гибкость расчетной полосы аn
= 3,5an/hк.
Рис.4 Расчетная
схема одного сектора сетчатого сомкнутого
свода
Рис.5 Расчетная
схема разложения сил в типовом узле
сетчатого купола
Сечение растянутого кольцевого настила подбирают аналогично подбору сечения куполов-оболочек. Кольцевые растягивающие усилия между отдельными секторами передаются с помощью гуртов. Прикрепление кольцевого настила к гуртам проверяют на соответствующее усилие в кольцевом настиле. Соединение косяков с настенным брусом и гуртом проверяют на смятие от усилий ni в косяках. В сжатой зоне кольцевых усилий при симметричной нагрузке кольцевой настил воспринимает только местную нагрузку в пролете между косяками. При несимметричной нагрузке неизменяемость сетки обеспечивается кольцевым настилом, который воспринимает при этом продольный распор в каждом секторе свода, определяемый на единицу длины дуги поперечного сечения свода по формуле
Прикрепление кольцевого настила к гуртам проверяют также на усилие Nn по аналогии с кружально-сетчатыми сводами. В растянутой зоне прикрепление кольцевого настила к гуртам проверяют на суммарное усилие Nn и Т2.
Нижнее опорное кольцо (многоугольное в плане) рассчитывают на растяжение и изгиб в горизонтальном направлении от распора свода при наличии сплошной вертикальной опоры и на косой изгиб при опирании кольца в отдельных точках (совпадающих обычно с положением гуртов). Растягивающее усилие в многоугольном кольце (см. рис. 4).
Nр = 0,5T1Cos0Bctg1.
Верхнее сжатое кольцо при многоугольном плане рассчитывают на сжатие усилием, определяемым по формуле
Nр = 0,5T1Cos1a1ctg1.
где a1 - сторона верхнего многоугольника кольца.
При круговом очертании верхнее кольцо рассчитывают так же, как в куполах-оболочках.
Узловые болты в конструкции сетчатого купола с узлами на болтах рассчитывают аналогично кружально-сетчатым сводам на усилие
Nб = N1ctg.
Если необходимо, чтобы сомкнутый свод воспринимал в условиях эксплуатации сосредоточенные нагрузки, их непосредственно передают на гурты, которые при этом рассчитывают как плоские трехшарнирные арки. Так же рассчитывают гурты, если при монтаже к ним подвешивают подмости или другие монтажные приспособления.
Возведение кружально-сетчатых сомкнутых сводов. При сборке сомкнутых сводов в качестве монтажных элементов часто используют усиленные гурты. Сборку свода ведут в такой последовательности. Сначала устанавливают и закрепляют нижнее опорное кольцо и центральную башню, на которую укладывают верхнее кольцо. После этого ставят усиленные гурты свода, которые рекомендуется поднимать и устанавливать спаренными для придания им пространственной жесткости. Гурты раскрепляют монтажными дощатыми раскосами, затем к ним подвешивают небольшие подмости в пределах одного сектора или даже части его.
Свод собирают секторами. Целесообразно собирать одновременно два противоположных сектора. Переходя к сборке следующих секторов, предварительно переносят и закрепляют подвесные подмости. В остальном сборка аналогична сборке кружально-сетчатых сводов. Может быть и другой способ возведения сомкнутых сетчатых сводов. Сначала собирают внизу все основные элементы (гурты, косяки, сетки и опорные брусья) отдельных секторов, а затем их поднимают и устанавливают на место. При этом примыкающие друг к другу секторы образуют спаренные гурты, что должно быть учтено при их расчете и конструировании.