Конструктивные решения узлов стальных куполов.

На следующем рис. («Узлы опирания куполов на нижележащие опорные конструкции», а) показан пример устройства опорного узла ребристого кольцевого купольного покрытия со связями через сектор над стальным резервуаром диаметром 42 м. В этом случае ребра купола выполнены двутаврового сечения с до­полнительным опорным ребром в месте примыкания ребра к опорному кольцу. Опорное кольцо выполнено в виде гори­зонтально расположенного сварного двутавра. В данном слу­чае ось ребер купола центрируется на ось стенки резервуара. Как видно из рисунка, ребра купола сопрягаются с опорным кольцом через пристроганные торцевые плиты.

На рис., 6 показано опирание ребристо-кольцевого ку­польного покрытия диаметром 24 м со связями через сектор на железобетонные стенки резервуара. Ребра купола двутав­рового сварного сечения, опорное ребро также в виде сварного двутавра, поставленного вертикально с наклонным верхним поясом. На рис., в показано опирание ребристо-кольцевого купола со связями диаметром 66 м над складом глинозема; 24 ребра купола выполнены в виде сварного двутавра, опор­ное кольцо крестового сечения. Ось ребер купола центрирует­ся через опорное кольцо на ось качающейся стойки, закреп­ленной болтами в тангенциальном направлении.

На рис., г показано опирание сетчатого купола диамет­ром 196 м над крытым стадионом в г. Хьюстоне (США).

Радиальные и меридиональные ребра представляют собой решетчатую конструкцию высота 1520 мм, пояса которой вы­полнены из широкополочных двутавров. Опорное кольцо вы­полнено также в виде сквозной фермы высотой 1520 мм с поя­сами из широкополочных двутавров. Опорное кольцо опирает­ся на 72 качающиеся стойки, закрепленные болтами в тан-. генциальном направлении.

На рис., д показано опирание ребристо-кольцевого ку­пола с связями через сектор над корпусом сгущения Карагай-линского горно-обогатительного комбината диаметром 60 м. Ребра купола выполнены из сварных двутавров, опорное кольцо — из горизонтально расположенного сварного двутав­ра. Опирание на нижележащую железобетонную конструкцию осуществлено через катковые опоры.

 

Узлы опирания куполов на нижележащие опорные конструкции с—узел опирания купола на стальной резервуар; б—опорный узел купола, опирающегося на железобетонную колонну; в — опорный узел купола диаметром 66 м; г—опорный узел купола диаметром 196 м; д—опорный узел купола диаметром 60 м с опиранием на железобетонную опору; / — стенка резервуара; 2—опорное кольцо; 3— ребра купола; 4 — центрирующая прокладка; 5 — стыковая накладка ребра; 6 — закладной лист в железобетонной стенке резервуара; 7 —упоры, устанавливаемые после монтажа купола; 8— стыковой шов кольца; 9 — опорная стойка; 10— круглый стержень диаметром 50 мм, приваренный к верхней части колонны; 11— тангенциальная опора; 12—нижняя опорная плита; 13—анкерные болты; 14 — решетчатые ребра купола; 15—кровельное покрытие; 16—круглый стержень диаметром 50 мм, приваренный к верхней части колонны; 17—плиты 400X400X35 мм; 18 — верхняя опорная плита; 19 — качающаяся опора; 20 — нижняя опорная плита; 21 — круглый стержень диаметром 50 мм, приваренный к нижней плите; 22 — опорная стойка; 23 — верхняя опбрная подушка; 24 — цилин­дрические катки; 25—нижняя опорная подушка; 26—железобетонная опора; 27 — прогоны

Примеры некоторых осуществленных металлических куполов

 

На первом рис. показано в процессе возведения купольное по­крытие над корпусом сгущения Ковдорского горно-обогати­тельного комбината. Над круглым в плане зданием устроено покрытие в виде ребристо-кольцевого купола диаметром 54 м со связями через сектор. Стрела подъема купола 8, 2 м. Кон­струкция купола состоит из 32 радиальных ребер сварного двутаврового сечения, соединенных между собой верхним и нижним опорными кольцами, шестью промежуточными коль­цами, образующими совместно жесткую пространственную систему.

