Конструктивные системы в виде оболочек и куполов

Оболочки – это тонкостенные пространственные конструкции криволинейной формы, опирающиеся на торцевые и промежуточные диафрагмы. Оболочки бывают одинарной и двоякой кривизны. Простейшей оболочкой одинарной кривизны является цилиндрическая, которая опирается на торцевые диафрагмы, воспринимающие также и распорные усилия. Цилиндрические оболочки бывают одноволновыми и многоволновыми (рис. 5.13.).

Рис. 5.13. Цилиндрические оболочки:

а – одноволновая; б – многоволновая; 1 – оболочка; 2 – диафрагма жесткости (бортовой элемент); 3 – ребро жесткости; L – длина оболочки; l – ширина оболочки

Если длина цилиндрической оболочки больше ее ширины, то ее называют длинной, а если наоборот – короткой.

Оболочки двоякой кривизны имеют кривизну в двух направлениях. К таким оболочкам относятся пологие парусные оболочки, бочарный и лотковый своды, оболочки в форме гиперболического параболоида (рис. 5.14.).

Рис. 5.14. Оболочки двоякой кривизны:

а – пологая парусная оболочка; б – бочарный свод-оболочка; в – лотковый свод-оболочка; г – поверхность в форме гиперболического параболоида (гипара); д – покрытие из четырех оболочек в форме гиперболического параболоида

Кривизна оболочки определяется по формуле:

К = 1/R₁ × R₂ ,

где R₁ и R₂ - радиусы кривизны. Если радиусы кривизны оболочки направлены в одном направлении, то такая оболочка имеет положительную кривизну, а если в разные стороны – то отрицательную (рис. 5.15.).

Купольные оболочки (купола) образуются вращением половины арки вокруг вертикальной оси. Поверхность купола имеет кривизну

Рис. 5.15. Поверхности положительной (а) и отрицательной (б) кривизны.

в двух направлениях. Распорные усилия купольных оболочек воспринимают опорные кольца, которыми купола опираются на вертикальные опоры, как безраспорная конструкция. Стенки куполов могут быть гладкими, ребристыми или сетчатыми (рис. 5.16.).

Рис. 5.16. Купольные оболочки:

а – гладкий купол; б – ребристый купол; в – сетчатый купол; г – многоволновой купол; д – звездный купол из треугольных плит и стержней; 1 – оболочка; 2 - опорное кольцо; 3 – стержни сетчатого или звездного купола; 4 – треугольные плиты звездного купола

Если у купольной оболочки части поверхностей отрезаны вертикальными плоскостями, совпадающими со сторонами квадрата, вписанного в круг основания оболочки, то такую оболочку называют парусной или парусным сводом. Распорные усилия в парусных сводах-оболочках воспринимаются армированными торцевыми арками и затяжками, связывающими их опоры (рис. 5.17.).

Рис. 5.17. Парусный свод-оболочка.

Оболочки устраивают, как правило, из железобетона, при этом они могут быть монолитными, сборными, а сетчатые купола собирают из металла. Оболочками и куполами можно перекрывать пролеты до 100 и более метров.