Купола. Конструирование и расчет
Купола
применяют для покрытия круглых в плане
зданий и сооружений диаметром до 100 м.
Купольное покрытие состоит из двух
основных конструктивных элементов:
оболочки и опорного кольца. Для верхнего
естественного освещения в куполе
дополнительно устраивают верхнее
фонарное кольцо. По расходу материалов
купола более экономичны, чем другие
пространственные покрытия. Чаще всего
применяются сферические оболочки,
образованные вращением вокруг вертикальной
оси дуги круга. Оболочки куполов могут
быть монолитными гладкими или сборными
ребристыми. Монолитные купола имеют
гладкую оболочку вращения, толщиной
У мест примыкания к опорному кольцу
оболочка утолщается.
В настоящее время применяют в основном купола со сборными оболочками. Разрезка оболочки на элементы может быть меридиональной (для небольших куполов) или меридионально-кольцевой. В обоих случаях сборные элементы ребристые. Элементы большой длины криволинейные, малой длины – плоские. Опорное кольцо может быть сборным и монолитным.
В
тонкостенном куполе при равномерно
распределенной нагрузке на большей
части оболочки развивается безмоментное
напряженное состояние. Полное напряженное
состояние – лишь вблизи опорного кольца.
Кольцевыми изгибающими моментами М2
можно пренебречь. Поэтому тонкостенная
оболочка с непрерывным по контуру
шарнирно-подвижными опорами, совпадающими
по направлению с касательной к оболочке,
может быть рассчитана по безмоментной
теории. Элемент оболочки, ограниченный
двумя меридиональными и двумя кольцевыми
сечениями находится под воздействием
усилий
и
При осесимметричной
нагрузке касательные усилия
остаются
лишь нормальные – меридиональные
и кольцевые
|
|
Из
условия равновесия сегмента купола
можно записать
где
-
радиус кольцевого сечения;
-
нагрузка на сегмент купола, ограниченный
углом
-
меридиональное усилие, отнесенное к
единице длины сечения. Меридиональное
усилие
Горизонтальная
проекция меридионального усилия
называемая распором
равна:
Уравнение равновесия купола
где
-
радиус кривизны оболочки по меридиональному
сечению;
-
то же по кольцевому;
-
составляющая нагрузки, нормальная к
поверхности купола,
-
текущая угловая координата.
Зная
усилие
можно определить кольцевое усилие
Из
этих уравнений видно, что в меридиональном
направлении оболочка вращения во всех
точках испытывает сжатие. В колцевом
направлении оболочка в верхней зоне
сжата, в нижней – растянута, так как
соотношение
может быть как меньше, так и больше
В
реальных конструкциях оболочка купола
имеет не безмоментное опирание, а упругое
закрепление в опорном кольце. Поэтому
по линии контакта оболочки и кольца
возникают дополнительно статически
неопределимые величины – меридиональный
изгибающий момент
и радиальный распор
Их определяют из условия совместности
деформаций оболочки и опорного кольца
купола.
По мере удаления от опорного кольца изгибающий момент уменьшается, меняет знак и затухает.
От
воздействия распора
на
опорное кольцо в нем возникает
растягивающее усилие
которое вызывает радиальное перемещение
оси кольца. Распор
приложен к кольцу с эксцентриситетом
образуя момент
и
кольцо поворачивается на угол
От воздействия момента
равномерно
распределенного вдоль кольца в радиальном
направлении возникает момент в кольцевом
направлении
а
его поперечные сечения поворачиваются
на угол
Опорное кольцо находится в условиях
внецентренного растяжения. Вследвие
малости изгибающего момента его можно
рассчитывать как центрально-ратянутое.
Оболочка
монолитного купола, за исключением
приопорных зон, сжата, армируется
конструктивно одиночной сеткой из
стержней диаметром 5-6 мм с шагом 150-200
мм. При толщине оболочки
ставят двойную сетку. У опорного кольца
ставят дополнительную меридиональную
арматуру на восприятие опорного момента
из
стержней диаметром 6-8 мм и дополнительную
кольцевую арматуру для восприятия
Рабочую арматуру опорного кольца ставят
в виде кольцевых стержней диаметром
20-30мм, стыкуемых на сварке, чаще опорные
кольца куполов подвергают предварительному
обжатию посредством натяжения кольцевой
рабочей арматуры.
Напрягаемая арматура опорного кольца анкеруется на его выступах, расположенных по периметру в четырех, восьми и более местах в зависимости от диаметра кольца.