Деревянные и пластмассовые купола из плоскостных конструкций (ребристые)

Ребристые купола

Ребристые купола - одна из первых конструктивных схем купольных покрытий, состоящая из отдельных, по­ставленных радиально плоскостных несущих криволи­нейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верх­нее и нижнее опорные кольца или фундаменты (рис. 1). Ограждающая часть покрытия, уложенная по верхним граням ребер, образует поверхность купола. По­крытие состоит из дощатых щитов или настила по коль­цевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых панелей.

Рис.1 Ребристые купола

а - схема купола; б в - варианты узлов примы­кания ребер к верхнему кольцу; г — узел примы кавия ребер к фундаментам; д - поперечный разрез конического ребристого купола 1- ребро; 2 - прогоны или панели; 3 - скатные связи, 4 - кровля; 5 - верхнее металли­ческое опорное кольцо, 6 - металлическая планка, 7 - зубчатая шпонка. 8 - ребро жесткости, 9 - пластичный шарнир, 10 - клин из клееной древесины, 11 - полимербетон, 12 - столик опорного кольца

Несущие меридианные деревянные ребра постоянно­го или переменного сечения могут быть выполнены в виде полуарок (поверхности положительной гауссовой кри­визны) или прямолинейных элементов (конические купо­ла) из клееной древесины, фанеры или досок со сплош­ной или сквозной стенкой на гвоздях, а иногда из ферм. Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволя­ют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудо­вания, способствуют приданию оболочки проектной фор­мы при возведении и облегчают монтаж покрытия. Вы­соту поперечного сечения ребер принимают в пределах 1/50—1/75 диаметра купола. Ребра устанавливают по нижнему опорному кольцу с шагом 4,5—6 м. Для обес­печения устойчивости ребер из плоскости и повышения общей жесткости покрытия между двумя соседними реб­рами купола устанавливают связи. Количество пар ре­бер, соединенных связями, принимают не менее трех. Чаще всего ребра соединяют попарно по всему покры­тию.

Дощатый настил укладывают по прогонам в два слоя - продольный и косой.

Верхнее сжатое кольцо (круглое или многоугольное) в отличие от кольца тонкостенных куполов-оболочек проектируют более жестким, учитывая его работу на изгиб и кручение, так как два ребра, расположенные в одной диаметральной плоскости, работают как арочная конст­рукция, прерванная в коньковом шарнире кольцом. При большом диаметре верхнее кольцо для повышения его жесткости и устойчивости раскрепляют внутренними рас­порками. Нижнее опорное кольцо как в тонкостенных ку­полах может быть круглого или многоугольного очерта­ния из железобетона, металла или древесины. Соедине­ние ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется шарнирно (рис. 1).

Пример ребристого купола - покрытие крытого рын­ка в Волоколамске (рис. 2). Основными элементами ребристого купола диаметром 30 м являются 12 клееных деревянных меридианных ребер (полуарок). На отметке около 7 м сделано кольцо-затяжка из напрягаемой ар­матуры класса AI сечением 2020 мм. Нижние концы по­луарок через пластинчатые шарниры опираются на железобетонные фундаменты (см. рис. 1,г), а верх­ние— в металлическое опорное кольцо из трубы диамет­ром 1020 мм (см. рис. 1, в); между основными ребра­ми устроены 12 витражных полуарок. Панели покрытия деревянные трехслойные с обшивкой из досок толщиной 19 и 25 мм. Заполнение панелей — минераловатные по­лужесткие плиты толщиной 80 мм. Панели опираются на клееные прогоны шагом 1,5 м. Кровля из оцинкованной стали. Высота купола 14,5 м. Вверху устроен фонарь.

По характеру работы к ребристым куполам относят­ся складчатые купола из древесины, фанеры, пластмасс и волнистые из стеклопластика. На рис. 3 показано складчатое купольное покрытие здания павильона дет­ских игр в г. Блекпуле (США) диаметром около 20 м, высотой в центре зала 7 м. Каждое из 16 ребер собрано из четырех треугольных решетчатых элементов. Кровля купола выполнена из алюминиевых листов, распор вос­принимается металлическим кольцом, опирающимся на стальные стойки.

Волнистые стеклопластиковые купола из лоткообраз-ных криволинейных элементов (волн) меридианной раз­резки выполняют диаметром до 30 м. Масса покрытия на 1 м² проекции составляет 10—20 кг. Толщина волны ко­леблется от 4 мм в центре до 8 мм по краям. Соединение болтовое. На рис. 4 приведен пример покрытия рын­ка в пригороде Парижа Сент-Уан диаметром 18 м, со стрелой подъема 3,3 м. Каждый из 20 волнистых элемен­тов имеет ширину в основании 2,8, высоту 1,1 м, толщи­ну 7 мм. Купол установлен в верхней части здания раз­мером 36x18 м.

Расчет ребристых куполов на вертикальную симмет­ричную относительно оси купола нагрузку может быть выполнен расчленением покрытия на отдельные плоские арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с при­ходящейся на нее грузовой площади треугольного очер­тания.

При расчете купола на горизонтальную ветровую или несимметричную вертикальную нагрузки конструкцию также расчленяют на диаметрально расположенные ар­ки. Арка, получающая от нагрузки наибольшее горизон­тальное смещение, испытывает упругий отпор остальных арок, расположенных под углом к ней. Для простоты считают, что горизонтальные сечения купола не дефор­мируются, а только смещаются в горизонтальном на­правлении одно относительно другого. Тогда упругий отпор на рассматриваемую арку можно считать прило­женным в ключе арки (рис. 5, а) и усилия опреде­ляются из условия совместности деформаций всех арок в ключевом шарнире, используя при этом уравнение ме­тода сил. Такой расчет можно выполнить по методике, изложенной в курсе «Металлические конструкции» под общей редакцией проф., д-ра техн. наук Е. И. Беленя.

Для приближенного расчета в запас прочности мож­но рассчитывать арки на все виды загружения как обыч­ные плоские системы.

При подборе сечения арок в зависимости от жесткос­ти и надежности их соединения с кольцевыми прогонами последние могут обеспечивать общую устойчивость ме­ридианных ребер из их плоскости, уменьшая расчетную длину ребер при проверке устойчивости плоской формы деформирования. Расчет верхнего и нижнего колец вы­полняют аналогично куполам предыдущего типа.