Для снижения усилий в ребрах и кольцах, а также в целях обеспечения их устойчивости в процессе монтажа ребра попарно соединены крестовыми связями. Нижнее опорное коль­цо имеет сварное крестовое сечение из трех листов из стали 10Г2С1, промежуточные кольца выполнены из двух швелле­ров, верхнее кольцо — коробчатого сечения.

После установки и выверки очерченных по шаровой по­верхности ребер по ним раскатывается стальной лист толщи­ной 3 мм, работающий между ребрами как мембрана. Мем­брана прикрепляется к верхнему поясу ребер высокопрочны­ми болтами через непрерывную стальную накладку. Для уве­личения трения между мембраной и ребром верхние пояса ре­бер покрываются эпоксидной смолой с втопленной в него ко­рундовой крошкой. Таким образом, мембрана является одно­временно несущей и ограждающей конструкцией кровли и ис­пользуется как растянутые элементы связей между кольцами в секторах, где связи отсутствуют.

Ширина верхнего пояса ребра определилась необходи­мостью размещения на нем двух рядов высокопрочных болтов, прикрепляющих мембрану к ребру. Против каждого ребра ку­пола устроена опора в виде качающейся стойки. Опорная стой­ка имеет подвижность в радиальном направлении и при по­мощи болтов закреплена в кольцевом направлении. К ребрам купола подвешено устройство, позволяющее вывезти из здания оборудование для очистки сгустителей и ремонта смешиваю­щей машины. Расход стали на конструкцию купола, включая фермы для перемещения технологического оборудования, со­ставляет 150 т, вес мембраны — 60 т.

Элементы купола были полностью изготовлены на заводе металлоконструкций, укрупнены в секторы, состоящие из двух ребер, колец и связей и в таком виде смонтированы. Сектора опирались на временную опору в центре купола и опоры.

Над корпусами сгущения на Карагайлинском горно-обога­тительном комбинате два покрытия выполнены в виде сталь­ных ребристо-кольцевых куполов диаметром 56, 6 м со стре­лой подъема Эми связями через сектор. В вершине купола устроен световой фонарь диаметром 7, 2 м; 28 ребер двутав­рового сварного сечения имеют переменную высоту от 740 мм у опоры и до 630 мм у верхнего кольца. Ребра опираются на нижнее и верхнее фонарное кольца. Нижнее опорное кольцо изготовлено из горизонтально установленного сварного дву­тавра высотой 800 мм, верхнее фонарное сжатое кольцо вы­полнено из сварного двутавра высотой 630 мм, промежуточные кольца— из двутавра №36.

На ребра купола установлены прогоны, по которым уло­жены железобетонные плиты с кровельным покрытием. Для обеспечения в условиях сурового климата свободного переме­щения купола при температурных колебаниях опоры купола установлены на катки, обеспечивающие свободное их переме щение в радиальном направлении. Монтаж купола велся с устройством временной опоры в центре купола. Расход стали на 1 м² горизонтальной проекции пола составляет 85 кг.

На следующем рис. показан интерьер возводимого купольного по­крытия.

В г. Атланте (США) построен спортивный зал, круглый в плане, перекрытый ребристым куполом эллипсоидного очер­тания диаметром 82, 3 м со стрелой подъема 15, 24 м. Купол состоит из 32 ребер эллиптического очертания, радиально расходящихся от центра здания и объединенных вверху жест­ким кольцом диаметром 3, 05 м. Опоры ребер купола устано­влены на кольцевую железобетонную плиту, которая пере­крывает канал шириной 2, 44 м, проходящий вокруг здания. Каждая пара ребер, расположенных друг против друга, обра­зует 16 двухшарнирных арок. Сварные ребра арки имеют вы­соту 0, 914 м. Такую же высоту имеет центральное кольцо. На куполе расположен световой фонарь диаметром 11, 6 м, покры­тие которого повторяет форму большого купола.

