Зонтичный купол диаметром 31 м

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 9Следующая ⇒

В г. Штутгарте на выставке садоводства в 1977 году построен выставочный павильон в виде волнистого купола диаметром 31 м, аналогичный изображенному на рисунке. Главной особенностью конструкциии является то, что для ее возведения применен песчаный бетон, армированный щелочестойким рубленым стекловолокном. Такой бетон по сравнению с обычным обладает более высокой прочностью на растяжение и изгиб, лучше сопротивляется удару, разрушается при более высоком относительном удлинении. Благодаря этому удалось возвести купол без стальной арматуры и придать оболочке иключительно малую толщину: всего 1 см. Это самая тонкая бетонная оболочка и первый случай использования бетона, армированного стекловолокном, в несущих конструкциях.

Купол имеет меридиональную разрезку и собран из восьми одинаковых элементов — волн, представляющих собой форму гиперболического параболоида. В меридиональном направлении выпуклость такого элемента направлена внутрь зонтичного купола (вниз), в кольцевом — наружу (вверх). Длина элемента составляет 15, 5, ширина — 10, высота —. 5 м, масса — 2, 5 т.

Элементы соединены впритык и оперты на восемь железобетонных контрфорсов, расположенных по окружности диаметром 26 м так, что каждый элемент образует консольный козырек вылетом 2, 5 м. Контрфорсы опираются на отдельные железобетонные фундаменты, соединенные между собой по контуру сооружения предварительно напряженными балками.

Для изготовления элементов была применена специальная форма из досок шириной 10 см, расположенных в двух перекрестных направлениях вдоль прямолинейных образующих гиперболического параболоида. На эту форму с помощью бетонного насоса подавалась песчано-бетонная смесь с водо-цементным отношением 0, 45. Эта смесь перед соприкосновением с поверхностью формы наполнялась рубленым стекловолокном, подаваемым сжатым воздухом по другому шлангу.

Смесь подавали до тех пор, пока толщина оболочки не достигала проектного размера — 1 см. На краевых участках элемента толщина увеличивалась до 4 см для возможности закладки стыковой арматуры. Во избежание растрескивания готовый элемент покрывался увлажненными матами из пенопласта, а на следующий день маты сменялись предохранительной коркой из специального пластика, чем замедлялось испарение влаги из материала оболочки. Через 40 ч, когда бетон набирал необходимую прочность, элемент снимали с формы с помощью автокрана со специальной траверсой и вакуумным подъемным устройством и переносили непосредственно на монтажный кондуктор купола. Здесь осуществлялось стыкование элементов купола между собой и крепление. их к опорным контрфорсам.

Стык элементов выполнен с помощью арматуры из проволок диаметром 4 мм, расположенных с шагом 7, 5 см близ опоры и 15 см — на других участках. Эти проволоки соединены между собой двумя арматурными стержнями диаметром 10 мм, идущими вдоль стыка, и весь стык замоноличен песчаным бетоном с рубленым стекловолокном. В месте каждого стыка волн образована ендова, по которой вода стекает с покрытия.

По мнению специалистов, применение бетонов, армированных стекловолокном, в тонкостенных оболочках покрытий представляется перспективным. Масса таких оболочек на много меньше массы применявшихся до сих пор железобетонных оболочек: затраты стальной арматуры сводятся до минимума (только для стыкования), и в то же время оболочки из бетона, армированного стекловолокном, не уступают железобетонным по таким свойствам, как водонепроницаемость и огнестойкость.

Масса купола, включая замоноличенные стыки, составляет 25 т, или 35 кг на 1 м² перекрытой площади.

Покрытие аудитории университета в штате Виргиния (США) выполнено в виде сборно-монолитного железобетонного купола диаметром 86 м. Купол установлен на 32 колоннах, расположенных по окружности; 32 сборных арочных ребра передают вертикальные усилия на колонны и горизонтальный распор на последовательно напряженное нижнее растянутое монолитное кольцо и на сжатое монолитное кольцо в центре купола.

Сборные оболочки из легкого бетона установлены между ребрами. Эти оболочки в количестве восьми штук в каждом из 32 сегментов имеют круговое поперечное сечение постоянного радиуса по нормали к оси арок и в радиальном направлении следуют кривизне арок.

Стык между оболочками и арками замоноличивается так, как это изображено на рис. ниже, и таким образом весь купол превратился в монолитную конструкцию. Толщина легкобетонной оболочки составляет 7, 6 см. Стык оболочек в радиальном направлении показан на рис. б.

Сборные железобетонные арочные ребра, выполненные из бетона прочностью 3, 5 кН/см², имеют ширину 50 см и переменную высоту от 1, 07 м у колонны до 76 см у верхнего сжатого кольца. Стык ребра арки с верхним сжатым кольцом изображен на рис. а, а с нижним растянутым кольцом — на рис. д.

