5. 1. Кружально-сетчатые своды, купол

Кружально-сетчатые своды образуются из стандартных элементов (косяков), расположенных по цилиндрической поверхности покрытия по винтовым линиям в двух взаимно пересекающихся направлениях. В полученной сетчатой конструкции пересечение элементов между собой может происходить под прямым или острым углом (30^о… 50^о). В первом случае получается прямоугольная сетка, во втором – ромбическая.

Опору нижних элементов свода выполняют на мауэрлаты, расположенные по продольным стенам здания, по колоннам или по фундаментам. В первом случае распор свода воспринимается затяжками из круглой стали, расположенными через 1,5… 3 м; во втором – распор свода передается на фундаменты. При торцовых или других поперечных стенах свод соединяется с ними через торцовые арки, так же составленные из косяков.

Кровлю покрытия устраивают по сетке из косяков и по брускам обрешетки или сплошному дощатому настилу, прибитому гвоздями к косякам. Скрепление настила с косяками существенно увеличивает жесткость покрытия.

Узловые соединения косяков в точках пересечения их между собой можно выполнять по способу С. И. Песельника (рис. 5. 1) без механических связей – на шипах с прямоугольной или ромбической сеткой косяков. При малых пролетах рекомендуется применять прямоугольную сетку.

Узловые соединения косяков с помощью механических связей можно выполнять на болтах – системы Цолльбау (рис. 5.2), а так же на скобах (рис. 5. 3) при ромбической сетке косяков.

Рис. 5.1. Кружально-сетчатый свод системы Песельника:

а - общий вид; б - развертка свода с прямугольной сеткой; в - то же, с ромбической; г - основной (средний) узел; д - опорный узел; е - узел примыкания к фронтонной арке; 1 - мауэрлат; 2 - фронтонная арка; 3 - затяжка; 4 - основные косяки; 5 - центр узла; 6 - ось верхней грани сквозного косяка; 7 - торец косяка; 8 - верхняя грань; 9 - гнездо; 10 - нижняя грань; 11 - шип

Таблица 5.1 Основные типы пространственных конструкций

Продолжение табл. 5.1

Продолжение табл. 5.1

Окончание табл. 5.1

Рис. 5.2. Кружально-сетчатый свод системы Цолльбау:

а - фасад; б - поперечный разрез; в - развернутая поверхность; г - холодное покрытие; д - утепленное покрытие; | - основной узел; || - узел примыкания к фронтонной арке; ||| - опорный узел; 1 - мауэрлат или опорный брус; 2 - фронтонная арка; 3 - затяжка; 4 - основной косяк (левый); 5 - основной косяк (правый); 6,7,8,9 - производные от основных косяков; 10 - монтажные гвозди; 11 - сплошной дощатый настил; 12 - обрешетка; 13 - теплоизоляция; 14 - кровля

Рис. 5.3. Узел пересечения косяков с соединениями на скобах:

а - общий вид; б - скоба; в - деталь косяка

Рис. 5.4. Детали и узлы кружально-сетчатых сводов больших пролетов:

а - из клеефанерных косяков; б - из дощатоклееных косяков; 1 - клеефанерный косяк; 2 - дощатоклееный косяк; 3 - соединительная планка на узле; 4 – болты

Узловые соединения косяков с помощью механических связей можно выполнять на болтах – системы Цолльбау (рис. 5.2), а так же на скобах (рис. 5. 3) при ромбической сетке косяков.

Для перекрытий больших пролетов (до 80 м) применяют дощатые клееные или клееные фанерные косяки большой длины. Одна из возможных конструкций клееного фанерного косяка показана на рис. 5. 4, а; то же, с применением клееного дощатого косяка с узловым соединением на фасонках и болтах – на рис. 5. 4, б.

Преимуществами кружально-сетчатых сводов являются стандартность косяков, компактность элементов и быстрота сборки. Для получения высококачественной конструкции свода необходимо, чтобы применяемый для косяков пиломатериал был воздушно-сухим, а обработка его производилась с требуемой точностью на станках.

Оптимальной длиной косяка следует считать l _k = 13 h _k, при которой разрушение свода происходит от изгиба косяков. При меньших длинах может произойти разрушение от появления продольных трещин в косяках и расслоение их. Толщину косяка b _k назначают по условию надежности его работы b _k ≥ h _k/4,5.

Шаг косяков (2 с) равен расстоянию между узлами по образующей свода и его принимают в пределах:

- 0,7 ≤ 2 с ≤ 1,5 м - для косяков из досок на ребро;

- 1,5 ≤ 2 с ≤ 2,5 м – для дощатых клееных и клееных фанерных косяков.

Расчетные усилия N₀ и М в своде определяют как в обычной арке, причем расчетную ширину арки принимают равной 2 с (шагу косяков).

Косяки свода рассчитывают на воздействие постоянной и односторонней временной нагрузок. Расчет ведут как для сжато-изгибаемых стержней по формуле (30) [1]. Расчетную длину дуги свода находят как для арки. При расчете одного косяка принимают его геометрические характеристики F и W, а расчетные усилия в арке раскладывают на составляющие N _k = N₀/2 sin α и M _k = M/sin α (рис. 5. 5, а).

Рис. 5.5. К расчету сетчатого свода:

а - расчетная схема свода; б - расчетная схема косяка; в - характер разрушения косяка

Соединение свода с жесткими фронтонами повышает его прочность и жесткость. Влияние фронтонов на работу свода зависит от отношения B/S: чем меньше эта величина, тем больше влияние фронтонов. Здесь В – расстояние между жесткими фронтонами; S – длина дуги свода.

В расчете свода при отношении В/S < 2,5 разрешается уменьшать расчетный изгибающий момент делением арочного момента М на коэффициент k _фр ≥ 1:

B/S 1 1, 5 2 2, 5

K _фр 2 1, 4 1, 1 1

При таком расчете свода конструкция фронтона, а также соединение свода с фронтоном должны быть проверены на нагрузку (симметричную и одностороннюю), равномерно распределенную по длине дуги фронтонной арки:

g _фр = (g B/2) (1 – 2/3 k _фр), (5. 1)

где g – нагрузка на свод; расстояние между жесткими фронтонами В принимают не более 2,5 S.

При влиянии временной нагрузке на свод по всему пролету, когда изгибающие моменты отсутствуют или очень малы, проверку производят только на устойчивость по формуле

N ₀/2 F _бр sin α ≤ γ R _c, (5. 2)

где γ – коэффициент, определяемый по расчетной гибкости λ.

Поперечную силу Q, действующую в отдельном косяке, определяют как для однопролетной балки с сосредоточенным посередине пролета грузом (рис. 5. 5, б):

Q = 2 M/ξ l _k sin α k _ф. (5. 3)

В направлении образующей свода поперек арки косяки создают усилие, распирающее фронтоны покрытия,

N ₁ = N ctg α. (5. 4)

Это усилие в пределах каждой ячейки воспринимается продольной обрешеткой или настилом и их соединениями с косяками и торцовыми арками. Если на своде нет ни обрешетки, ни настила (например, в местах световых проемов), то возникает боковой изгиб косяков в плоскости наименьшей жесткости как результат крепления их в узлах с эксцентриситетом. В этом случае косяки рассчитывают на сжатие с косым изгибом.

П р и м е р 5. 1