Ребра монтировались с помощью временной колонны в центре купола. В первую очередь на этой колонне монтиро­валось верхнее сжатое кольцо. Затем монтирова­лись восемь спаренных ребер таким образом, чтобы каждая пара приходилась на каждый квадрант круга. После мон­тажа остальных ребер монтировались прогоны и связи для обеспечения надежной работы купола от ветровых нагрузок. После удаления центральной монтажной колонны в центре купола был зафиксирован прогиб 6, 25 мм под действием соб­ственного веса. На устройство купола в целом было израсхо­довано 543 т стали.

 

Купол над корпусом сгущения Ковдорского горно-обогатительного комбината

Монтаж конструкций купола над сгустителями в Карагайле

 

Спортивный зал в Атланте а —общий вид конструкций купола в про­цессе монтажа; б — монтаж спаренных ре­бер с устройством временной центральной опоры; в — сварное ребро купола

 

Ребристо-кольцевые купола с жестким присоединением ребер к кольцам могут быть с успехом заменены пластинчатыми куполами, в которых четырехугольники между ребрами заполнены пластинами, работающими как диагонали — на растяжение.

В последние годы широкое распространение получили сетчатые купола. Большая работа проведена по унификации и стандартизации отдельных серий изготовляемых элементов. Чтобы решить эту проблему, всесторонне исследовалась сферическая поверхность. Принимая за основу вписанный в сфе­ру правильный двадцатигранник с гранями в виде равносто­ронних треугольников (икосаэдр), можно получить более сложный вписанный в сферу многогранник путем дробления исходных граней икосаэдра. Методы дробления сегмента мно­гогранника могут быть различны, но следует при этом стре­миться, чтобы количество типов элементов было минималь­ным. Возможно образование двадцатигранника, спроектиро­ванного на сферическую поверхность. При этом получаются сферические треугольники. Эти треугольники могут в свою очередь дробиться на шестиугольники и другие сферические панели. Чем больше частота дробления, тем больше стержней различных длин.

Сетчатые купола могут быть образованы из складчатых листовых элементов, изготовленных заводским способом в виде трех — четырех- и шестиугольных элементов. В этом слу­чае элементы конструкции выполняют несущие и ограждаю­щие функции.

В Новом Орлеане (США) завершено строительство кры­того стадиона, имеющего в плане форму круга диаметром 207 м. Конструкция покрытия над стадионом выполнена в виде стального решетчатого купола диаметром 207 м, со стре­лой подъема 32, 2 м, образованного частью сферы радиусом 184 м.

Конструкция купола запроектирована по системе Lamella Dome. Она 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 образующих треугольные ячейки. Все ребра изготовлены в виде сварных двухпояс-ных ферм высотой 2, 24 м с поясами из широкополочных дву­тавров высотой 356 мм.

Центральное кольцо диаметром 1, 52 м, высотой 2, 49 м вы­полнено в виде решетчатой ступицы с трубчатой осью диамет­ром 203 мм. Опорное кольцо высотой 2, 7 м собрано из 72 ре­шетчатых ферм с поясами из широкополочных двутавров вы­сотой 356 мм.

Наиболее опасным в расчетном отношении оказалось соче­тание нагрузки от собственного веса и ветрового отсоса при длительном ветровом воздействии со скоростью 70 м/с и крат­ковременном действии ураганного ветра со скоростью 90 м/с. Для противодействия отсосу в верхней части купола сделана дополнительная пригрузка путем подвешивания технической площадки диаметром 38 м (с телевизионно-осветительным и другим оборудованием) общей массой 68 т.

