Приложение В. Конструктивные схемы куполов

Приложение В

Конструктивные схемы куполов

В.1 Купольные покрытия проектируют по нескольким конструктивным схемам: ребристыми, ребристо-кольцевыми и сетчатыми.

В.2 Ребристый купол - система, состоящая из радиальных ребер (полуарок), объединенных внизу и в центре опорными кольцами. К ребрам купола шарнирно крепят прогоны и связи, не включающиеся в пространственную работу конструкции.

В.3 Ребристо-кольцевой купол (см. рисунок В.1, а) образуют включением в систему жестко соединенных с ребрами колец, работающих не только на местный изгиб в качестве прогонов, но и на кольцевые усилия растяжения-сжатия, обеспечивая пространственную работу конструкции, снижая изгибающие моменты и продольные усилия в радиальных ребрах.

В.4 В ребристых и ребристо-кольцевых куполах необходимо в нескольких секторах устанавливать связи по поясам ребер, для обеспечения общей устойчивости покрытия и устойчивости ребер из плоскости.

В.5 Формообразование ребристых и ребристо-кольцевых куполов определяют формой плоской арки, образованной из двух диаметрально расположенных ребер. Рекомендуется, для минимизации количества типоразмеров элементов, меридиан принимать в виде дуги окружности, а узловые точки располагать на равных расстояниях друг от друга.

В.6 Статические недостатки первых двух конструктивных схем компенсируются технологическими выгодами (минимальное количество типоразмеров элементов и узлов, простота узловых соединений между элементами). Эти схемы следует применять в покрытиях относительно небольших пролетов.

В.7 Сетчатый купол следует образовывать включением во все панели дополнительных связей (рисунок В.1, б, в, г, д, е).

В.8 Для сокращения числа конструктивных элементов сетчатых куполов следует применять циклически симметричные схемы на основе поверхностей вращения. Сетчатая схема куполов значительно более рациональна по статической работе, но приводит к усложнению технологии изготовления и монтажа.

В.9 Основные схемы сетчатых куполов - купол Шведлера (рисунок В.1, б); звездчатая (купол Феппля) (рисунок В.1, д); схема Кайвитта (рисунок В.1, г); схема "ромб" (рисунок В.1, в).

В.9.1 Купол Шведлера образуют установкой диагональных или крестовых связей в каждой ячейке ребристо-кольцевого купола (рисунок В.1, б).

В.9.2 Звездчатую схему (купол Феппля) образуют из схемы Шведлера поворотом каждого горизонтального кольца на угол , где n - число граней купола (рисунок В.1, д). Длину всех стержней, кроме кольцевых, следует принимать одинаковой.

В.9.3 Купол Кайвитта (рисунок В.1, г) состоит из нескольких секторов (от 6 до 12 в зависимости от диаметра купола). Первичная разбивка - меридиональная. Основание каждого сектора делят на равные отрезки, число которых равно числу кольцевых сечений. В каждом последующем кольцевом сечении сектора число отрезков уменьшают на единицу. Таким образом, каждый сектор равномерно разбит на треугольные ячейки, основание которых вдоль каждого яруса имеют одинаковый размер. Однако треугольники неравнобедренные, поэтому число их типоразмеров соответствует квадрату числа ярусов. В схеме Кайвитта устраняется сгущение элементов в центральной части купола.

В.9.4 Схема "ромб" образуется перекрестной системой полуарок, расположенных в трех направлениях (рисунок В.1, в). В результате такой разбивки получается достаточно равномерная сеть из равнобедренных треугольников, число типоразмеров которых приблизительно в два раза меньше, чем в системе Кайвитта. Основания ячеек купола не совпадают с кольцевыми сечениями, а стороны образуют пространственную (неплоскую) кривую и соответствующую форму плана в виде правильного многоугольника (рисунок В.2).

В.10 Геодезические купола строят на основе многогранника (геометрическое тело, ограниченное со всех сторон плоскими многоугольниками - гранями) в виде икосаэдра (двадцать равносторонних треугольных граней (рисунок В.3, а)) или додекаэдра (двенадцать пятиугольных граней (рисунок В.3, б)).

В.11 Первичную разбивку сети следует проводить по геодезическим линиям, проведенным через вершины вписанных многогранников. Рекомендуется использовать первый тип многогранника, так как второй - приводит к чрезмерной длине стержневых элементов.

В.12 При проецировании икосаэдра на сферу, сеть купола образует 20 правильных равносторонних сферических треугольников (рисунок В.4, а), каждый из которых может быть расчленен на более мелкие треугольники, деля пополам стороны каждого треугольника, формируя 15 окружностей равных диаметров, регулярно расположенных на поверхности сферы (рисунок В.4, б).

В.13 Грани основного треугольника разделяют на модули (рисунок В.4, в), число которых зависит от размеров купола, его пролета и ограждающей конструкции покрытия. Членение сферической поверхности следует назначать с учетом длины стержневых элементов, оптимизируемой по прочности, экономичности, трудоемкости изготовления и монтажа, после чего криволинейные проекции ребер заменяют прямыми стержнями. Конечные треугольники не являются равносторонними.

В.14 В зависимости от членения сферических треугольников на мелкие ячейки могут быть получены треугольные, квадратные, пятиугольные, шестиугольные и ромбические сетки, в которых большинство стержней имеют равные длины, а остальные стержни незначительно отличаются по длине друг от друга. Для двухслойных куполов возможны решения, когда наружная сетка треугольная, а внутренняя - шестиугольная.

В.15 Расчет геометрических параметров всех рассмотренных схем следует выполнять численными методами ввиду большого объема вычислений.

Первичная разбивка такой системы - меридиональная. На сферический сегмент наносят сеть меридианов. Каждый полученный участок следует делить четырехугольными ячейками таким образом, чтобы два противоположных узла ячейки располагались на одном меридиане, а два других - на одной параллели.