Купола из цельной или клееной древесины

12.09.2020

Современному уровню технологии строительного производства отвечают пространственные конструкции в виде куполов с ребрами из клееной древесины и ограждающими элементами из досок, панелей на деревянном каркасе и плитных материалов — фанеры или конструкционных пластмасс. В зависимости от принципов конструирования различают ребристые, ребристо-кольцевые и сетчатые купола.

Любая из перечисленных конструкций куполов включает в себя систему ребер (каркас), опорное и фонарное кольца и элементы ограждения — настилы, обшивки или панели. Последние могут включаться в совместную работу с элементами каркаса с различной степенью участия.

Ребристые купола образуются системой меридиональных ребер и закрепляемой к ним собственно оболочкой. Меридиональные ребра раскрепляются между собой связями (рис. 2.13.4, а). Ребристо-кольцевые купола образуются системой меридиональных и кольцевых ребер. Верхние грани ребер совпадают между собой в узлах купола или могут отличаться на толщину плит. Элементы собственно оболочки располагаются на ребрах по их верхним граням или по черепным брускам на боковых поверхностях ребер (рис. 2.13.4, б).

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.

Размеры высоты сечений меридиональных ребер ребристых и ребристо-кольцевых куполов назначаются исходя из соотношения 1/60...1/120 диаметра купола, причем меньший размер соответствует большему диаметру.

Размеры сечений кольцевых ребер назначаются как для балок на двух опорах между соседними меридиональными ребрами. С целью унификации размеров рекомендуется принимать 2...3 размера высоты сечения кольцевых ребер.

Предварительно назначенные размеры поперечных сечений ребер проверяются расчетом на монтажные нагрузки как балки на двух опорах под действием собственного веса и веса смонтированных конструкций, опирающихся на ребро, без учета снеговой нагрузки. В случае необходимости для уменьшения высоты сечения ребер предусматривают временные опоры или монтажные приспособления — затяжки, шпренгели и др. Такие приспособления наиболее эффективны при больших объемах строительства из однотипных элементов.

Сечения ребер сетчатых куполов, как правило, бывают меньшими, чем сечения ребер ребристых и ребристо-кольцевых куполов, так как сетчатые купола монтируются с применением большего количества монтажных опор или несущих подмостей. Кроме того, сетчатые купола при диаметрах более 30 м могут устраиваться двухпоясными. В этом случае за счет некоторого увеличения трудоемкости возведения достигается существенная экономия материалов. Таким образом, высота сечения ребер в сетчатых куполах принимается в зависимости от длины монтажных элементов или от расстояния между монтажными опорами.

Опорное кольцо купола в случае опирания его на уровне земли следует устраивать железобетонным и совмещать с конструкцией фундамента.

В случае установки купола на колонны или на стены опорное кольцо целесообразно выполнять металлическим, например из полосы, устанавливаемой вертикально и охватывающей опорные части меридиональных ребер или опорных узлов сетчатого купола. Таким образом, опорное кольцо, как правило, имеет многоугольное очертание в плане.

Фонарное кольцо наиболее удобно выполняется из стальной трубы толщиной 8...10 мм. Диаметр его выбирают в зависимости от назначения, однако наименьший его размер определяется условием размещения на нем примыкающих торцов меридиональных ребер. Внутри фонарного кольца могут быть установлены распорки для уменьшения деформаций изгиба. Количество меридиональных ребер назначается с учетом рекомендуемых размеров их сечений, которые согласуются с действующими нагрузками. Наиболее рациональное размещение ребер получается при расстоянии между ними по опорному кольцу в пределах 6,5...8 м в зависимости от диаметра купола. Кольцевые ребра следует располагать с шагом не более 3 м для удобства монтажа настила или панелей купола.

Настил куполов диаметром более 30 м устраивают однослойным в виде щитов из досок толщиной 25...40 мм. Работа щитов на сдвиг обеспечивается раскосами из досок, укладываемых под углом к доскам щита и прибиваемых двумя гвоздями к каждой из них. Пример купола показан на рис. 2.13.5.

Соединения элементов куполов между собой отличаются большим разнообразием. Некоторые примеры соединений показаны на рис. 2.13.3 и 2.13.4.

Рассмотрим расчет ребристо-кольцевого купола из древесины на осесимметричные нагрузки. Предварительное определение сечений основных элементов покрытия производится исходя из монтажных нагрузок. Меридиональное ребро рассматривается как балка, свободно опертая одним концом на опорное, а другим — на фонарное кольцо. Если при этом получается высота сечения ребра больше 1/50 диаметра купола (особенно при диаметре куполов более 40 м), то следует предусмотреть временные опоры или другие вспомогательные элементы, уменьшающие пролет. Сечения кольцевых ребер назначаются конструктивно из условия, чтобы высота сечения наиболее длинного элемента не была меньше 1/20 пролета (расстояния между меридиональными ребрами).

Приближенный расчет сводится к рассмотрению купола как пространственной стержневой системы, образуемой меридиональными и кольцевыми ребрами. Настил может быть учтен в качестве полок таврового сечения кольцевых ребер.

Расчетная схема представляет собой плоскую арку, образуемую меридиональными ребрами с несколькими затяжками, имитирующими кольцевые ребра. Нагрузки собираются в узлы расчетной схемы. При расчете учитываем деформацию ребер от изгибающих моментов и от продольных сил в кольцах.

После решения системы канонических уравнений и определения значений лишних неизвестных усилия в затяжках определяются по формуле

а усилия в кольцевых ребрах — по формуле

Проверка прочности кольцевых ребер производится по формуле

а меридиональных ребер — по формуле

где Rр — расчетное сопротивление древесины сжатию, коэффициент е=1, так как ребра опираются по всей длине на упругое основание в виде настила оболочки.

На несимметричные нагрузки в настоящее время не представляется возможным указать достаточно удобный приближенный метод расчета. Однако эксперименты, выполненные на моделях, показывают, что конструкция купола, выполненная по расчету на симметричные нагрузки, оказывается вполне надежной и при действии односторонних снеговых нагрузок.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна