Железобетонные купола

Для железобетонных тонкостенных куполов характерны гладкие или волнис­тые (складчатые) формы, описываемые, в целом, поверхностью вращения. Область эффективных пролетов таких покрытий — от 25 до 120 м. Однако известны уни­кальные сооружения, имеющие более крупные пролеты, например О = 132 м (г. Урбана, США).

В зависимости от отношения стрелы подъема/ к диаметру I) опорного кон­тура различают купола пологие — /О = 1/5,..1/10 и подъемистые — /©>1/5. Наибольший экономический эффект получается при//I) = 1/3..,1/5, однако в це­лях уменьшения поверхности покрытия рекомендуется принимать//> = 1/6…1/7.

Основными конструктивными элементами купола являются оболочка и ниж­нее опорное (растянутое) кольцо, воспринимающее распор (см. рис. 9.2 а). При наличии центрального проема устраивают верхнее (сжатое) кольцо (см. рис. 9.2 б). Если по периметру купола В < 30 м имеется плоское кольцевое перекрытие, рас­пор воспринимается последним (см. рис. 9.2 в). Железобетонные купола могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными.

Оболочки монолитных куполов выполняют, преимущественно, гладкими, а сборных — ребристыми из цилиндрических или плоских панелей.

На стадии предварительного проектирования толщину i гладкой оболочки принимают равной 1/600… 1/800 радиуса кривизны купола в вершине, но не ме­нее 50 мм по технологическим условиям, с постепенным увеличением ее к опор­ному и фонарному кольцу. В последующем расчете толщину оболочки уточняют проверкой условия устойчивости. В том случае, когда гладкая оболочка не про­ходит по устойчивости или на нее действуют сосредоточенные нагрузки, поверх­ность купола усиливается меридиональными, а при необходимости и кольцевы­ми ребрами, высота А которых принимается равной (1/100.,.1/150)2).

Конические купола имеют толщину оболочки г = (1/100…1/150)/), а следова­тельно, значительно уступают сферическим по технико-экономическим показа­телям.

Купол конструируют в соответствии с усилиями, полученными расчетом. Оболочка купола, за исключением приопорной зоны, сжата. Сжимающие усилия воспринимаются полностью бетонным сечением оболочки, поэтому ее армиру­ют конструктивно в количестве не менее 0,2 % площади сечения бетона.

В монолитном куполе арматура располагается по меридианам и концентричес­ким окружностям (параллелям). Гладкую оболочку толщиной до 70 мм армируют одиночной сеткой из проволоки или стержней (классы стали Вр-1, А-11, А-Ш) ди­аметром 4…6 мм и шагом 150…200 мм, располагаемой в середине сечения обо­лочки. При большей толщине устанавливают две сетки. В месте примыкания оболочки к нижнему опорному кольцу ставят дополнительную меридиональную арматуру для восприятия краевого изгибающего момента, по которому расчетом определяют количество стержней и заводят их в опорное кольцо. В этой же зоне размещают кольцевую арматуру для восприятия местных растягивающих коль­цевых усилий (рис. 9.5).

Способ возведения монолитных куполов любого очертания на сплошных лесах и подмостях, повторяющих геометрию купола, сложен, требует больших затрат и поэтому применяется редко. Такие покрытия предпочтительно соору­жать индустриальными методами с использованием сборно-разборной или пнев­матической опалубки.

Наиболее распространены купола из сборных железобетонных элементов (рис. 9.6). При их возведении стрелу подъема целесообразно выбирать такой, чтобы в оболочке возникали только усилия сжатия.

