Ребристые конструкции.
При расчете на вертикальную симметричную нагрузку ребристый купол может быть заменен на отдельные плоские арки, состоящие из двух противоположных ребер. Каждая арка воспринимает нагрузку с приходящейся на нее грузовой площади. Грузовой площадью является сферическая трапеция, которая на практике заменяется на треугольник с максимальной ординатой по наружному кольцу.
Если распор купола воспринимается опорным кольцом, то при расчете отдельной арки оно заменяется условной затяжкой в плоскости арки, площадь сечения условной затяжки принимается такой, чтобы ее упругие деформации были равны упругим деформациям кольца в радиальном направлении от распоров всех ребер.
Верхнее кольцо работает на сжатие, проверка прочности и устойчивости имеет вид:
При расчете на горизонтальную и несимметричную вертикальную нагрузку купол расчленяется на две диаметрально противоположные арки. Считается, что упругий отпор приложен в
Рассмотрим воздействие ветровой нагрузки:
В I и III квадрантах давление в одном направлении и вызывает горизонтальное смещение, во II и IV квадрантах составляющие ветрового давления уравновешены, т.е. нагрузка оказывает симметричное поддерживающие влияние и в расчете не учитывается. Все арки расположенные в I и III квадрантах можно представить в виде одной эквивалентной арки с моментом инерции:
m-число
арок в
I
и III
квадрантах,
-наклон iой
арки к направлению ветровой нагрузке.
Эквивалентную арку рассчитывают на ветровой давление приложенное только к ее части, которая прилегает к опорам.
Усилие полученное для эквивалентной арки распределяют по аркам в I и III квадрантах пропорционально их жесткостям.
Ребристо-кольцевые конструкции.
Особенностью этого купола является тот факт, что в связи с жестким сопряжением кольцевых прогонов с ребрами, на ряду с восприятием местной нагрузки прогоны работают аналогично опорному кольцу ребристого купола, поэтому прогоны могут быть заменены в расчетной схеме на условные затяжки.
Расчет купола ведут разбивая его на плоские арки с затяжками в уровне кольцевых прогонов. Конструктивное решение купола зависит от его типа.
В ребристых и ребристо-кольцевых куполах несущим элементом является - ребро. Узел опирания ребра на опорные кольца решается по типу опорных узлов арок. Прогоны и ребра сопрягаются как второстепенные и главные балки в балочной клетке. В ребристых куполах эти узлы шарнирные, а в ребристо-кольцевых-жесткие.
Сетчатые купола.
Сетчатые купола - это пространственная решетчатая система, форма которой характеризуется регулярной треугольной сетью на поверхности. Обычно они состоят из радиальных ребер, кольцевых прогонов т диагоналей поставленных в каждом четырехугольнике , ограниченном двумя ребрами и двумя прогонами.
Усилия распределяются по поверхности купола и все стержни работают на осевые силы. Это уменьшает вес ребер и колец, что делает такие купола самыми легкими.
+ сетчатых куполов являются : 1 экономичность; 2 возможность перекрытия больших пролетов; 3 архитектурная выразительность; 4 технологичность исполнения.
По конструктивному исполнению сетчатые купола могут быть однослойными (односетчатыми) и трехслойными (двухсетчатыми). Однослойные купола – это оболочки, состоящие из одного слоя конструктивных элементов. Трехслойные сетчатые купола состоят из двух сетчатых поверхностей, соединенных между собой решеткой.
В зависимости от вида сетчатой поверхности сетчатые купола могут быть звёздчатые – когда все грани поверхности треугольники или геодезическими – когда несущие ребра купола являются элементами многоугольника, вписанного в сферу. В геодезических куполах достигается наибольшая однотипность стержней и узлов, что дает преимущества при изготовлении и монтаже.
Рассмотрим сравнительные данные по расходу материала для различных несущих конструкций диаметром 40 метров: 1. купол собора святого Петра в Риме - 440 кг/м 2 ; 2. железобетонная сферическая оболочка - 130 кг/м 2 ; 3. стальные фермы - 44 кг/м 2 ; 4. сетчатый купол - 9 кг/м 2 .
При больших пролетах технико-экономические преимущества сетчатых куполов еще более заметны. При решении и проектировании сетчатых куполов выделяются следующие взаимосвязанные между собой задачи:
а. Выбор формы. Более высокие купола являются куполами наименьшей массы. Купола наименьшей стоимости как правило положе куполов наименьшей массы.
б. Геометрический расчет. Заключается в выборе геометрической схемы купола с возможно меньшим количеством типоразмеров элементов и узлов и определение геометрических параметров этой схемы, то есть определение длин элементов и взаимного расположения между собой в пространстве.
в. Статический расчет. Все купола делятся на: а. статически определимые (открытые сверху): звездчатые и Шведлера. Расчет выполняется способом вырезания узлов или графическим способом; б. статически неопределимые замкнутые сверху типа кристаллических или геодезических.
Приближенно сетчатый купол рассчитывают по безмоментной теории как сплошную осесимметричную оболочку. Условиями применения безмоментной теории являются: плавность изменения приведённой толщины оболочки, постоянство радиуса кривизны её меридиана, плавность изменения нагрузки, свободное перемещение краёв купола в радиальном и кольцевом направлениях.
При расчете купола необходимо обеспечить его устойчивость. Неустойчивость в сетчатых куполах может быть 3 форм:
Могут потерять устойчивость отдельные стержни
Местная потеря устойчивости оболочки. Прощелкивание одного или нескольких узлов к центру. Чтобы этого не происходило следует длину стержней в односетчатых куполах принимать lm≥0,1r, а в двухсетчатых
Общая потеря устойчивости, т.е. местная нагрузка должна быть меньше критической
г. Конструирование узлов. Узлы сопряжения отдельных элементов сетчатого купола зависят от типов сечения, способа разбивки несущей поверхности, материала несущих и ограждающих элементов и ряда других факторов.
д. Практическое возведение