Верхнее монолитное кольцо коробчатого сечения выполнено жестким и испытывает сжатие, изгиб и кручение. Растянутое кольцо выполнено с последующим напряжением на бетон усилием 11, 7 МН 597 проволоками диаметром 5 мм в 10 слоев с таким расчетом, чтобы оно от всех возможных нагрузок всегда оставалось сжатым. Натяжение проволок осуществлялось навивочной машиной системы BBR. Монтаж шел в следующем порядке: вначале бетонировались колонны и нижнее опорное кольцо и одновременно изготавливались арочные ребра. Сборные арки монтировались двумя 50-тонными кранами и устанавливались на опору в центре купола, промежуточную временную трубчатую опору и на колонны. Затем бетонировалось центральное кольцо, после чего устанавливались элементы оболочек, начиная от центра к наружному кольцу.

После омоноличивания стыков между оболочками и ребрами, между ребрами и кольцами и оболочек между собой, кроме неустановленного последнего кольца оболочек, приступили к натяжению нижнего кольца машиной. Ежедневно напрягался один из 10 слоев проволок. В процессе натяжения нижнего кольца конструкция поднялась с промежуточных опор и начала работать как монолитный купол.

Для удобства обобщения и сопоставления основные технические данные о наиболее интересных железобетонных куполах приведены в табличной форме, в табл. 6 приведены данные о железобетонных куполах с указанием места возведения, назначения здания, диаметра купола, стрелы подъема, некоторых констуктивных особенностей и толщины оболочки; в табл. 9 приведены основные технические данные по расходу материалов на купол и опорное кольцо для некоторых железобетонных куполов.

Пример расчета сферического сборно-монолитного железобетонного купола

Задание: для покрытия над зданием запроектировать сборный железобетонный сферический купол диаметром 90 м с фонарным отверстием диаметром 12 м.

Подъем купола по требованиям технологии и из условия отсутствия растягивающих напряжений по всей его поверхности в кольцевом направлении выбираем равным 12, 5 м. Отношение стрелы подъема к диаметру составляет 1/7, 2.

Расчетное сечение купола

а—схема и геометрические размеры; б—расчетное сечение оболочки купола у нижнего опорного кольца; в — то же. у низа верхней панели; г—то же, нижнего опорного кольца

При заданной стреле подъема радиус сферы равен

r_с = (d² + 4f²)/8f; r_с = (90² + 4 X 12, 5²): (8 X 12, 5) = 87, 25 м.

Сборные элементы купола предполагается изготавливать на заводе железобетонных изделий и перевозить железнодорожным или водным транспортом, поэтому размеры их ограничиваются габаритом железнодорожного состава. Членение купола из этих условий производим по меридианам и параллелям, собирая оболочку из элементов двух типоразмеров примерно одинаковой длины — около 20 м.

В целях упрощения изготовления сборные элементы фонарного и опорного колец отделяют от элементов, образующих оболочку. С целью уточнения размеров сборных элементов оболочки задаемся размерами фонарного и опорного колец, а также размерами стыка между элементами оболочки. Для установки элементов оболочки в местах сопряжения их с фонарным и опорным кольцами в последних предусматриваются кольцевые выступы. Нижнюю часть купола расчленяем на 112 панелей, верхнюю — на 56. Размеры панелей показаны на рисунке. Нижнее опорное кольцо запроектировано из сборных блоков и армируется предварительно напряженной арматурой, напрягаемой электротермическим способом из стали А-III в, которую укладывают по наружной грани опорного кольца с последующим омоноличиванием преднапряженной арматуры. При таком способе членения элементов оболочки размеры сечений сборных элементов определяются условиями транспортирования, складирования и монтажа элементов до омоноличивания стыков. Элементы оболочек выполняем с кривизной в одном направлении.

Для восприятия сдвигающих усилий по всем граням элементов оболочки купола предусматриваются шпонки и дополнительные стальные закладные элементы, соединяемые накладками с целью обеспечения непрерывности кольцевой арматуры. Размеры продольных ребер принимаем из условий монтажа равными 100X600 мм. Толщину собственно оболочки принимаем равной 40 мм, а марку бетона 500. Нормативные и расчетные нагрузки на купол приведены в табл. 8.

Расчетные нагрузки на фонарное кольцо:

1. Собственный вес кольца 8, 2 кН;

2. Собственный вес фонаря 5, 0 кН;

3. Снеговая нагрузка на фонаре 4, 2 кН.

Итого 17, 4 кН.

Координаты сечений купола и значения тригонометрических величин приведены в табл. 9.

Принятая конструкция купола а — план; 6 — разрез I — I; в, г—плита П1 (продольный разрез и план); д, е — плита П2 (продольный разрез и план); ж —плиты П1 и П2 (поперечный разрез); з—деталь устройства шпонок по борт м плит П1 и П2; 1 — колонна; 2—нижнее опорное кольцо; 3 —плита П1; 4 — плита П2; 5 —монорельс; 6 —верхнее опорное кольцо; 7 — строповочные петли; 8 — арматурная сетка; 9 — сварные каркасы

Таблица 8

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 Следующая ⇒