В уровне нижних поясов главных и второстепенных ребер купола установлены поперечные связи. На уровне верхних поясов уложены прогоны с шагом 2, 5 м. Настил покрытия собран из стальных профилированных листов толщиной 0, 91 мм с трапецеидальными волнами высотой 38 мм. Вблизи опор­ного кольца на ширине 4, 5 м примене­ны листы толщиной 1, 21 мм.

Листы настила приварены к про­гонам. Поверх настила уложен тепло­изоляционный слой толщиной 2, 5 см из пенопласта и кровельный слой.

Масса I м² настила с теплоизоляционным слоем и кровлей составляет 14, 6 кг. Подвесной потолок выполнен из акустиче­ских стальных панелей. На конструкции купола нанесен путем набрызга огнезащитный состав.

Опорное кольцо купола поддерживается 96 стальными ко­лоннами, расположенными с шагом 6, 7 м. По верху колонн уложены стальные цилиндрические балансиры, допускающие перемещение опорного кольца от деформаций и температур­ных изменений до 76 мм в любом направлении от оси колонн. Монтаж купола производился с помощью 37 стальных решет­чатых башен: одна — в центре и остальные — по двум концен­трическим окружностям. Секции купола поднимались авто­кранами.

Закрытый спортивный зал в г. Шарлотте (США) перекрыт сферическим сетчатым стальным куполом с треугольной ре­шеткой диаметром 39 м со стрелой подъема 6, 76 м. Расход стали составляет 43 кг на 1 м². На рис. 36 показано типовое сопряжение элементов решетки в узлах.

Фирмой ALCOA американской алюминиевой компании для склада боксита построен сетчатый купол из трубчатых эле­ментов, изготовленных из алюминиевого сплава. Сферический купол имеет диаметр 91 м и стрелу подъема 30 м. В центре к куполу подвешен тяжелый радиальный кран весом 85 т, имеющий угол поворота 360°.

Купол собран из труб диаметром 25 см, толщиной 1, 25 см; в узлах трубы объединены круглой плитой толщиной 1, 9 см. Соединительные элементы в месте их примыкания к узлам приварены к трубам. Трубчатые элементы к объединяющей плите крепятся стальными болтами диаметром 16 мм. Плита покрытия толщиной 3, 2 мм прикреплена к трубам винтами. Вес купола составляет 22 кг на 1 м² площади пола.

В Антарктиде, вблизи южного полюса, для укрытия ученых от снега и ветра был возведен купол диаметром 60 м, внутри которого построены три сборных дома. Климатические усло­вия этого района весьма суровы: температура воздуха колеб­лется в пределах —18 -82 °С, скорость ветра достигает

45 м/с. Конструкция купола была рассчитана на временную снеговую нагрузку 5, 85 кПа в его основании. Элементы кон­струкций купола, обшивка и узлы сопряжений были испы­таны и выдержали нагрузку 27 кПа. Значения этих нагрузок объясняются возможностью покрытия купола снегом и льдом.

 

Деталь сопряжения элементов в узлах сетчатого стального купола 1 — стыковые болты; 2—элементы решетки	Интерьер купола диа­метром 91 м в процессе мон­тажа	План типового узла со­пряжения трубчатых алюминие­вых элементов купола 1— плита кровли; 2—круглая плита; 3—болты диаметром 16 мм

 

Конструкция купола — сферическая, сетчатая — состоит из треугольных ячеек, образованных отдельными элементами. Стержневые элементы в местах пересечения соединяются меж­ду собой специальными узловыми элементами и болтами из нержавеющей стали. Стрежневые и узловые элементы, а так­же листы, перекрывающие ячейки решетки, выполнены из алюминиевого сплава. Выбор такого сплава как материала для изготовления элементов купола объясняется желанием создать легкую и удобную для перевозки воздушным транс­портом конструкцию, не требующую для монтажа тяжелого оборудования. Кроме того, алюминиевые сплавы, в отличие от стали и других материалов, не теряют упругих свойств при низких температурах.

