ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 32
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
-
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):
xc = 0 ;
yc= – (rc– f) . (2.5)
Уравнение окружности будут иметь следующий вид:
(x – xc)2 +(y – yc)2= r2c , (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 Eb модулем деформации Еb,деф. Для тяжёлого бетона величину модуля деформации рекомендуется определять по формуле
Еb, 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.