Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии 


Конструкции стальных куполов




 

Наибольшее распространение как в нашей стране, так и за рубе­жом получили купола, выполненные в стальных конструкциях, реже — из алюминиевых сплавов. И те и другие могут пере­крывать значительные площади; выбор материалов их кон­струкций диктуется техническими и технико-экономическими соображениями. Многообразие конструктивных решений по­зволяет в ряде случаев использовать наружные штампованные и предварительно напряженные обшивки куполов как несущие и ограждающие элементы, что приводит к значительной эко­номии материала при их возведении. Ниже приводятся основ­ные типы конструктивных решений куполов.

По своей конструкции купола могут быть различных ти­пов: ребристые, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые со связями, сетчатые и пластинчатые. Конструкция ребристых куполов состоит из трех основных элементов: нижнего опорного кольца, радиально расположенных плоских ребер и верх­него опорного кольца. Плоские радиальные ребра соединяют­ся между собой в вершине с помощью верхнего кольца, а вни­зу обычно опираются на нижнее опорное кольцо. В этом слу­чае составляющие опорного давления от ребер на фунда­менты будут только вертикальными. Горизонтальная состав­ляющая воспринимается опорным кольцом. Верхние пояса ребер образуют наружную поверхность купола, представляю­щую собой поверхность вращения. Верхнее кольцо при несим­метричных нагрузках, кроме сжатия, подвергается кручению, поэтому его сечение следует выполнять жестким.

Степень жесткости присоединения ребер у вершины ку­пола зависит от конструкции этого узла. Если для присоеди­нения ребер применяется сварка, то сопряжение в вершине ребер с кольцом можно принимать жестким. Нижнее опорное кольцо выполняется в виде многоугольника, число сторон ко­торого соответствует числу ребер.

В случае устройства круглой формы нижнего кольца дол­жен учитываться местный изгиб от кривизны кольца. Опи­рающиеся на ребра промежуточные кольцевые прогоны обла­дают малой жесткостью либо недостаточно жестко присоеди­нены к ребрам, и поэтому они не оказывают существенного влияния, на деформацию ребер.

Ребра купола могут быть сквозными (в виде легких ферм) или сплошного сечения. Сплошные ребра тяжелее, проще в из­готовлении, особенно при использовании прокатных балок. Для обеспечения общей жесткости купола необходимо в пло­скости ребер по крайней мере в двух секторах устанавливать связевые панели, идущие от вершины купола до его опор.

Ребристо-кольцевые купола.Если в ребристом куполе включить в работу кольцевые прогоны, то получим простран­ственную конструкцию, состоящую из плоских ребер, установ­ленных в радиальном направлении и соединенных между со­бой рядом колец, образующих совместно жесткую простран­ственную систему. Кольца, помимо нормальных усилий, воз­никающих при работе купола, в целом могут работать так же на местный изгиб как прогоны. В очерченную кривую купола вписывается многоугольник, и в конечном счете получается многогранник.

Ребристо-кольцевой купол рациональнее и легче ребристо­го купола, поскольку в работу включаются все элементы кон­струкции. Если присоединение колец к ребрам осуществляется жестко, то такая конструкция является неизменяемой. При шарнирном присоединении колец к ребрам обязательно сле­дует устраивать жесткие связевые панели, обеспечивающие устойчивость купола.

Ребристо-кольцевые купола с решетчатыми связями.Купола с решетчатыми связями решаются в виде многогран­ников, вписанных в поверхность вращения и состоящих из ме­ридиональных ребер и колец, между которыми располагаются раскосы.. Усилия, возникающие от внешних нагрузок, частич­но воспринимаются связями, уменьшая при этом усилия в реб­рах и кольцах, что способствует появлению многочисленных слабоработающих элементов решетки со сложными узлами со­пряжений в местах перелома грани купола.

Снизу купола завершаются нижним растянутым опорным кольцом, воспринимающим распор купола; сверху купол обычно срезается горизонтальной плоскостью и имеет верхнее кольцо, к которому присоединяются все ребра.

