Обеспечение пространственной неизменяемости и устойчивости зданий и сооружений.

Плоскостные несущие конструкции (фермы, арки, балки, рамы) воспринимают нагрузки действующие только в их плоскости. В несущем остове деревянных зданий плоскостные конструкции объединяются м/у собой системой связей, при этом образуя пространственно неизменяемый блок, способный воспринимать нагрузки любого характера.

Здания из отдельных поперечных рамных каркасов (рис 5, 6). Пространственная жесткость создается системой следующих связей и ферм: горизонтальными ветровыми фермами, вертикальными связя­ми по колоннам ряда, вертикальными (наклонными) связями между фермами, скатными связями или жестким покрытием.

Ветровые фермы устраиваются только в торцах здания и распола­гаются в плоскости нижних поясов несущих ферм покрытия.

Они воспринимают ветровую нагрузку, действующую на торец вдоль оси здания. Проектирование ветровой фермы рассмотрено в примере 7.

Вертикальные связи по колоннам ряда включают обвязочный брус, связывающий колонны поверху и выполняющий роль распорки, и рас­косы в виде тяжей из круглой стали, позволяющие производить их натяжение с помощью муфт. Внизу колонны заанкерены в фундаменты. При большой высоте колонн для устойчивости их из плоскости рамы могут ставиться дополнительные распорки по высоте (рис. 5, сеч. 1-1).

Вертикальные (наклонные) связи между каждой парой ферм по­крытия и скатные связи устраиваются так же, как в покрытиях по ка­питальным стенам.

Две поперечные рамы здания, связанные системой связей, создают неизменяемый пространственный блок. Такие блоки образуются в тор­цах здания и по длине с расстоянием между ними до 30 м.

Ветровые фермы можно устраивать только между жесткими ниж­ними поясами несущих ферм покрытия (при деревянном поясе брус­чатых ферм, клеедощатом поясе сегментных и других ферм или при развитом из плоскости металлическом поясе таврового сечения из уголков металлодеревянных ферм).

В покрытиях с металлодеревянными, деревопластмассовыми фер­мами с гибкими нижними поясами устройство горизонтальных ветро­вых ферм невозможно, так как пояса ферм не могут воспринимать сжи­мающие усилия, возникающие в них как в ветровой ферме. В этом слу­чае следует проектировать жесткие торцы, воспринимающие ветер Возможны две конструкции жесткого торца

Колонны торцового фахверка разной высоты (рис. 5) связаны между собой поверху балками, на которые опираются элементы крыши (прогоны, щиты, плиты). Несущие фермы в торцах отсутствуют. На отмет­ке нижнего пояса ферм покрытия колонны фахверка связаны между собой горизонтальной ветровой фермой.

Колонны торцового фахверка одинаковой высоты (рис. 6) до уров­ня нижнего пояса несущих ферм (дается зазор для свободного про­висания ферм) связаны поверху горизонтальной ветровой фермой. В этом случае можно неизменяемые пространственные блоки устраивать непосредственно в торцах здания.

Сечения элементов связей подбираются по гибкости. Для сжатых распорок = 200, для растянутых элементов = 400

Деревянные купола.

Деревянные тонкостенные купола-оболочки проекти­руют диаметром 12—35 м; они, как правило, имеют сфе­рическое очертание. Купол состоит из ме­ридианных ребер (арочек), верхнего и нижнего опорных колец, кольцевого и косого настилов.

Меридианные ребра воспринимают сжимающие уси­лия в оболочке по направлению меридиана и передают их на верхние и нижние опорные кольца. Ребра состоят из нескольких слоев склеенных или сбитых гвоздями до­сок, общей высотой поперечного сечения не менее 1/250 диаметра купола, которую принимают из условия его жесткости. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу на­значают 0,8—1,5 м. Верхние концы ребер присоединяют шарнирно к верхнему сжатому кольцу. Ребра передают на кольцо продольную и поперечную силу. Соединения осуществляют металлическими накладками, присоединяемыми к ребрам болтами, глухарями или зубчатыми шпонками. При значительных поперечных усилиях при- меняют сварные металлические башмаки.

Верхнее кольцо изготовляют металлическим или де­ревянным. Деревянные кольца могут быть клееными или кружальными на гвоздях. Диаметр верхнего кольца при­нимают таким, чтобы к нему беспрепятственно примыка­ло требуемое количество меридианных ребер. Отверстие кольца часто используют как световой или аэрационный фонарь.

Нижнее опорное кольцо воспринимает распор мери­дианных ребер и работает на растяжение. Оно может быть железобетонным, деревянным или металлическим в зависимости от уровня опирания купола и вида ниж­них опорных конструкций (железобетонные фундаменты, металлические или деревянные стойки и т. д.). Концы ребер должны быть заанкерены в опорном кольце, а по­следнее надежно соединено с нижележащими конструк­циями.

Кольцевые настилы воспринимают усилия, действую­щие в кольцевом направлении оболочки. В нижней части купола, где могут возникать растягивающие кольцевые усилия, кольцевой настил выполняют из двух слоев до­сок. Нижний укладывают непосредственно на меридиан­ные ребра, верхний—перекрывает стыки нижнего, сдви­гаясь относительно их на половину длины доски. Оба слоя прибивают гвоздями. Доски не выкружаливают и поэтому между ними образуются зазоры. Вместо досок можно применять склеенные по длине плети брусков. В этом случае настил может быть одинарным, стыки пле­тей располагаются вразбежку и соединяются гвоздями через меридианное ребро или смежные бруски. Толщину досок кольцевого настила принимают 19—25 мм. В верх­ней части купола, где действуют сжимающие кольцевые усилия, настил выполняют из одного слоя досок (брус­ков) толщиной, равной двойному нижнему кольцевому настилу.

Косой настил воспринимает сдвигающие усилия, ко­торые возникают при несимметричной нагрузке на купол. Он состоит из одного слоя досок толщиной 16—25 мм. укладываемого сверху кольцевого настила от одного ме­ридианного ребра к другому, под углом около 45°, обра­зуя на поверхности купола елочку.

Ребристые купола –

одна из первых конструктивных схем купольных покрытий, состоящая из отдельных, по­ставленных радиально плоскостных несущих криволи­нейных или прямолинейных ребер, опирающихся в верх­нее и нижнее опорные кольца или фундаменты. Ограждающая часть покрытия, уложенная по верхним граням ребер, образует поверхность купола. По­крытие состоит из дощатых щитов или настила по коль­цевым прогонам, клеефанерных или стеклопластиковых панелей.

Несущие меридианные деревянные ребра постоянно­го или переменного сечения могут быть выполнены в виде полуарок (поверхности положительной гауссовой кри­визны) или прямолинейных элементов (конические купо­ла) из клееной древесины, фанеры или досок со сплош­ной или сквозной стенкой на гвоздях, а иногда из ферм. Несущие ребра увеличивают жесткость купола, позволя­ют воспринимать сосредоточенные нагрузки от оборудо­вания, способствуют приданию оболочки проектной фор­мы при возведении и облегчают монтаж покрытия. Вы­соту поперечного сечения ребер принимают в пределах 1/50—1/75 диаметра купола. Ребра устанавливают по нижнему опорному кольцу с шагом 4,5—6 м. Для обес­печения устойчивости ребер из плоскости и повышения общей жесткости покрытия между двумя соседними реб­рами купола устанавливают связи. Количество пар ре­бер, соединенных связями, принимают не менее трех. Чаще всего ребра соединяют попарно по всему покры­тию.

Дощатый настил укладывают по прогонам в два слоя - продольный и косой.

Верхнее сжатое кольцо (круглое или многоугольное) в отличие от кольца тонкостенных куполов-оболочек проектируют более жестким, учитывая его работу на изгиб и кручение, так как два ребра, расположенные в одной диаметральной плоскости, работают как арочная конст­рукция, прерванная в коньковом шарнире кольцом. При большом диаметре верхнее кольцо для повышения его жесткости и устойчивости раскрепляют внутренними рас­порками. Нижнее опорное кольцо как в тонкостенных ку­полах может быть круглого или многоугольного очерта­ния из железобетона, металла или древесины. Соедине­ние ребер с верхним и нижним кольцами осуществляется шарнирно.

