5. 2 Ребристо-кольцевой купол
Одним из существующих решений большепролетных покрытий при опоре по контуру круглого или многоугольного в плане здания является клееный деревянный ребристо-кольцевой купол заводского изготовления. Такое покрытие применяют, как правило, в зданиях гражданского или производственного назначения. В отечественной строительной практике известны возведенное деревянное ребристо-кольцевое купольное покрытие рынка диаметром 102 м и купольные хранилища различных химических реагентов диаметром 70 м и более.
Ребристо-кольцевое покрытие является системой, объединяющей непрерывные кольцевые прогоны и радиальные ребра. Радиальные ребра-полуарки равномерно располагаются в плане по окружности, а многоярусные кольцевые прогоны с принятым шагом опоясывают купол.
Непрерывные кольцевые прогоны эффективно воспринимают как местные поперечные нагрузки, так и растягивающие кольцевые усилия, работают как многоярусные затяжки объединенной системой покрытия. Многоярусные затяжки в своей плоскости обеспечивают жесткость системы и позволяют экономить до 20 % клееной древесины покрытия за счет создания пространственного эффекта.
Рис. 5.36. Опорные узлы купола:
а - нижний; б - верхний; 1 - арка; 2 - стальной башмак; 3 - горизонтальная пластина башмака; 4 - опорный контур; 5 - торцевая пластина
Верхнее сжатое кольцо имеет клееную деревянную или при большем диаметре более жесткую стальную конструкцию. Нижнее опорное кольцо проектируют круглого и многоугольного очертания из железобетона, стали или древесины. Сопряжение ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется шарнирно. Опору ребер арок на нижнее опорное кольцо выполняют с помощью стального башмака (рис. 5. 36, а), в верхней части арки присоединяются к стальному кольцу на планках с зубчатыми шпонками (рис. 5. 36, б).
Расчет купольных покрытий выполняют на следующее сочетание нагрузок: постоянная и снеговая, равномерно распределенная по всей поверхности. В данном случае односторонние нагрузки в сочетании с равномерно распределенной постоянной нагрузкой создают расчетные усилия в сечениях радиальных арок меньше, чем при действии симметричного относительно оси сочетания нагрузок.
Нагрузка от снега, равномерно распределенного по поверхности:
s н = s 0 μ,
где μ = 0,85 – 0,1 v (μ ≥ 0,35) (прил. 28); v средняя многолетняя скорость ветра за зимний период [13].
Ветровые нагрузки на купол не учитывают.
За основную систему при расчете купола на симметричную относительно оси нагрузку принята плоская ломаная трех шарнирная арка, вписанная в криволинейную поверхность. В узлах переломов по направлению кольцевых ребер-затяжек вводят горизонтальные упруго податливые опоры (рис. 5. 37)
Статический расчет на действие симметричных оси нагрузок сводят к определению изгибающих моментов М в жестких узлах ломаной арки и реакций во введенных опорах.
Расчет опорного нижнего узла арки состоит в проверке прочности на смятие горизонтальной и вертикальной поверхности от действия реакции R A и распора Н А
(рис. 5. 39, а).
Верхний коньковый узел арок выполнен в виде стального жесткого кольца с приваренными планками, количество которых равно числу полуарок.
Устойчивость плоской формы деформирования уточняют по формулам проверки устойчивости арки стрельчатого очертания (пример 4. 3). Кольцевые ребра рассчитывают как сжато-изгибаемые шарнирно опертые балки.
Прочность сечения радиальной арки с максимальным изгибающим моментом М и соответствующей продольной силой N определяют по формулам проверки прочности сжато-изгибаемого элемента.
Рис. 5.37. К расчету купола:
а - расчетная схема; б - эпюра моментов М от расчетного сочетания нагрузок g+s; в - эпюра продольных сил N от нагрузок g+s
П р и м е р 5. 3