Принципы конструирования куполов Монолитный купол

• Название: Принципы конструирования куполов Монолитный купол
• Дата: 19.04.2023
• Размер: 43.03 Kb.
• Имя файла: 22.docx
• Тип: Документы; #1073688

22. 
    Купола, области их применения. Расчет и конструирование железобетонных куполов.
    

Принципы конструирования куполов

1.Монолитный купол

В верхней части купола в зоне действия сжимающих усилий арматура в меридиональном и кольцевом направлениях устанавливается без расчёта по конструктивным соображениям. Конструктивная арматура выполняется в виде сетки из стержней диаметром 5 6мм с шагом 150 200мм. Сетку рекомендуется располагать посередине сечения оболочки. При проектировании сетки следует иметь в виду, что число стержней, укладываемых в меридиональном направлении, с приближением к вершине уменьшается в соответствии с уменьшением длины окружности купола.

В нижней части купола в зоне примыкания к опорному кольцу ставят дополнительную арматуру в меридиональном и кольцевом направлениях. Меридиональная арматура рассчитывается по изгибающему моменту, а кольцевая – по растягивающему усилию. Дополнительная арматура выполняется в виде сетки из стержней диаметром 6 10мм и шагом не более 200мм.

Опорное кольцо в целях повышения трещиностойкости делается предварительно-напряжённым. Натяжению подвергается кольцевая рабочая арматура. Натяжение осуществляется на «бетон» механическим или электрическим способом.

В целом армирование купола может быть представлено в виде схемы.

2.Сборный купол

Членение сборного купола на монтажные элементы может осуществляться по меридиональному и меридионально-кольцевому направлениям. При членении по меридиональному направлению монтажный элемент имеет криволинейное очертание. Из условия транспортировки длина сборного элемента не должна превышать 18м, а ширина – 3,5м. Данные рекомендации могут быть выполнены при условии, если диаметр опорного кольца не превышает 40м.

Сборные элементы купола усиливаются контурными и промежуточными рёбрами.

Членение купола по меридионально-кольцевым направлениям позволяет получать как криволинейные, так и плоские монтажные элементы. Плоские панели проще в изготовлении, но ухудшают внешний вид купола и работу оболочки, так как в местах стыков будут переломы, приводящие к возникновению дополнительных изгибающих моментов.

Геометрические характеристики купола

В сферическом куполе радиусы кривизны меридионального и кольцевого сечений равны между собой и постоянны:

. (2.3)

При круговом очертании купола основными геометрическими характеристиками являются: радиус окружности (сферы), координаты центра и уравнение окружности (рис.3), также дополнительно определяются половина центрального угла, длина дуги, координаты сечений купола и значения тригонометрических функций.

При сферической оболочке радиус кривизны определяется по следующему равенству:

, (2.4)

где D – диаметр купола; f – стрела подъёма.

Координаты центра окружности зависят от выбранного расположения осей координат. В случае, если ось ординат совпадает с осью вращения, координаты центра будут определяться по следующим равенствам (рис. 3):

x_c = 0 ;

y_c= – (r_c– f) . (2.5)

Уравнение окружности будут иметь следующий вид:

(x – x_c)² +(y – y_c)²= r²_c , (2.6)

где x и y – координаты сечений купола.

Половина центрального угла определяется по формуле

. (2.7)

Длина дуги, соответствующая половине центрального угла:

. (2.8)

Нагрузки, действующие на купол

Основными нагрузками, определяющими напряжённое состояние купола, являются собственный вес оболочки купола и снеговая нагрузка. Обе нагрузки принимают действующими симметрично относительно вертикальной оси оболочки (нагрузка осесимметричная). Ветровая нагрузка при пологих купольных покрытиях решающего значения не имеет и поэтому при расчетах она не учитывается.

Собственный вес оболочки купола при постоянной её толщине рассматривается как равномерная нагрузка, распределённая по поверхности купола, а снеговая нагрузка принимается как равномерно распределённая по горизонтальной проекции купола.

Определение усилий в оболочке купола

Тонкостенные купола, подобно другим пространственным покрытиям, можно рассчитывать по безмоментной теории. Именно безмоментная теория в данной работе принята как основная при определении усилий в куполе.

Для определения усилий, действующих в куполе, рассмотрим элементарно малый элемент оболочки, ограниченный двумя меридиональными и двумя кольцевыми сечениями. При действии внешней нагрузки в рассматриваемом элементе возникнут меридиональные, кольцевые и сдвигающие усилия. При внешней осесимметричной нагрузке сдвигающие усилия равны нулю. В этом случае меридиональные и кольцевые усилия могут быть определены из условий статики.

Устойчивость куполов - оболочек

Расчёт куполов-оболочек на устойчивость заключается в том, что определяются сжимающие напряжения в оболочке от всех видов загружения, которые затем сопоставляются с их критическими напряжениями. Для железобетонных оболочек дополнительно учитывается рост деформации купола во времени в виду ползучести бетона.

Ползучесть бетона рекомендуется учитывать, заменяя в формулах, полученных теоретическим путём, модуль упругости бетона E_b модулем деформации Е_b,деф. Для тяжёлого бетона величину модуля деформации рекомендуется определять по формуле

Е_{b, деф}= . (5.1)

Для гладких сферических оболочек интенсивность полной расчетной нагрузки не должна превышать величины

, (5.2)

где t – толщина оболочки.

Данная формула справедлива для оболочки постоянной толщины.

Ребристая оболочка при проверке её на устойчивость может быть заменена для расчёта фиктивной гладкой, имеющей ту же жёсткость сечения на сжатие и тот же радиус инерции. Фиктивная толщина оболочки в этом случае определяется по формуле

, (5.3)

а фиктивный модуль упругости – по равенству

, (5.4)

где в – расстояние между осями соседних рёбер; А – площадь сечения, образованная одним ребром с примыкающими частями тела оболочки шириной b; I – момент инерции того же сечения.

Определение усилий в месте сопряжения купола с опорным кольцом

В реальных конструкциях оболочка купола опёрта не свободно, а имеет упругое закрепление в опорном кольце. В связи с этим на опорном контуре возникают дополнительные изгибающие моменты и горизонтальный распор. Их определяют методами строительной механики из условия равенства нулю взаимного угла поворота и взаимного смещения сечений в примыкании оболочки к опорному кольцу от суммарного взаимодействия всех сил.

Меридиональные усилия от постоянной и снеговой нагрузок сжимающие по всей высоте оболочки, но при этом величина их увеличивается от вершины к опорам.

Кольцевые усилия от этих же нагрузок изменяются от максимальной величины сжатия в вершине оболочки до нуля и затем до максимальной величины растяжения у опорного кольца. Угол, при котором кольцевые усилия равны нулю, для постоянной нагрузки составляет приблизительно 52⁰, для снеговой – 45⁰.