Рис. 9.5, Монолитные купола:

А — схема купола; б — сопряжение оболочки купола и нижнего кольца с обычным армировани­ем; в — то же, с предварительным напряжением арматуры; 1 — конструктивная арматурная сет­ка; 2 — дополнительные стержни меридионального направления, рассчитанные по краевому мо­менту Мх; 3 — кольцевая арматура, рассчитанная по усилию ЛУ; 4 — ненапрягаемая арматура кольца; 5 — напрягаемая арматура кольца; б — бетон замоноличивания

Ней классов A-Il, А-Ш с шагом 100..,200 мм. Ребра плиты армируют сварными каркасами с рабочими стержнями го стали классов А-П, А-Ш. В приопорной зоне плиту утолщают. Для замоноличивания купола но линиям сопряжения сборных элементов оставляют зазоры шириной 40..Л 00 мм. Соединение элементов выпол­няют на сварке стальных закладных деталей из пластин, уголков и т. п. Прочность закладных деталей и соединительных накладок проверяют расчетом. Бетон обо­лочки и швов замоноличивания должен быть не ниже класса В-20.

Нижнее опорное кольцо может быть монолитным или сборным. Его рабочую арматуру рассчитывают на центральное растяжение без учета работы бетона. При небольшом диаметре купола (до 30 м) опорное кольцо может выполняться без предварительного напряжения и армироваться кольцевыми стержнями из стали классов A-I1, А-Ш, Ат-Ш, диаметром 20…30 мм, стыкуемыми по длине на сварке. В куполах большего диаметра для повышения трещиностойкости опор­ного кольца и уменьшения размеров его сечения используют предварительное напряжение высокопрочной стержневой арматурой классов A-IV, A-V или про­волочной арматурой классов В-И. Вр-И в виде пучков, прядей и др. Рабочую ар­матуру размещают либо в массиве опорного кольца (в каналах, впоследствии инъецируемых раствором), либо в криволинейных пазах на его поверхности. Напрягаемую арматуру закрывают торкрет-бетоном толщиной 20 мм.

Купола могут опираться на различные конструкции — стены, колонны, фун­даменты. В оболочке купола допускается устройство отверстий и проемов для освещения и аэрации в пределах расстояния между ребрами. Отверстия могут быть круглыми, овальными или многоугольными.

Примеры конструирования монолитных и сборных куполов даны на рис. 9.5 и 9.6, а также в [5], [17] и др.

Сжимающие напряжения в оболочке купола СТ( не должны превышать Rh. а растягивающие напряжения а, 0,3%, Приопорные участки, где ст, > арми­руют, исходя из условия полного восприятия арматурой растягивающих усилий. При CT, > SRfa толщину оболочки увеличивают.

При безмоментном решении сопряжение оболочки купола с нижним кольцом компонуют так, чтобы меридиональное усилие от нагрузки проходило через центр тяжести поперечного сечения кольца, вызывая в нем лишь осевое растя­жение без изгиба (рис. 9. 7 а. б). В реальной конструкции оболочка упруго зак­реплена в опорном кольце. Поэтому безмоментное напряженное состояние ее в этой зоне нарушается, а вдоль меридиана возникают местные изгибающие мо­менты М0 («краевой эффект»), которые быстро уменьшаются по мере удаления от края оболочки (рис. 9.7 в). Определяют их различными методами, изложенны­ми в [б], [17] и др.

Устойчивость гладких куполов считается обеспеченной при условии, что интенсивность полной расчетной нагрузки:

Q<0.2EMef(t/R )2 , (9.11)

Где Ebjef— модуль деформации бетона, принимаемый равным (0,319..,0,212)ЕЙ в зависимости от его относительной влажности; Еь— модуль упругости бетона;

А — геометрическая схема; б — усилия в онорном узле: в — эпюра краевых изгибающих момен­тов М„ в куполе при упругом закреплении на контуре

Рис, 9,8, К определению толщины ребристой оболочки; а — плита оболочки; б — приведенное тавровое сечение

T — толщина оболочки; й — наибольший из двух радиусов главных кривизн поверхности.

Устойчивость сборных ребристых куполов проверяют по этой же формуле, используя условные (фиктивные) значения t и /:/,:

^с = 4Т2]7А: ЕЬлс= ЕьА/(МГ(Ср (9.12)

Где а — расстояние между ребрами; ./ — площадь и момент инерции таврово­го сечения, состоящего из ребра и полки шириной а (рис. 9.8).



.