Конструкция и основы расчета деревянных купольных конструкций.

Купола. В зависимости от конструктивного решения купола могут быть тонкостенными, ребристыми и сетчатыми. Для пролётов от 12 до 35 м применяют тонкостенные сетчатые купола. При пролётах от 35 до 120 м и более в целях увеличеня жёсткости применяют рёбристые купола- оболочки.

Ребристые купола могут быть многогранными, сферическими или складчатыми.

Складчатый купол

С

Многогранный купол

Сферический купол

Состоят ребристые купола из рёбер в меридиональном направлении. Рёбра опираются на нижние и верхние опорные кольца

Шаг рёбер 3-6 м по нижнему поясу. В ребристых куполах по аркам идут прогоны, по прогонам укладываются в два слоя настил из досок – продольный и косой под углом 45° к прогонам.

Нижнее опорное кольцо работает на растяжение и выполняется железобетонным. Верхнее кольцо работает на сжатие и может быть деревянным. Соединения полуарок с кольцами рекомендуется выполнять шарнирным. В расчёте арок жёсткость прогонов и настила не учитывается.

Расчёт ребристого купола ведётся путём расчленения на арки с соответствующей грузовой площадью. В остальном порядок расчёта полностью совпадает с расчётом клееных трёхшарнирных арок.

Пространственная неизменяемость и устойчивость плоской формы изгиба рёбер обеспечивается установкой связей (горизонтальных и вертикальных).

Кружально-сетчатые купола могут быть сферическими или из сомкнутых сводов

Сетка может быть ромбической и прямоугольной, узлы решены на врубках или болтах. При числе граней 6 и менее сектор купола рассчитывается по аналогии с сетчатым сводом, а при числе граней более 6 – по приближённой безмоментной теории сферических куполов-оболочек.

Представляет интерес конструкция сомкнутого свода, разработанная в США для пролёта 257 м (самый крупный в мире из перекрываемых пролётов). Проект этого свода предусматривает использование его для покрытия стадионов в четырёх городах США.

Гурты (рёбра на стыках граней свода) клееные переменного коробчатого сечения. Максимальная высота сечения 334 см.

Тонкостенные купола-оболочки. Их основной особенностью являются меридиональные арочки, кольцевой и косой настилы, верхнее кружальное и нижнее опорное кольца.

Расстояние между осями арочек по опорному кольцу назначается от 0.8 до 1.5 м. Высота арочек h для придания куполу достаточной жёсткости должна составлять не менее 1/250 его пролёта. На арочки гвоздями прибивают оба слоя кольцевого настила, а затем косой настил в «ёлочку» под углом ~ 45°.

Расчёт куполов-оболочек с достаточной точностью ведётся по безмоментной теории оболочек

При расчёте принимается, что меридианные элементы и рёбра куполов воспринимают меридианальные усилия Т₁, кольцевые настилы – кольцевые усилия Т₂, а косые настилы – сдвигающие усилия S.

Усилия Т₁, Т₂ и S находят при трёх схемах загружения:

· 1 схема – собственный вес купола. Усилия в рёбрах Т₁ в левой точке А определится по формуле:

,

где: Q_φ – вес всей вышележащей части купола;

m – число рёбер.

Усилия Т₂ в кольцевом настиле на единицу ширины определится по формуле:

,

где: z – проекция на нормаль равномерно распределённой нагрузки

(кровля, косой и кольцевой настилы) и веса рёбер;

R – радиус сферы купола;

Т₁ – меридиональное усилие в рассматриваемой точке А;

а – расстояние между рёбрами.

Сдвигающее усилие S при симметричной нагрузке равно нулю (S=0)

· 2 схема – снеговая нагрузка на всём пролёте. Она принимается с учётом изменения интенсивности по поверхности купола по закону косинуса, что даёт равномерную нагрузку по плану интенсивностью р₀. Меридианные усилия:

,

Кольцевые усилия:

,

Сдвигающие усилия:

· 3 схема – ветровая нагрузка. Действительная эпюра давления ветра (а) заменяется более простыми эпюрами: симметричной и кососимметричной.

Усилия от симметричной эпюры определяется по следующим формулам:

6. меридианальные усилия:

,

7. кольцевые усилия:

,

8. сдвигающие усилия:

Усилия от кососимметричной эпюры определяются по таблицам книги Дишингера «Оболочки, тонкостенные железобетонные купола и своды», М. 1971г.

Кососимметрическая нагрузка даёт сдвигающие усилия, на который рассчитывается косой настил.

Проверка сечений элементов.

