Краткий курс лекций (учебно-методическое пособие для студентов строительных специальностей) Харьков 2003 (стр. 3 из 9)
При расчёте опорного кольца — при частом расположении арок (рёбер) купола действия их распоров можно заменить эквивалентной равномерно распределённой нагрузкой:
| q = nHраспора/2Пr, тогда Nкольца = qr = nHраспора/2П. |
Ребристо-кольцевые купола
В них погоны с рёбрами составляют одну жёсткую пространственную систему. В этом случае кольцевые прогоны работают не только на изгиб от нагрузки на покрытие, но и от реакций промежуточных рёбер и воспринимают растягивающие или сжимающие кольцевые усилия, возникающие от распоров в месте опирания многопролётных полуарок.
Вес рёбер (арок) в таком куполе уменьшается благодаря включению в работу кольцевых прогонов, как промежуточных опорных колец. Кольцевые рёбра в таком куполе работают так же, как и опорное кольцо в ребристом куполе, и при расчёте арок могут быть заменены условными затяжками.
При симметричной нагрузке расчет купола можно вести, расчленяя его на плоские арки с затяжками на уровне кольцевых рёбер (прогонов).
Сетчатые купола
Если в ребристом или ребристо-кольцевом куполе увеличить связность системы, то можно получить сетчатые купола с шарнирным соединением стержней в узлах.
В сетчатых куполах между рёбрами (арками) и кольцами (кольцевыми прогонами) располагают раскосы, благодаря которым усилия распределяются по поверхности купола. Стержни в этом случае работают в основном только на осевые силы, что уменьшает вес рёбер (арок) и колец.
Стержни сетчатых куполов выполняют из замкнутых профилей (круглого, квадратного или прямоугольного сечения). Узлы соединений стержней как и в структурах или сетчатых оболочках.
Расчёт сетчатых куполов производят на ЭВМ по специально разработанным программам.
Приблизительно их рассчитывают по безмоментной теории оболочек — как сплошную осесимметричную оболочку по формулам из соответствующих расчётно-теоретических справочников.
Радиально-балочные купола
Представляют собой ребристые купола, составленные из сегментных полу-ферм, расположенных радиально. В центре сегментные полуфермы присоединяются к жёсткому кольцу (решётчатому или сплошностенчатому с диафрагмами жёсткости).
1.8 Висячие покрытия
Висячими называются покрытия, в которых основные несущие элементы работают на растяжение.
В этих элементах наиболее полно используются высокопрочные стали, поскольку их несущая способность определяется прочностью, а не устойчивостью.
Несущие растянутые стержни — ванты — могут выполняться гибкими или жёсткими.
Жёсткие — выполняют из выгнутых двутавровых балок.
Гибкие — выполняют из стальных канатов (тросов) свитых из высокопрочной проволоки с R= 120 кН/см2 ÷ 240 кН/см2.
Висячие конструкции покрытий являются одной из наиболее перспективных конструктивных форм для применения высокопрочных материалов. Конструктивные элементы висячих покрытий легко транспортировать, относительно легко монтировать. Однако сооружение висячих покрытий имеет ряд трудностей, от удачного инженерного решения которых зависит эффективность покрытия в целом:
Первый недостаток — висячие покрытия — системы распорные и для восприятия распора необходима опорная конструкция, стоимость которой может составлять значительную часть стоимости всего покрытия. Уменьшения стоимости опорных конструкций можно достичь за счёт повышения эффективности их работы — созданием покрытий круглой, овальной и других не прямолинейных форм плана;
второй недостаток — повышенная деформативность висячих систем. Это вызвано тем, что модуль упругости витых тросов меньше чем у прокатной стали (Етроса=1,5 ÷ 1,8×105МПа; Е прокатных стержней = 2,06×10 5 Мпа), а область упругой работы высокопрочной стали значительно больше, чем у обычной стали. Таким образом, относительная деформация троса в упругой стадии работы ε=G/Е получается в несколько раз больше чем у элементов из обычной стали.
Большинство висячих систем покрытия являются системами мгновенной жёсткости, т.е. системами, которые работают упруго лишь на равновесные нагрузки, а при действии неравномерных нагрузок в них, помимо упругих деформаций, появляются ещё и кинематические перемещения системы, ведущие к изменению целостности геометрической системы покрытия.
Для уменьшения кинематических перемещений висячие системы покрытий часто снабжают специальными стабилизирующими устройствами и предварительно напрягают.
Типы схем висячих покрытий
1. Однопоясные системы с гибкими вантами
Такие системы покрытий в плане проектируют прямоугольными или изогнутыми, например, круглыми (см. рис.11).
