Состояние вопроса.

Страница 17

Этот способ разбивки разработан Р.Б. Фуллером.

Во втором способе основой построения является полуправильный многогранник - усеченный икосаэдр, состоящий из двенадцати правильных пятиугольников и двенадцати правильных шестиугольников. Вершины и центральные точки всех его граней проектируются на описанную сферическую поверхность. Полученные точки соединяются дугами большего круга. Получается исходная сеть, состоящая из 180-ти равнобедренных треугольников двух типов. Каждый из полученных треугольников разбивается на четыре более мелких, также как и по первому способу с двумя однотипными треугольниками по высоте. В результате образуется треугольная сеть на сфере, состоящая из 720-ти ячеек. На рисунке 1.23 приведены длины стержней 180- и 720- гранников для сферы единичного радиуса. Дальнейшее членение сферических треугольников этим способом нерационально, так как приводит к большому числу типоразмеров элементов.

Рисунок 1.23 -Длины стержней 180-и 720-гранника

Геодезическая разбивка усеченного икосаэдра имеет следующие характеристики. Общее число граней равно 180п"; число типоразмеров панелей, стержней и узлов равны соответственно - 3/2n(n++l), l/2(n+l)(n+2) ( п - число членений исходного 180-гранника). Этот способ предложен М.С. Туполевым [10]. Сравнение двух геодезических схем членения с точки зрения минимума типоразмеров стержней и панелей показывает, что в порядке увеличения степени членения наиболее рациональны схемы Д-1, И-1, Д-2, Д-3, Д-4 и т.д. (Д -додекаэдр, И - икосаэдр, цифра обозначает число членений исходной сети), 270-гранник посистеме "Икосаэдр" не имеет преимуществ по сравнению с системой "Додекаэдр".

Расчет геометрических параметров всех рассмотренных схем построения куполов (декартовы и цилиндрические системы координат узлов, длины стержней, углы между стержнями, площади граней и др.) может быть выполнен на ЭВМ по программе GECON, разработанной в институте ЦНИИпроектстальконструкция.

Одной из разновидностей сетчатых куполов являются пластинчато-стержневые купола. Они собираются из отдельных панелей, полученных изгибом алюминиевых листов толщиной от 2 до 4 мм. Панели соединяют между собой на болтах с помощью специальных узловых деталей. Несущий каркас образуют ребра изогнутых панелей и дополнительные стержневые элементы, а плоские грани панелей выполняют функции ограждающих конструкций.

Идея совмещения функций была использована при разработке купольных конструкций зданий вагоноремонтных депо в городах Батон-Руж (США, 1958) и ВудРивер (США, 1964). Оба купола имеют одинаковые размеры: диаметр -117м и высоту - 36,6 м [12].

В США пластинчато-стержневые сферические купола пролетом от 25 до 70 м и высотой от 3,5 до 20 м серийно изготавливает фирма Temcor. Средний расход алюминиевых сплавов составляет около 14,3 кг на 1 м поверхности.

Оригинальная конструкция пластинчато-стержневого купола разработана в ЛенЗНИИЭП [13], отличительной особенностью которой является отсутствие специальных узловых соединительных элементов. Она состоит из несущих листовых металлических панелей (пластинчатых элементов), и дополнительных стержневых элементов. Несущие панели выполняют также и ограждающие функции. Пластинчатые элементы изготавливаются в заводских условиях из алюминиевых листов толщиной 2 и 3 мм, размером 4,0x1,2 м. Изготовление сводится к отбортовке кромок и перегибанию листов. Соединения — болтовые вдоль отбортовок. Сборные элементы легко перевозятся компактными пакетами.

Узлы и детали. Наиболее ответственным и сложным узлом конструкции куполов всех типов является узел присоединения ребер к нижнему кольцу и опирания кольца на нижележащие конструкции. На рисунке 1.24 приведены примеры решения этого узла для ребристо-кольцевого купола диаметром 42 м и двухсетчатого купола диаметром 196 м. Нижнее растянутое кольцо конструируется обычно в виде сварного двутавра. В ребристых и ребристо-кольцевых куполах для увеличения изгибной жесткости кольца в горизонтальной плоскости двутавр располагается лежа. Сетчатые купола сами по себе имеют большую пространственную жесткость в горизонтальном направлении, поэтому при их проектировании опорное кольцо стремятся развить по вертикали. Вертикальное расположение двутавра обеспечивает также максимальную жесткость на восприятие равномерно распределенных по кольцу радиальных крутящих моментов, которые вызывают в кольце изгиб относительно горизонтальной оси. Прежде всего, необходимо правильно центрировать узел -оси стержней, примыкающих к кольцу, и ось вертикальной опорной реакции должны пересекаться в горизонтальной плоскости, проходящей через центр тяжести кольца. При этом осевая линия кольца не обязательно должна проходить через центр узла - фактический диаметр кольца может быть несколько уменьшен или увеличен. Кольцо обычно шарнирно опирают на фундамент или вертикальные колонны. В большепролетных куполах желательно обеспечить свободу перемещений кольца в радиальном направлении. Это достигается использованием Катковых опор или коротких качающихся стоек.