76 Купольные сооружения, их типы, основные элементы, особенности работы и расчета

Конструкции куполов бывают 3 видов: ребристые, ребристо-кольцевые и сетчатые. Конструкции ребристых куполов состоят из отдельных плоских или пространственных ребер, расположенных в радиальном направлении и связанных между собой прогонами. Верхние пояса ребер в большинстве случаев образуют поверхность купола, обычно сферическую. Несущая конструкция купола может поддерживать кровлю, выполненную в виде спец. надстройки; тогда она может иметь более простое очертание. Ребра купола могут быть сквозными в виде легких ферм или сплошного сечения. Ребра сплошного сечения тяжелее, но более просты в изготовлении. В вершине купола располагается кольцо, к которому примыкают ребра купола. Кольцо следует проектировать достаточно жестким, принимая во внимание его работу на сжатие, изгиб и кручение. Ребристые купола явл. распорными системами. Распор может быть воспринят конструкцией стен или специальным опорным кольцом ( ме или ж/б). Опорное кольцо может иметь в плане форму окружности или многоугольника с жесткими или шарнирными сопряжениями в углах. Круглое кольцо проектируют при достаточно частом расположении ребер. Между ребрами укладывают кольцевые прогоны, на которые опирается кровельный настил. Кольцевые прогоны обеспечивают общую устойчивость ребер купола из их плоскости, уменьшая расчетную их длину. Ребристый купол при расчете на вертикальную, симметричную относительно оси купола нагрузку может быть расчленен на отдельные плоские арки, каждая из которых воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади. Если распор купола воспринимается опорным кольцом, то кольцо может быть заменено условной затяжкой, находящейся в плоскости каждой пары ребер, образующих плоскую арку. Площадь сечения условной затяжки принимается такой, чтобы ее упругие деформации были равны упругим деформациям кольца в диаметральном направлении от горизонтальных реакций всех ребер. При расчете купола на горизонтальную ветровую или несимметричную вертикальную нагрузку конструкцию расчленяют на диаметрально расположенные арки.

77. В ребристо-кольцевых куполах кольцевые прогоны с ребрами составляют одну плоскую пространственную систему.

В этом случае кольцевые прогоны не только работают на изгиб от реакций промежуточных ребер, но и воспринимают растягивающие или сжимающие кольцевые усилия. Сечения купола, находящиеся в плоскостях кольцевых прогонов, не имеют свободных горизонтальных перемещений, так как они связаны между собой жесткими кольцами. Вес ребер в ребристо-кольцевой конструкции купола уменьшается благодаря включению в работу кольцевых прогонов. Наиболее простое конструктивное решение получается, когда ребра и кольцевые прогоны сделаны из прокатных профилей. В этом случае сопряжение ребер с прогонами можно конструировать по типу шарнирных сопряжений в балочных системах. Кольцевые прогоны в ребристо-кольцевом куполе работают так же, как опорное кольцо в ребристом куполе, и могут быть заменены условными затяжками. При симметричной оси купола нагрузке расчет купола можно вести, расчленяя его на плоские арки с затяжками на уровне кольцевых прогонов. Неизвестные усилия в затяжках проще всего определять методом сил.

Ребристо-кольцевые купола проектируют чаще всего в виде пологих систем со стрелой подъема (1/5,...,1/8)Dn и наружным диаметром Dnf=24—100 м. Высоту ребер рекомендуется принимать (1/80,...,1/100)Dn , а шаг ребер по наружному диаметру 6,.,12 м в зависимости от значения Dn .

Дальнейшим развитием ребристо-кольцевых куполов является купол Шведлера, отличающийся от вышеизложенных тем, что крестовые связи в нем ставят в каждой четырехугольной ячейке, благодаря чему значительно повышается жесткость купола. Диаметр такого купола может быть увеличен до 200 м.

