Конструкции куполов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Конструкция купола представляет собой оболочку положительной гауссовой кривизны. Такие покрытия чаще всего применяются в зданиях, имеющих круглый план. Не исключено их применение в зданиях с более сложным планом -- овальным или близким к нему, многоугольным, наконец, произвольным, диктуемым архитектурно-композиционными требованиями.

В большинстве случаев очертание купола принимается сферическим, что значительно упрощает его изготовление. По конструктивно-компоновочным признакам различают ребристые, сетчатые и панельные виды куполов.

1. Ребристые купола

Собственно ребристый купол представляет собой радиально-арочную систему, в которой главными несущими элементами являются ребра в виде полуарок 1, соединенные между собой внизу и вверху опорными кольцами 2 и3. К аркам прикрепляются прогоны 4, поддерживающие кровлю. Связи 6 обеспечивают пространственную жесткость несущего каркаса купола. Они устраиваются между смежными полуарками, и их должно быть не менее двух на все покрытие.

Компоновка ребер купола аналогична компоновке арок. Ребра сплошного сечения тяжелее, но более технологичны в изготовлении, чем сквозные. Верхнее сжатое кольцо служит для соединения полуарок в вершине купола. Диаметр его 'обычно принимают минимально необходимым для размещения элементов крепления ребер к кольцу (накладки, болты, монтажная сварка и т.д.). При наличии фонарной надстройки иногда диаметр кольца увеличивают исходя из габаритов фонаря.

Для повышения жесткости купола желательно прикрепление ребер к верхнему кольцу делать жестким, что помимо сжатия будет вызывать кручение кольца. В связи с этим увеличение диаметра верхнего кольца будет осложнять проблему его устойчивости. Для повышения жесткости и устойчивости кольцо иногда раскрепляют внутренними распорками.

Нижнее кольцо работает на растяжение от распора арок купола. При размещении его на стенах либо колоннах необходимо обеспечить свободу его деформаций от распора и ограничение жесткого смещения от ветровой нагрузки. При частом расположении ребер нижнее кольцо может иметь в плане круговую форму, при редком -- форму многоугольника (по числу ребер), что должно исключить изгиб, обусловленный кривизной кольца.

2. Сетчатые купола

Формообразование поверхности сетчатого купола может быть представлено как развитие структурной плиты либо цилиндрической оболочки путем придания им соответствующей кривизны в двух направлениях. При этом основной проблемой остается выбор типа сетки и конструкции узлов.

Форма сетки определяет число типоразмеров стержней и узловых элементов; желательно, чтобы число их было минимальным. Однако архитектурные требования, предъявляемые к такого рода покрытиям, могут обусловливать противоположную тенденцию. Поэтому в общем случае речь может идти о выборе оптимальной формы сетки купола.

Принципы построения сеток весьма разнообразны -- от строго математически обоснованных до произвольных, диктуемых функциональными и эстетическими мотивами.

Сеть Чебышева позволяет образовать практически любую форму купола, используя стержни одной длины. Однако к вершине сетка слишком сгущается, что вызывает конструктивные трудности сопряжения стержней, сходящихся под малым углом. Здесь в пределах каждого яруса по высоте купола узловые элементы будут одинаковыми, т.е. число типоразмеров узлов равно числу ярусов сетки.

В целях увеличения жесткости конструкции, а также для большего дробления сетки, что облегчает устройство кровли, в каждом ромбе ставят диагональную распорку. В совокупности они образуют кольцевые элементы в структуре купола (см. рис. 19.10, г).

3. Панельные купола

Переход от ребристого купола к сетчатому с включением в работу сетки элементов кровельного ограждения несет в себе идею «размазывания» материала по поверхности покрытия, идею деконцентрации материала.

В металлических куполах при высокой прочности конструкционного материала эта тенденция обостряет проблему устойчивости куполов (местной и общей). Однако выгоды от совмещения несущих и ограждающих конструкций толкают инженеров к поиску компромиссных оптимальных решений. Примером может служить конструкция панельного купола.

Купол собирается из гнутых либо гнутоштампованных элементов (панелей), выполненных из стальных либо алюминиевых листов толщиной от 2 до 4 мм. По контуру панелей делается отбортовка, с помощью которой панели могут соединяться на монтаже болтами. За счет перегиба листов панель приобретает изгибную жесткость, необходимую для обеспечения общей устойчивости купола. Одновременно ребра панели ограничивают размеры плоских тонкостенных сегментов, обеспечивая их местную устойчивость при сжатии.

Ребра соединенных панелей на поверхности купола образуют рисунок, аналогичный рисунку сетчатого купола, поэтому поиск геометрической формы панели решается аналогичными методами.

Для увеличения жесткости и несущей способности купола между вершинами панелей можно поставить стержни, которые в совокупности образуют дополнительную сетку. Такие сетки можно формировать как на внешней, так и на внутренней поверхности купола. Подобную конструктивную форму можно отнести к разряду комбинированных и назвать панельно-сетчатым куполом.

В практике строительства имеются примеры таких куполов диаметром1 свыше 100 м. На рис. 19.16 приведен пример панельно-сетчатого купола диаметром 44 м со стрелой подъема 15 м. Он имеет сферическую форму и образован из алюминиевых ромбовидных панелей, выгнутых по цилиндрической поверхности. Короткие диагонали ромбов замкнуты трубчатыми распорками, которые в совокупности образуют сетку, состоящую из шестиугольников. Всего для купола потребовалось изготовить 575 панелей десяти различных типоразмеров.