 

Сетчатый алюминиевый купол диаметром 60 м а — общий вид; б — схема монтажа; / — центральная часть купола, соби­раемая на уровне земли; 2— уровень деревянных опор; 3 — нижняя часть купола; 4 — тросовая оттяжка; 5 — монтажная башня

Общий вид пластинчатого купола диаметром 91, 5 м в г. Лонгвью

 

Фундамент выполнен из 70 деревянных опор, расположен­ных соответственно под 70 опорными стержнями купола. Под опорами снег был уплотнен для восприятия нагрузки от ку­пола. Небольшая масса элементов позволяла поднимать их в проектное положение вручную или с использованием про­стых приспособлений.

Монтаж купола был начат с установки центральной мон­тажной башни и со сборки элементов нижней части на высоту трех ячеек. Затем возведенную часть купола прикрепили к оголовку монтажной мачты оттяжками, после чего приступили к сборке элементов верхней части купола. Монтаж верхней части вели на уровне земли, вокруг монтажной башни, начи­ная с вершины купола. По мере завершения сборки ячеек оче­редного ряда сетку поднимали с помощью монтажной башни и снизу подращивали следующую секцию. Когда верхняя часть купола была полностью собрана на уровне земли, монтажную башню разобрали на 10 секций. Секции установили по контуру основания купола и использовали для поднятия центральной его части в проектное положение и соединения с ранее собранной нижней частью. На рис. 39, б показан купол в процессе его сборки и монтажа. По-видимому, более просто было бы смонтировать купол методом подращивания на всем диаметре, аналогично сборке центральной части.

В г. Лонгвью (США) над универсальным залом осуще­ствлено покрытие в форме сферического купола, собранного из пластин листового штампованного алюминия. Купол уста­новлен основанием на пол. Диаметр купола в основании со­ставляет 91, 5 м, стрела подъема — 25, 9 м, толщина алюминие­вых листов — 3, 18 мм, расход алюминия — 22, 6 кг на 1 м² проекции купола..

Вся оболочка собрана на полу. Монтаж осуществлялся кольцевыми рядами начиная с верхнего. По мере сборки го­товые части оболочки поднимались электроподъемниками с помощью стального кольца. Весь купол собран из 15 кольце­вых поясов. Нижний край оболочки прикреплен к предвари­тельно выполненному железобетонному кольцу, воспринимаю­щему распор оболочки. Верхнее отверстие закрыто световым фонарем. На рис. 40 показан общий вид купола в г. Лонгвью.

При подчеркнуто кольцевом строении структуры создается впечатление наложенных друг на друга массивных кольцевых слоев. Это противоречит общей композиции купола в виде шарового сегмента, которому свойственна монолитность, зам­кнутость объема и тяжеловесность. Этот купол — пример того, как блестящая конструкция не получила должного архитек­турно-художественного оформления.

Для удобства обобщения и сопоставления в табл. 15 при­ведены основные технические данные о возведенных стальных куполах. В таблице показаны: место возведения и назначение зданий, диаметр и стрела подъема купола, некоторые кон­структивные особенности и расход стали на 1 м² площади пола.

Таблица 15

⇐ Предыдущая123456789

Поделиться:

Популярное:

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. БАЗИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ В ПРИСПОСОБЛЕНИИ
3. Выберите из данного ряда слов имена числительные. Объясните свой выбор. Определите частеречную принадлежность остальных слов.
4. Г. Конструктивные слои из щебеночно-гравийно-песчаных материалов, необработанных вяжущими
5. Завязывание и сжигание узлов.
6. Запаса прочности стальных канатов
7. КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ УЗЛОВ РЕДУКТОРОВ
8. Конструктивные особенности систем кабельного телевидения на основе волоконно-оптического кабеля
9. Конструктивные особенности траверс, порядок их осмотра и нормы браковки.
10. Конструктивные особенности шумоподавителей
11. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий