Лекция № 16

Пространственные деревянные конструкции.

К пространственным конструкциям относят такие, в которых при расчете на воздействие основных нагрузок учитывается совместная работа большинства элементов.

К основным типам пространственных деревянных конструкций относятся: купола, оболочки, своды и перекрестно-балочные системы.

Особенность пространственных конструкций из древесины заключается в том, что разрушение какого-либо одного элемента обычно не приводит к обрушению всей конструкции, поскольку вместо выбывшего элемента в работу включаются смежные элементы, пространственно связанные с ним. Кроме того, повышение надежности (живучести) пространственных деревянных конструкций обеспечивается вязкой работой конструктивных связей.

Купола.

Пространственные конструкции в виде куполов выполняют с ребрами из цельной или клееной древесины и ограждающими элементами (обшивкой) из досок, каркасных деревянных плит или плитных композиционных материалов – фанеры или конструкционных пластмасс. В зависимости от принципов конструирования различают ребристые, ребристо-кольцевые и сетчатые (геодезические) купола.

Ребристые купола образуются системой меридиональных ребер и закрепленной к ним обшивкой. Меридиональные ребра раскрепляются между собой связями (рис.16.1., а).

Ребристо-кольцевые купола образуются системой меридиональных и кольцевых ребер. Верхние грани ребер совпадают между собой в узлах купола или могут отличаться на толщину обшивки. Элементы обшивки располагаются на ребрах по их верхним граням или по черепным брускам на боковых поверхностях ребер (рис. 16.1., б).

Рис. 16.1. Схемы устройства куполов

а) ребристых;

б) ребристо-кольцевых .

1-опорное кольцо; 2-фонарное кольцо;

3-меридиональные ребра; 4- кольцевые ребра.

Ребра сетчатых куполов могут располагаться по геодезическим линиям на поверхности или образовывать системы правильных многоугольников, соединяемых в пространственную систему в виде выпуклых многогранников, вписанных в сферическую поверхность (рис. 16.2.).

Рис. 16.2. Аппроксимация сферической поверхности многогранниками.

Размеры высоты сечений меридиональных ребер ребристых и ребристо-кольцевых куполов назначаются исходя из соотношения 1/60…1/20 диаметра купола, причем меньший размер соответствует большему диаметру.

Размеры сечений кольцевых ребер назначаются из условия изгиба как для балок на двух опорах между соседними меридиональными ребрами. С целью унификации размеров рекомендуется принимать не более 2..3 размеров сечения кольцевых ребер.

Сечения ребер сетчатых куполов обычно меньше, чем сечения ребер ребристых и ребристо-кольцевых куполов и часто выполняются из цельной древесины.

Опорное кольцо купола при размещении его на уровне земли выполняют железобетонным и совмещают с конструкцией фундамента.

В случае установки купола на колонны или стены опорное кольцо часто выполняют металлическим, круглого или многоугольного очертания в плане.

Верхнее (фонарное) кольцо, как правило, выполняют стальным. Наименьший диаметр фонарного кольца определяется условием размещения на нем примыкающих торцов меридиональных ребер. Внутри фонарного кольца могут быть устроены распорки для уменьшения деформаций изгиба.

Количество меридиональных ребер назначается в зависимости от диаметра купола. Наиболее рационально размещение ребер на расстоянии между ними по опорному кольцу в пределах 6,5…8 м.

Кольцевые ребра располагают с шагом не более 3 м для удобства монтажа обшивки купола.

Расчет ребристых и ребристо-кольцевых куполов выполняется на действие постоянных нагрузок от собственного веса и веса конструкции покрытия, а также временных (снеговой и ветровой) нагрузок. Меридиональные ребра купола рассчитывают на сжатие с изгибом по схеме трехшарнирной арки, кольцевые ребра – на изгиб, как балки на двух опорах. Верхнее (фонарное) кольцо рассчитывают на сжатие с возможной потерей устойчивости, нижнее опорное кольцо рассчитывают на растяжение от усилий распора.