Расчет куполов. Часть 1

Гладкий купол рассчитывается по безмоментной теории куполов с учетом, краевого эффекта на нагрузки от собственной массы, массы снега и действия ветра. Для пологих куполов с отношением высоты к пролету не более f/l ≤ 1/4 ветровую нагрузку учитывают в виде осесимметричного отсоса. Для деревянных куполов эта нагрузка по сравнению с собственной массой в большинстве случаев невелика. Она оказывает разгружающее действие и ее можно не учитывать в расчете. Для легких пластмассовых куполов эта нагрузка соизмерима с их собственной массой, и учет ветрового отсоса при их расчете обязателен. При осесимметричных нагрузках в сечениях гладкого купола возникают только продольные кольцевые T₂ и меридиональные T₁ силы, а при действии несимметричных нагрузок, например, одностороннего снега, также и сдвигающие.

Ребристый купол, имеющий в большинстве случаев деревянную клееную конструкцию, можно при расчете представить в виде системы, состоящей из трехшарнирных арок, соединенных в ключе и опертых на опорное кольцо. В качестве расчетной схемы этой системы можно принять одну арку, на которую кроме внешних нагрузок действуют также реактивные силы остальных арок, приложенные в ключе. Каждая арка воспринимает нагрузку, расположенную на примыкающей к ней грузовой площади купола.

Рассмотрим наиболее распространенный купол, состоящий из одинаковых ребер — сегментных дощатоклееных арок, расположенных равномерно по диаметрам окружности в плане и шарнирно соединенных в ключе купола и с опорным кольцом. Силы взаимодействия между одной расчетной аркой и всеми остальными разложим на горизонтальную x₁ и вертикальную x₂ составляющие. Рассмотрим практические случаи нагружении купола.

На ребристый купол действует осесимметричная нагрузка, равномерно распределенная по его проекции или поверхности. Такими нагрузками являются собственная масса и масса снега по всему пролету. При этом все ребра купола нагружены одинаково и силы взаимодействия расчетной арки со всеми прочими равны нулю: x₁ = x₂ = 0. В этом случае каждая арка рассчитывается как самостоятельно работающая трехшарнирная арка на нагрузку, расположенную на треугольной грузовой площади.

На купол действует несимметричная нагрузка, равномерно распределенная на половине его проекции или поверхности. Такой нагрузкой является односторонне расположенный снег. При этом все арки купола нагружены тоже одинаково, по несимметрично. Вертикальная сила взаимодействия расчетной арки купола с прочими будет тоже равна нулю x₂ = 0. Горизонтальная сила x₁ будет при этом не равна нулю.

Ребристо-кольцевой купол представляет собой систему плоских трехшарнирных арок, имеющих условные затяжки по числу колец купола. Жесткость этих затяжек определяют из условия соответствующей жесткости колец, удлинения которых зависят от величины горизонтальной составляющей усилия в ребре в месте прикрепления кольца.