В ребристо-кольцевых схемах купольных покрытий в общую работу каркаса купола включены непрерывные кольцевые прогоны, которые пересекают меридианные ребра и работают не только на местный изгиб, но и вос­принимают растягивающие кольцевые усилия, являясь ярусными затяжками. Сечения такого купола в плоскос­ти кольцевых прогонов не имеют свободных горизон­тальных перемещений. Высота поперечного сечения ре­бер благодаря участию в общей работе купола кольце­вых прогонов уменьшается до 1/100—1/150 диаметра купола. Ребра с кольцевыми прогонами соединяются, как правило, шарнирно. Кольцевые прогоны и ребра чаще всего изготовляют из клееной древесины, но могут быть и клеефанерными. При диаметре купола 90—100 м вы­сота поперечного сечения ребер составляет 30—50 см.

Верхнее и нижнее кольца, а также скатные (по верх­нему поясу ребер) и поперечные (вертикальные) связи между ребрами, устраивают как и в ребристых куполах. Внешний вид ребристо-кольцевого купола аналогичен ребристому куполу.

Сетчатые купола - это многогранники, вписанные ча­ще всего в сферическую поверхность вращении. Сетка обычно образуется из треугольников, трапеций, ромбов, пятиугольников, шестиугольников и других фигур. Стержни решетки в узлах сетчатых куполов соединяются шарнирно. Сетчатый купол является распорной систе­мой, который воспринимается нижним опорным кольцом. В последнее время при проектировании деревянных ку­полов большого диаметра (до 257 м) сетчатые схемы по­лучили широкое распространение. Они отличаются лег­костью, четкостью и декоративностью рисунка конст­руктивных элементов.

Наиболее часто применяют купола с треугольной ячейкой и ее разновидностью. Предопределяют этот класс куполов ребристо - кольцевые купола с решетчаты­ми связями. Различают два метода построения сетчатых поверхностей. Для сравнительно пологих куполов ха­рактерен первый метод, основанный на построении плос­кой сети для одного из одинаковых пространственных секторов поверхности с последующим проектированием этой сети на криволинейную поверхность купола. К та­ким схемам сетчатых куполов относятся: ребристо-кольцевая со связями (купол Швсдлера);2) звездчатая схема (купол Феппля); 3) схема Чивитта; 4) схема ромба.

Второй метод построения сетчатых поверхностей наиболее выгоден для подъемистых сферических куполов и основан на последовательном членении вписанных в сферу правильных многогранников-додекаэдра (две­надцатигранник) и косаэдра (двадцатигранник). Эле­ментарные треугольники после членения сферы могут быть объединены в ромбические, пятиугольные, шести­угольные панели.

Этот метод построения сетчатых поверхностей широко используют в пластмассовых, клеефанерных и деревян­ных куполах, собираемых из плоских или криволинейных панелей.

Конструкции кружально-сетчатых сомкнутых сводов.

Купол из сомкнутых сводов образует в плане правиль­ный многоугольник и состоит из одинаковых секторов, являющихся частью цилиндричес­кого свода. Смежные секторы сомкнутого свода соеди­няются между собой специальными ребрами, называе­мыми гуртами. Шаг сетки с, угол между косяками и угол а между нижними ребрами косяков и образующей свода принимают такими же, как в цилиндрических кружально-сетчатых сводах.

Косяки, примыкающие к гуртам, соединены с ними «по месту». Гурт имеет эллиптическое очертание, кото­рое при f Lc/5 может быть практически заменено ок­ружностью, построенной по трем точкам - одна посере­дине и две по концам гурта. Для покрытий, особенно где косяки сетки клееные, целесообразно гурты выполнять также клееными - либо из стандартных косяков, как кружальные арки, либо из пакета гнутых досок, как клееные арки.

Нижнее распорное кольцо, имеющее очертание пра­вильного многоугольника, может быть из стали или же­лезобетона либо металлодеревянным из горизонтальных шпренгельных ферм, где изгибающие моменты воспри­нимаются деревянным поясом, а замкнутая многоуголь­ная схема металлических шпренгелей воспринимает растягивающие усилия от распора. Верхнее сжатое коль­цо решают обычно по принципу многослойной кружаль­ной арки.