· Определив расчётное значение Т₁ на одно ребро (как максимальное при различных сочетаниях усилий при трёх перечисленных схемах загружения) проверяют его на сжатие и смятие торцов в опорных кольцах;

· Кольцевой настил проверяют на смятие (в сжатой зоне) по полной площади. В растянутой зоне проверка на растяжение ведётся по площади:

· сдвигающие усилия S вызывают в косом настиле сжатие или растяжение. По этим схемам подбирают сечение досок и связи (гвозди, шурупы, клей);

· верхнее кружальное кольцо проверяют на сжатие и смятие в стыке:

где: Т₁ – сжимающее усилие в ребре;

r₁ – радиус кольца.

· нижнее опорное кольцо проверяют на растяжение силой:

где: Н₁ – распор купола на единицу длины опорного кольца;

r₂ – радиус опорного кольца.

44. Крыши: типы, конструкция. Расчет настилов, обрешетки, стропильных ног.

Различают сплошные и разряженные дощатые настилы.

При рулонной кровле в неутепленных покрытиях применяют сплошные дощатые настилы. В утепленных покрытиях поверх этих настилов укладывают твердый плитный утеплитель, непосредственно по которому или по выравнивающему слою наклеивают рулонный ковер. Возможен вариант, когда утеплитель укладывают между прогонами с подшивкой потолка из гипсокартона.

При чешуйчатой кровле из асбестоцементных или стеклопластиковых листов в неутепленных покрытиях применяют разреженные дощатые настилы (обрешетки).

Чешуйчатая кровля является непроницаемой благодаря неплотностям стыков, поэтому разряженный настил обеспечивает проветривание полостей под ней и высыхание древесины в процессе эксплуатации. Разряженный настил может служить так же основанием черепичной кровли и кровли из стальных листов.

Дощатые настилы изготавливают из досок на гвоздях и укладывают на прогоны или основные несущие конструкции покрытий при расстоянии между ними не более 3 м. Рабочие доски настилов должны иметь длину, достаточную для опирания их не менее чем на три опоры для увеличения их изгибной жесткости по сравнению с однопролетным опиранием.

Разряженный настил

Разряженный настил, называемый так же обрешеткой, представляет собой несплошной ряд досок, уложенных с шагом, определяемым типом кровли и расчетом. Зазоры между кромками досок для их лучшего проветривания должны быть не менее 2 мм.

Для ускорения сборки этот настил целесообразно собирать из заранее изготовленных щитов, соединенных снизу поперечинами и раскосами.

Сплошные настилы

Из сплошных настилов наиболее распространенным является двойной перекрестный, который состоит из двух слоев – нижнего рабочего и верхнего защитного.

Рабочий настил представляет собой разряженный или сплошной ряд более толстых досок и несет на себе все нагрузки, действующие на покрытие.

Защитный настил представляет собой сплошной ряд досок минимальной толщиной 16 мм. Он укладывается на рабочий настил под углом 45^о – 60^о и крепится к нему гвоздями.

Двойной перекрестный настил имеет значительную жесткость в своей плоскости и служит надежной связью между прогонами и основными несущими конструкциями покрытия. Этот настил целесообразно собирать тоже из заранее изготовленных крупных щитов.

Применяют так же настилы из сплошных однослойных щитов, соединенных внизу раскосами и поперечинами, имеющими меньшую жесткость, чем двойные.

Расчет дощатых настилов производят по прочности и прогибам при изгибе на действие расчетных и нормативных нагрузок:

- постоянных от собственной массы покрытия g, кН/м²

^9. временные от массы снега р, кН/м²

10. от веса человека с грузом Р, кН

Нагрузки определяются с учетом формы покрытия и коэффициентов перегрузки.

Сосредоточенная нагрузка от массы человека с грузом имеет величины:

Р^н=1 кН (100 кг.), а с учетом коэффициента перегрузки: Р=1, 2 кН (120 кг).

Расчет настилов и обрешеток, работающих, как правило, на поперечный изгиб, производят по схеме двухпролетной балки при двух сочетания нагрузки:

1) нагрузка от собственного веса покрытия и снеговая нагрузка ( g+p )

- на прочность:

σ = , где

;

- по прогибам:

, где

=

2) нагрузка от собственного веса покрытия и сосредоточенной нагрузки в одном пролете от веса человека с грузом Р – только на прочность

Максимальный момент находится под сосредоточенной нагрузкой:

.

Расчет по прочности в этом случае производится по той же формуле, что и в предыдущем

Расчет удобно вести приняв ширину настила b =100 см.

При сплошном настиле или обрешетке при расстоянии между осями досок или брусков не более 15 см принимают, что сосредоточенный груз передается двум доскам или брускам, а при расстоянии более 15 см – одной доске или бруску.

При двух настилах (рабочем и защитном, направленном под углом к рабочему) или при однослойном настиле с распределительным бруском, подшитым снизу в середине пролета, а так же при уложении поверх настила плитного утеплителя сосредоточенный груз Р_н =1 кН принимают распределенным на ширину 0, 5 м рабочего настила.

Дощатые настилы перекрытий, подшивки и обшивки стен