gototopgototop

УДК 624.91.024.26

Купольные покрытия для большепролетных зданий

Молева Наталия Юрьевна ‒ студент Самарского государственного технического университета.

Аннотация: В статье представлен перечень различных видов купольных покрытий, их конструктивных особенностей. Основное внимание сконцентрировано на сетчатых куполах, способах разрезки их поверхности. В ходе проектирования сетчатого купола радиусом 30 м сделаны выводы о выборе рационального сечения соединяемых конструкций.

Ключевые слова: Купольное покрытие, распорная система, ребристый купол, сетчатый купол, формообразование поверхностей.

В мире существует множество купольных покрытий с металлическим каркасом. Купол, являющийся по своей конструктивной схеме распорной системой, за счет положительной Гауссовой кривизны имеет значительную жесткость, а также имеет больше пространства для размещения технологического оборудования, поэтому является предпочтительным в сравнении с пространственными системами других конфигураций. В древние времена купольные покрытия возводили из камня, они имели максимальный пролет до 40 м, наименьшая толщина оболочки составляла 1/15
диаметра [1,2], сегодняшние купольные покрытия выполняются из стали и железобетона, имеют большие пролеты и меньшие толщины оболочек.

Целью данного исследования являлось определение наиболее предпочтительного типа купольного покрытия радиусом 30 м для здания общественного назначения и расчет такого покрытия на действие основных нагрузок и воздействий. Актуальность работы связана с широкой распространенностью возведения каркасно-купольных конструкций в зданиях торговых центров, спортивных объектов, выставочных комплексов, что объясняется множеством преимуществ купольных покрытий: более рациональное использование пространства, меньший вес покрытия позволяет снизить нагрузку на фундамент, удобно устраивать систему вентиляции, отопления и кондиционирования, конструкция такого типа ветроустойчива благодаря своей обтекаемой форме и т. д. [3].

По конструктивной схеме среди куполов, выполняемых из металлоконструкций выделяют ребристые, ребристо-кольцевые, ребристо-кольцевые со связями и сетчатые.

1. Основными элементами ребристого купола являются плоские ребра, расположенные в радиальных направлениях, их верхние грани и составляют поверхность покрытия. Конструкция распорная, нагрузка передается непосредственно на вертикальные несущие элементы (стены или колонны) и затем на фундаменты, либо сначала воспринимается опорным кольцом, которое зачастую выполняется железобетонным (рис.1).

1

Рисунок 1. Схема ребристого купола: 1 ‒ нижнее опорное кольцо;
2 ‒ верхнее опорное кольцо; 3 ‒ ребро.

2. Ребристо-кольцевой купол является усложненной вариацией
ребристого ‒ в работу включаются кольцевые прогоны, выполняющие роль затяжек, воспринимающих изгибную составляющую нагружений, а также нагрузку от самих ребер купола (рис.2).

2

Рисунок 2. Схема ребристо-кольцевого купола.

3. Ребристо-кольцевой купол со связями ‒ введение в конструкцию ребристо-кольцевого купола связей между ребрами, тем самым увеличивая связность системы (рис. 3).

3

Рисунок 3. Схема ребристо-кольцевого купола со связями.

4. В сетчатых куполах связи расположены в каждой ячейке без промежуточных ребер (рис.4).

4

Рисунок 4. Схема сетчатого купола.

Совершенствование различных систем сетчатых куполов происходило путем изменения способа формообразования их поверхности, то есть членения поверхностей на конструктивные элементы. Выделяют меридиональный вариант разбиения поверхности вращения и применение правильных многоугольников, вписанных в сферу. В меридионально-кольцевой системе происходит разрезка поверхности вращения меридиональными и параллельными плоскостями. В системах, основанных на применении многоугольников, вписанных в сферу, наиболее широкое распространение для построения конструктивных сетей многогранных куполов получили пространственные точечные решетки икосаэдрального типа [4]. Согласно методике, описанной в [4], примем для рассматриваемого купола пространственную точечную решетку икосаэдрального типа для конфигурации купола в форме 320-гранника (рис. 5).

5

Рисунок 5. Схема купола, заданная для расчета в ПК "Лира".

Приложив нагрузку и выполнив анализ полученных расчетных значений, а также схем деформирования купола в расчетном комплексе "ЛИРА", можно прийти к выводу о целесообразности применения в качестве сечения стержней трубы круглого диаметра, поскольку такой тип сечения оптимален с точки зрения рационального расхода металла. Так как выбранным сечением соединяемых стержней купола принята труба круглого сечения, можно назначить узловое соединение типа "ИФИ", позволяющее соединять стержни независимо от их взаимного расположения.

Список литературы

  1. Тур В. И. Купольные конструкции: формообразование, расчет, конструирование, повышение эффективности// М.: Издательство АСВ, 2004. 96 с.
  2. Липницкий М. Е. Купола. Расчет и проектирование.// Л. : Стройиздат, 1973. 129 с.
  3. Ю.С. Кунин, И.Л. Абрамов, О.Б. Забелина. Влияние соблюдения проектной технологии сборки каркасных купольных покрытий на качество построенного объекта и его эксплуатационные свойства// Инженерный вестник Дона, 2019. № 6.
  4. А.И. Евтушенко, А.Н. Самсонова, С.В. Скуратов. Формообразование конструктивных сетей многогранных непологих куполов// Инженерный вестник Дона, 2017. № 1 [Электронный ресурс]. - URL: http://www.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/4183.
  5. Металлические конструкции: справочник проектировщика: в 3-х т.// под общ. ред. В.В. Кузнецова. Т. 2. Стальные конструкции зданий и сооружений. М. : Изд-во АСВ, 1998. 512 с.
  6. Энгель Х. Несущие системы// пер. с нем. Л.А. Андреевой. М. : АСТ : Астрель, 2007. 344 с.
  7. Qinghua Han, Mingjie Liu, Yan Lu and Chenxu Wang. Progressive collapse analysis of large-span reticulated domes// International Journal of Steel Structures 15(2): 261-269 (2015).
  8. Thor L. Anderson. Le stade couvert polyvalent "Louisiana Superdome" à la Nouvelle-Orléans (Etats-Unis) // Acier. Mars 1974. Vol. 39. No 3. Pp. 113—119.

Интересная статья? Поделись ей с другими:

Внимание, откроется в новом окне. PDFПечатьE-mail