Криволинейные пространственные покрытия имеют, как правило, цилиндрическую или купольную поверхность.

Цилиндрические покрытия могут быть односетчатыми или двухсетчатыми (криволинейные структуры). Они в поперечном направлении работают как свод, распор которого воспринимается стенами или затяжками.

Купольные покрытия могут иметь ребристую (или ребристо-кольцевую) конструктивную схему (рис. 4а) или сетчатую (рис. 4б). В ребристых куполах радиально расположенные ребра соединены между собой кольцевыми прогонами. Если последние составляют с ребрами единую жесткую пространственную систему, то тогда кольцевые прогоны работают не только на местный изгиб, но в составе купольной системы воспринимают также кольцевые сжимающие или растягивающие усилия. В сетчатых куполах в состав конструкции кроме ребер и кольцевых элементов входят раскосы, что создает условия, при которых стержни работают только на осевые усилия.

Пространственные конструкции из древесных и синтетических материалов отличаются большим разнообразием видов и конструктивных особенностей.

Как и любые пространственные конструкции они, как правило, совмещают в себе несущие и ограждающие функции, при одном и том же расходе материала обладают более высокой надежностью и несущей способностью, их характеризует меньшая материалоемкость, а при агрессивности среды -- большая долговечность.

Пространственные конструкции из дерева и пластмасс успешно применяют при малых пролетах (3--4 м), средних (до 36 м) и больших -- висячие покрытия до 100 м, сводчатые до 140 м, купола до 257 м. Эти материалы позволяют создавать разнообразные конструктивные формы, реализующие практически любые замыслы проектировщиков.

С точки зрения формы применяемые в конструкциях из древесины и синтетических материалов оболочки можно разделить на следующие типы: 1) призматические (складки, своды); 2) цилиндрические (нулевой гауссовой кривизны); 3) эллиптические (положительной гауссовой кривизны); 4) гиперболические (отрицательной гауссовой кривизны). Меньшее распространение получили оболочки комбинированные (из частей различной кривизны) и произвольной формы.

4. Купольные сооружения

Благодаря единственному в Украине производству гнуто-клееных конструкций освоенному компанией «Современные деревянные дома» сегодня стало возможным строительство купольных сооружений с применением цельных радиальных балок соединенных специальными креплениями у основания на фундаменте и в верхней точке схождения. Ранее, для сооружения купольного дома предлагалось собирать сложную конструкцию из прямых балок соединенных треугольными сегментами, напоминающими геодезическую сетку. Теперь в этом нет необходимости.

Конструкция из гнуто-клееных балок

купол конструкция балка

Конструкция из гнуто-клееных балок абсолютно проста, является самонесущей и имеет всего два места опорного крепления - внизу и вверху. Выгнутые и склеенные под определенным радиусом балки, соединяясь к верху в одной точке, образуют купол правильной сферической формы, распределяя опорную нагрузку на всю площадь полусферы - равномерно. Такая форма дома особо устойчива к ветровым нагрузкам и может применяться для строительства зданий в зонах где движение воздушной массы из-за перемещения зон высокого и низкого давления образует постоянную перемену направления ветра - например, в горах или прибрежной полосе.

Кроме купольных домов производство компании «Современные деревянные дома» способно изготовить выгнутые опорные балки с размером сечения 220 мм х 2500мм и длинной до 24 метров. Это позволяет создавать перекрытия больших площадей без использования внутренних колонн, а так же создавать гнутоклееные фермы с опорой на горизонтальную поверхность. Таким образом, основанием для балок перекрытия могут служить как несущие стены либо опорные столбы, так и сам фундамент. Это удобно для сооружения ангаров, складских помещений, бассейнов и развлекательных центров и пр.

Читателю на первый взгляд может показаться что такая технология успешно применяется только на больших объектах и стоит дорого - однако это не так. Основная составляющая нашего купольного дома - это гнуто-клееные деревянные балки и для деревянного каркаса их нужно не много. Затем каркас обшивается любым доступным для клиента материалом. У купольного дома из гнуто-клееной балки нет технологического различия между стенами и крышей - здесь это одно и то же.

Вы можете выбрать для себя любой предпочитаемый материал : гонт, мягкую битумную кровлю, фальцевое или сланцевое покрытие и даже керамику. В странах Западной Европы гнутые балки используются не только для строительства домов с правильным сферическим куполом, но и для организации мансардных помещений, террас, беседок, барбекю, навесов и прочего. Есть удачные примеры строительства купольных бань.

Мы приглашаем к сотрудничеству архитекторов и проектантов для разработки интересных проектов с использованием гнутой балки как в капитальном строительстве так и в организации комплексных решений для застройки личных земельных участков с элементами ландшафтного дизайна, или обустройстве купольных элементов ресторанов, кафе, бунгало. Мы уверены, что используя возможности передовых технологий нашего производства вы сможете создать свой стиль имея хороший набор производственных новшеств и ваше богатое воображение.

Купольные сооружения, инновационные предложения с использованием гнутоклееных конструкций от Компании «Современные Деревянные Дома» Украина Киев.

Размещено на Allbest.ru