Купольні конструкції
Куполи (рис. 102) являють собою пологі f/D (від 1/6 до 1/10) і підйомні (f/D від 1/2 до 1/5) оболонки двоякої кривизни з поверхнею обертання (сфера, коноїд, еліпсоїд, параболоїд) хвилястою, складчастою, сітчастою або стрілчастою конструкцією на круглому плані.
Купольні конструкції належать до найбільш економічних просторових конструкцій, які застосовуються в покриттях діаметром до 150 м при товщині оболонки 1/600-1/800 діаметра.
Мал. 102. Куполи: а - геометричні форми: сферична, коноїдна, параболічна, еліптична; б - конструктивні форми: гладка сферична, гранована стрілчаста, сітчаста ребриста. ребристо-кільцева, хвиляста; в - схеми передачі розпору: через похилі опори на опорне кільце в ґрунті, на опорне кільце на колонах, на внутрішнє кільце (по Н. Нікітін)
На відміну від традиційних кам'яних куполів, що мають стрілу підйому в 1/2 діаметра, залізобетонні конструкції дозволяють застосовувати куполи пологої форми. Застосування пологих куполів дає істотне зменшення неексплуатованого підкупольного простору та мінімальне відношення поверхні покриття, наведеної до одиниці площі зали, що перекривається. Зменшення стріли підйому купола супроводжує збільшення горизонтальної складової (розпору) опорних реакцій конструкції.
Однак завдяки малій масивності тонкостінної купольної оболонки абсолютні величини розпору менш великі. Традиційна передача розпору бані на опорне розтягнуте горизонтальне кільце. Кільце спирають на стіни, колони або безпосередньо на фундамент, передаючи на них лише вертикальну складову опорних зусиль. Верхнє стиснене кільце передбачають у купольних оболонках при влаштуванні на її вершині світлового ліхтаря.
Широко поширена такожсистема передачі розпору з купольної оболонки на фундамент через похилі опори Кут нахилу опор відповідає розташуванню рівнодіючих зусиль в оболонці біля її опорної зони (щодо до поверхні). Цей варіант найбільш привабливий і в функціональному, і в композиційному відношенні: рідкісна розстановка опор дозволяє добре висвітлити підкупольне простір, а їх нахил, що відповідає схемі розподілу зусиль конструкції, сприяє тектонічності архітектурного обсягу.
Унікальна система передачі розпору та розташування розпірного кільця запропонована інж. Н. Нікітіним у нездійсненому проекті великого виставкового павільйону. Зал діаметром 150 м перекритий хвилястим складчастим куполом з 36 складчастих радіально розташованих тришарнірних арок, а сталеве розтягнуте кільце шириною 6 м підвішене всередині зали на відтяжках і може бути оглядовою галереєю або другим ярусом експозиції.
Найбільш економічна конструкція гладкого бані, що використовується в монолітному будівництві для покриттів діаметром до 150 м.
Ребристі конструкції застосовують у конструкціях збірних куполів у варіантах з ортогональною або ромбічною сіткою ребер. У першому випадку збірними елементами купола служать трикутні та трапецеїдальні секторні панелі, що спираються на нижнє та верхнє кільця, у другому – ромбічні. Збірні елементи купола з'єднують з опорними кільцями та між собою зварюванням закладних деталей (арматурних випусків) та замонолічуванням швів.
Збірні елементи ребристих куполів можуть бути виконані з суцільною плитою, плитою зі світловим отвором або без плити зі світлопрозорим заповненням між ребрами. У разі для забезпечення стійкості конструкції ребра через крок об'єднують зв'язками.
Хвилясті куполи виконують головним чиноммонолітними зі сполучених сегментів оболонок-хвиль одинарної або двоякої кривизни (коноїдальних, синусоїдальних, параболоїдних та ін.) і застосовують у покриттях прольотом до 80 м. При більшій витраті матеріалів, ніж у гладких куполах, конструкція має функціональні та композиційні переваги: завдяки відкритим зовнішнім торцям хвиль забезпечується повноцінне природне верхньобокове освітлення внутрішніх просторів, пристрій входів, а виразна об'ємна форма конструкції збагачує композицію фасадів і інтер'єру будівлі. Торці хвиль-оболонок можуть виходити межі опорного кільця, мати вертикальну чи похилу площину зрізу. Консольний винос хвилі часто використовують як стаціонарний сонцезахисний пристрій.
Складчасті та зірчасті куполи виконують монолітними та збірно-монолітними для прольотів до 80 м. Збірно-монолітні конструкції складчастих куполів зі складчастих оболонок опуклої або увігнутої форми впроваджені у будівництво в Москві на базі уніфікації елементарних оболонок. В основу уніфікації покладено фрагменти поверхні тора з позитивною та негативною гаусовою кривизною. Завдяки двом знакам кривизни елементарних оболонок можуть бути скомпоновані покриття різної форми, геометричну точність поверхні яких забезпечують різною товщиною швів між оболонками.
Приклад - доцільний у функціональному відношенні складчастий купол із зустрічними складками-козирками - покриття Данилівського ринку у Москві (архіт. Р. Акулов, інж. е. жуковський). Увімкнення зустрічних складок дозволяє замкнути кільцевий навіс над контурною відкритою галереєю для сезонної торгівлі навколо будівлі ринку та забезпечити його сонцезахист.