Они представляют собой предварительно напряжённые железобетонные оболочки, работающие на растяжение. Напряжённой арматурой в них является система из гибких вант, на которые во время монтажа укладывают сборные железобетонные плиты. В это время на ванты даётся дополнительный пригруз, который после укладки всех железобетонных плит и замоноличивания швов снимают. Ванты обжимают железобетонные плиты и образовавшаяся железобетонная оболочка получает предварительное напряжение сжатия, позволяющее ей воспринимать растягивающее напряжение от внешних нагрузок и обеспечивает общую устойчивость конструкции. Несущая способность покрытия обеспечивается растяжением вант.
В покрытиях прямоугольного плана распор вант воспринимает опорная конструкция из оттяжек и анкеров, закреплённых в грунте.
Рис. 11 - Однопоясные покрытия с гибкими вантами
(а — прямоугольные в плане; б — круглые в плане)
В покрытиях круглого (овального) плана распор передаётся на наружное сжатое кольцо, лежащее на колоннах и внутреннее (растянутое) металлическое кольцо.
Стрела провеса вант таких покрытий обычно составляет f=1/10÷1/20 L. Такие оболочки являются пологими.
Сечение вант покрытия определяют по монтажной нагрузке. В этом случае ванты работают как отдельные нити, и распор в них можно определять без учёта их деформаций H=M/f , где M — балочный момент от расчётной нагрузки, f — стрела провисания нити.
 |
Наибольшее усилие в ванте будет на опоре
где V — балочная реакция.
2. Однопоясные системы с жёсткими вантами
Рис. 12 - 1 — продольные изгибно-жёсткие рёбра; 2 — поперечные рёбра;
3 — мембрана алюминиевая, t = 1,5 мм
В таких покрытиях гнутые жёсткие ванты, прикреплённые к опорному поясу, работают под действием нагрузки на растяжение с изгибом. Причём при действии равномерной нагрузки доля изгиба в напряжениях невелика. При действии неравномерной нагрузки жёсткие ванты начинают сильно сопротивляться местному изгибу, чем значительно уменьшают деформативность всего покрытия.
Стрела провеса вант таких покрытий обычно составляет 1/20 ÷ 1/30 L. Однако, использование жёстких нитей возможно лишь при небольших пролётах, т.к. с увеличением пролёта значительно усложняется монтаж и увеличивается их масса. По таким жёстким вантам можно укладывать лёгкую кровлю, отсутствует необходимость в предварительном напряжении (его роль выполняет изгибная жёсткость ванты).
При равномерной нагрузке распор в ванте определяют по формуле
H = 8/3 ×[(EA)/(l2mо)] × (f+fо) × ∆f +Hо;
где ∆f=f–fо ,
f - прогиб под нагрузкой,
fо – начальный провес;
m1=1+(16/3)/(fо/l)2
Изгибный момент в середине ванты находят по формуле
M= q I2/8–Hf .
3. Однопоясные висячие покрытия, напрягаемые с помощью поперечных балок или ферм
Рис. 13
Стабилизация таких канатно-балочных систем достигается либо увеличенной массой поперечных и жёстких на изгиб элементов, либо предварительным напряжением оттяжек, которые соединяют поперечные балки или фермы с фундаментами или опорами. Таким способом напрягаются покрытия с лёгким кровельным настилом.
Благодаря изгибной жёсткости поперечных балок или ферм покрытие приобретает пространственную жёсткость, которая особенно проявляется при загружении пролётной конструкции местной нагрузкой.
4. Двухпоясные системы
Рис. 14
В покрытиях такого типа имеется две системы вант:
— Несущие — имеющие изгиб вниз;
— Стабилизирующие — имеющие изгиб вверх.
Это делает такую систему мгновенно жёсткой — способной воспринимать нагрузки, действующие в двух различных направлениях. Вертикальная нагрузка вызывает у несущей нити растяжение, а у стабилизирующей — сжатие. Отсос ветра вызывает в вантах усилия обратного знака.
В покрытиях данного типа можно применять лёгкие кровли.
5.
Седловидные напряжённые сетки 
Рис. 15
Покрытия такого типа применяются для капитальных зданий и временных сооружений.
Сетка покрытия: несущие (продольные) тросы изогнуты вниз, стабилизирующие (поперечные) тросы изогнуты вверх.
Такая форма покрытия позволяет предварительно напрягать сетку. Поверхность покрытия лёгкая из различных материалов: от стального листа до плёнки и тента.