Большепролетные здания с пространственными стержневыми покрытиями в форме куполов

Куполами называют пространственные конструкции положительной гауссовой кривизны, поверхность которых образуется вращением плоской кривой вокруг вертикальной неподвижной прямой оси вращения. Наибольшее распространение в практике строительства получили купола на круглом плане, которые в зависимости от типа вращающейся кривой могут образовывать следующие поверхности: сферическую, параболическую, эллиптическую и т.п. Гауссова кривизна представляет собой произведения главных кривизн где и радиусы взаимно перпендикулярных сечений кривой поверхности в данной точке. Если центры кривизны лежат по одну сторону поверхности, то поверхность имеет положительную гауссову кривизну.

По конструктивным признакам различают купола: ребристые, ребристо-кольцевые, сетчатые, панельные.

Ребристый купол представляет собой пространственно-арочную конструкцию из плоских криволинейных ребер сплошного или сквозного сечений, установленных радиально и опирающихся в вершине на верхнее сжатое кольцо, внизу – на опорное растянутое кольцо. Кровля укладывается по кольцевым прогонам, шарнирно соединенным с ребрами (рис. 6.1) [6].

 

Ребристо-кольцевой купол отличается от ребристого включением в работу совместно с ребрами кольцевых прогонов. Кольцевые прогоны уменьшают расчетные длины ребер из плоскости и повышают их общую устойчивость (рис. 6.2) [6].

Ребристые и ребристо-кольцевые купола проектируют: со стрелой подъема , диаметром м, высотой поперечного сечения ребер , с шагом ребер 6…12 м в зависимости от  где наружный диаметр купола.

Для повышения жесткости таких куполов по поверхности между ребрами устанавливают минимум 4 связевых крестовых панели, сопряженных с ребрами и прогонами как распорками.

Распространяя крестовые связи между ребрами на каждую секторную ячейку, получим купол Шведлера, по фамилии автора-изобретателя такого купола. Такой купол имеет весьма высокую жесткость и может иметь диаметр м (рис. 6.3) [6].

В современной практике куполостроения наибольшее применение получили сетчатые купола на основе сеток с треугольными ячейками на поверхности купола. Среди них различают: купола звездчатой системы разбивки (купол Фёппеля) (рис. 6.4) [6]; купола с одинаковыми расстояниями между кольцами и длиной кольцевых элементов в одном ярусе (купола системы Чивитта), (рис. 6.5) [6]; купола системы Чебышева, отличающиеся равенством длин стержней, расположенных в меридиональном направлении (рис. 6.6) [6]. В зависимости от требуемого по функциональному   назначению  диаметра  различают  однопоясные  сетчатые   купола

 

 

 

Рис. 6.1. Конструктивная схема большепролетного ребристого купола:       1 - меридиональные ребра; 2 - нижнее опорное кольцо; 3 - верхнее опорное кольцо; 4 - прогоны; 5 - связи из четырех блоков по два блока во взаимно перпендикулярных направлениях

 

 

 

 

Рис. 6.2. Конструктивная схема большепролетного ребристо-кольцевого купола: 1 - меридиональные ребра; 2 - нижнее опорное кольцо; 3 - верхнее опорное кольцо; 4 - прогоны-кольца; 5 - связи из четырех блоков по два блока во взаимно перпендикулярных направлениях

 

 

 

Рис. 6.3. Конструктивная схема большепролетного купола системы Шведлера: 1 - меридиональные ребра; 2 - нижнее опорное кольцо; 3 - верхнее опорное кольцо; 4 - прогоны-кольца; 5 - крестовые связи в каждом блоке из двух меридиональных ребер

 

 

 

Рис. 6.4. Конструктивная схема сетчатого большепролетного купола звездчатой системы: 1 - ломаные в двух плоскостях меридиональные ребра;       2 - нижнее опорное кольцо; 3 - верхнее опорное кольцо; 4 - прогоны-кольца;    5 - плоские грани

 

 

 

Рис. 6.5. Конструктивная схема сетчатого большепролетного купола системы Чивитта: 1 - меридиональные ломаные ребра или их оси;  2 - нижнее опорное кольцо; 3 - диагональные ломаные ребра; 4 - ломаные кольца; 5 - плоские грани

 

 

 

Рис. 6.6. Конструктивная схема сетчатого большепролетного купола системы Чебышева: 1 - меридиональные ломаные ребра или их оси; 2 - нижнее опорное кольцо; 3 - диагональные ломаные ребра; 4 - ломаные кольца; 5 - плоские грани

 

 

Рис. 6.7. Пример сетчатого купола системы Чебышева в г.Душанбе, Д=65м

 

( м) и двухпоясные ( м) с высотой поперечного сечения между поясами . Зависимость радиуса сетчатого купола () от диаметра () и стрелы подъема () предлагают [6] определять по формуле: .

Панельный купол представляет собой дальнейшее развитие сетчатого купола путем включения в его работу ограждающих кровельных конструкций. Такой купол собирают из гнутоштампованных панелей, изготовленных из стальных или алюминиевых листов толщиной 2…4 мм. По контуру панелей делают отбортовку, с помощью которой панели соединяют друг с другом на монтажных болтах. За счет перелома граней смежных панелей купол приобретает необходимую жесткость по общей устойчивости, а листы панелей, закрепленные бортовыми элементами, обеспечены от потери местной устойчивости . При этом ребра соединенных панелей на поверхности купола образуют рисунок сетчатого купола с его геометрической формой. Для увеличения жесткости и несущей способности купола между вершинами панелей прикрепляют [3] стержни, которые создают дополнительную сетку купола с наружной или с внутренней поверхностей купола (панельно-сетчатый купол). На рис. 6.7 [10] приведен пример сетчатого купола системы Чебышева в г.Душанбе, м.