78 Конструкции многоэтажных зданий: классификация конструктивных схемПри большой этажности зданий рационально разделение конструкций на несущие и ограждающие. Функции несущих конструкций выполняет каркас из высокопрочных материалов, функции ограждающих конструкций - легкие стеновые панели с эффективными теплоизоляционными материалами. Материалы для каркаса выбирают техника - экономического анализа с учетом конкретных условий строительства. Каркасы могут быть стальными, ж/б и смешанными: колонны нижних этажей из стали, верхних –из ж/б. С повышением этажности здания целесообразность применения стального каркаса увеличивается. Главным преимуществом стального каркаса явл. высокая прочность материала, позволяющая принимать минимальные размеры сечений колонн и тем самым увеличивать полезную площадь помещений. Каркас многоэтажного здания воспринимает значительные нагрузки: вертикальные –собственный вес здания, полезные нагрузки помещений и горизонтальные –ветровые, сейсмические и температурные воздействия. Основными конструктивными элементами явл. колонны и балки. В зависимости от планировки помещений и высоты здания применяют три типа несущих систем многоэтажных зданий: каркасные, бескаркасные и смешанные. Наиболее распространенными явл. каркасные системы, которые подразделяются на связевые, рамные и рамно - связевые. Основные элементы каркаса – колонны и балки образуют систему, воспринимающую как вертикальные, так и горизонтальные нагрузки и передающие их воздействия на фундамент. Фундамент обычно проектируют в виде сплошной ж/б плиты, наилучшим образом распределяющей неравномерно приложенные к фундаменту нагрузки по всей площади основания здания. Вертикальные нагрузки через балки перекрытия передаются на колонны, а затем на фундамент. Для восприятия и передачи горизонтальных нагрузок на фундамент нужно создать в каркасе жесткие по высоте системы в горизонтальном направлении. Связевые системы проектируют в виде вертикальных связей, расположенных на некотором расстоянии одна от другой и соединенных между собой горизонтальными жесткими дисками, рамные системы – виде рамных конструкций, расположенных по каждому ряду колонн, также связанных горизонтальными дисками. Рамно –связевые системы имеют вертикальные связи, воспринимающие горизонтальные нагрузки совместно с рамами, расположенными в одной или разных плоскостях со связями. Горизонтальные диски проектируются через несколько этажей и представляют собой замоноличенные ж/б плиты перекрытия, иногда с дополнительными системами горизонтальных связей. Жесткие перекрытия нужны для перераспределения ветровой нагрузки между вертикальными связями или рамами и обеспечения общей жесткости каркаса. Вертикальные связи проектируют в виде консольных ферм, защемленных в фундамент.

79 Колонны каркасов многоэтажных зданий

Конфигурация здания в плане зависит от его функционального назначения и архитектурного замысла. Наиболее простые конструктивные решения получаются при квадратном и прямоугольном плане здания. При разбивке сетки колонн надо стремиться, чтобы колонны в плане образовывали стандартные ячейки или чтобы расстояния между ними подчинялись единому модулю. В этом случае можно добиться максимальной типизации элементов каркаса – колонн и балок, а также элементов ограждающих конструкций, стен и перекрытий. Кроме того, расстояния между колоннами определяют расход стали на каркас: с увеличением шага общий вес колонн уменьшается, а вес балок возрастает, с уменьшением шага колонн -0 наоборот. Следовательно, существует оптимальный шаг колонн, при котором общий расход стали будет минимальным. Величина оптимального шага колонн зависит от высоты здания: она уменьшается с уменьшением высоты здания. В зданиях высотой 30-40 этажей оптимальный шаг колонн лежит в пределах 4-6 м. Однако по архитектурно- планировочным требованиям шаг колонн может быть принят больше оптимального. Если здание имеет сложную конфигурацию в плане, то нужно его расчленить на отдельные прямоугольные контуры, внутри которых шаг колонн должен быть стандартным или подчинен общему модулю. По высоте здания колонны должны идти не прерываясь. При необходимости устройства в здании помещений большого объема приходиться прерывать колонны. Тогда колонны, расположенные выше этих помещений, опирают на перекрытия, несущими конструкциями которых явл. тяжелые фермы высотой в 1 этаж или мощные сплошные балки. Такая компоновка значительно усложняет и удорожает строительство.