Все ребристо-кольцевые купола с решетчатыми связями могут выполняться по двум схемам:

1) ребра соединяются между собой попарно решеткой так, что через один сектор проходят только кольца без связей;

2) решетчатые связи устраиваются непрерывными во всех секторах; в этом случае конструкция купола приближается к сетчатой.

Сетчатые купола.Если в ребристо-кольцевом куполе уве­личить связность системы, то можно получить сетчатые ку­пола с шарнирным соединением в узлах. В сетчатых куполах усилия распределяются по всем элементам поверхности ку­пола, и при шарнирном присоединении все стержни работают только на осевое усилие.

В настоящее время сетчатые купола получили широкое распространение ввиду их легкости и красивого рисунка. Си­стемы сетчатых куполов весьма разнообразны. Они, как пра­вило, компонуются из трубчатых и уголковых стержней, об­разующих непрерывную решетку. Основным недостатком сет­чатых куполов является большое количество различных эле­ментов, узлов и соединений, в связи с чем увеличивается трудоемкость их изготовления и монтажа.

В последние годы развитие сетчатых куполов идет в на­правлении компоновки их из одинаковых серийно изготавли­ваемых элементов. Осуществлены звездчатые купола, все грани которых являются треугольниками, а также геодезиче­ские системы куполов, несущие элементы которых являются ребрами многоугольника, вписанного в сферу. Стержни сет­чатых куполов большей частью выполняются из труб, узлы осуществляются на штампованных фасонках, шаровых сердеч­никах или патрубках.

В несущую систему куполов часто включаются ограждаю­щие конструкции, состоящие из штампованных алюминиевых или стальных листов. Сетчатые купола являются распорной системой. Для восприятия распора обычно устраивается ниж­нее опорное кольцо, которое служит основным элементом не­сущей конструкции купола. За рубежом широко используются сетчатые купола, предложенные Б. Фуллером. Они состоят из стальных трубчатых треугольников или шестиугольников, мон­тируемых на сферической поверхности. Покрытие куполов вы­полнено из алюминиевых или стальных штампованных листов либо светопрозрачных материалов.

Основное преимущество этих конструкций состоит в при­менении однотипных элементов и заполнении сетки легкими материалами, включая светопрозрачные. Монтаж куполов может осуществляться без лесов, путем подращивания при помощи домкратов или пневматических устройств.

Пластинчатые купола.На основе членения куполов, при­нятых для различных конструктивных решений, были разра­ботаны пластинчатые купола, которые собираются из штампо­ванных пластин. Применяя различные типы разрезки, можно - создать ряд плоскостных пластинчатых элементов в виде четырехугольников, треугольников, ромбов или шестигранников, из которых могут быть собраны купола.

Невысокая стоимость, быстрота монтажа, малый вес и на­дежность позволяют применять эти конструкции для больших диаметров куполов. Пластинчатые купола получили широкое распространение в США.

Следует особо отметить, что все перечисленные стальные купола являются распорными системами, и для восприятия распора, как правило, устраивается нижнее опорное кольцо, которое является основным несущим элементом конструкции. В отдельных случаях, при наличии скальных или им подоб­ных грунтов, распор может быть передан непосредственно на конструкцию фундаментов.

Усилия в ребристых и ребристо-кольцевых куполах со свя­зями или без связей можно определять на электронно-вычис­лительных машинах по различным программам. Ниже при­веден пример расчета ребристо-кольцевого купола на ЭВМ.

 

Схема металлических купольных покрытий а —ребристый купол; б —ребристо-кольцевой; в — ребристо-кольцевой купол со связями через сектор; г —то же, со связями в каждом секторе

 

Сетчатые купола можно рассчитывать, как оболочку по безмоментной мембранной теории, по формулам, приведен­ным в табл. 3. Безмоментная теория может быть применена даже для оболочки, обладающей значительной прочностью на изгиб, а изменение кривизны, вызываемое большей частью нагрузок, настолько мало, что не имеет практического значе­ния. Безмоментная теория имеет еще и то преимущество, что она пригодна для любой формы срединной поверхности ку­пола положительной кривизны и почти для всех сплошных встречающихся в практике нагрузок. Значительным преиму­ществом безмоментной теории является статическая опреде­лимость усилий.

Для определения усилий в стержнях купола всегда можно выделить стержень, на который усилия собираются с опреде­ленной «силовой» площади. Кроме осевых усилий стержни могут испытывать, в зависимости от конструкции покрытия изгиб от местных нагрузок, который должен быть учтен при подборе сечения.

Опирание нижних колец на фундаменты должно выпол­няться таким образом, чтобы обеспечить свободное переме­щение в радиальном направлении. Для этого при больших диаметрах куполов (более 30 м) следует либо устраивать катковые опоры, либо обеспечить подвижность кольца путем устройства под ним графитовой смазки или прокладок из ма­териала, имеющего низкий коэффициент трения, например из нафтлена, имеющего высокие прочностные показатели и коэф­фициент трения, равный 0,02.

На верхнем рисунке а, б, в показаны различные схемы ребристых и ребристо-кольцевых купольных покрытий, а на нижнем рисунке — по­крытий сетчатой конструкции:

1) простейшая схема сетчатой конструкции покрытия со­стоящая из меридиональных ребер, колец и крестовых связей между ними во всех трапециевидных секциях (нижний рис.).

2) сетчатая конструкция, использованная при возведении купола диаметром 196 м над крытым стадионом в г Хьюстоне и диаметром 207 м над крытым стадионом в г. Новый Орлеан (США). В обоих случаях купол состоит из 12 главных мери­диональных арочных ребер, объединенных поверху централь­ным кольцом и упертых нижними концами в опорное кольцо пяти промежуточных кольцевых ребер и перекрестных второ­степенных ребер, параллельных главным, и таким образом образуются треугольные ячейки; сечения ребер и колец имеют одинаковую высоту (нижний рис., б);

3) сетчатая конструкция, разработанная ЦНИИПроект-стальконструкцией для покрытия над испытательным цент­ром, представляет собой, эллипсоид вращения диаметром по экватору 234 и по низу 224 м, высотой- 112 м. Купол собирает­ся из ребристых панелей треугольной формы с размерами сторон 9 м без лесов. Наружная сторона панелей представляет собой предварительно напряженную мембрану толщиной 1,5 мм, которая служит кровлей здания (нижний рис., в).

 

Схемы металлических куполов сетчатой конструкции а—ребристо-кольцевая со связями во всех секторах; б — американская схема сетчатого купола; в —сетчатый купол, разработанный ЦНИИ Проектстальконструкцией

 





Рекомендуемые страницы:


Читайте также:

  1. А. Переносом стальных опилок. Б. Переносом магнита. В. Переносом проводника с током. Г. Вытягиванием его с помощью сильного электромагнита. Д. Магнитное поле переместить невозможно.
  2. Асфальтобетонов различных составов (при расчете конструкции по допускаемому упругому прогибу и по условию сдвигоустойчивости)
  3. Балки и балочные конструкции
  4. Бессоюзные присоединительные конструкции
  5. Виды составов преступлений. Влияние на квалификацию законодательной конструкции состава преступления
  6. Выберите из данного ряда слов имена числительные. Объясните свой выбор. Определите частеречную принадлежность остальных слов.
  7. Выбор строительно-изоляционных конструкции и расчёт толщины теплоизоляции
  8. Газобаллонное оборудование. Конструкции и классификация
  9. Глава 6.1. Саморегулирование в области инженерных изысканий, архитектурно-строительного проектирования, строительства, реконструкции, капитального ремонта объектов капитального строительства
  10. Закрепление результатов социалистической реконструкции. Конституция СССР. 1936г.
  11. Запаса прочности стальных канатов
  12. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ КОНСТРУКЦИИ ХОЛОДИЛЬНИКОВ


Последнее изменение этой страницы: 2016-03-22; Просмотров: 3573; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2020 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.009 с.) Главная | Обратная связь