Купола (рис. 102) представляют собой пологие f/D (от 1/6 до 1/10) и подъемистые (f/D от 1/2 до 1/5) оболочки двоякой кривизны с поверхностью вращения (сфера, коноид, эллипсоид, параболоид) волнистой, складчатой, сетчатой или стрельчатой конструкции на круглом плане.
Купольные конструкции принадлежат к наиболее экономичным пространственным конструкциям, применяемым в покрытиях диаметром до 150 м при толщине оболочки в 1 /600-1/800 диаметра.
 |
Рис. 102. Купола: а - геометрические формы: сферическая, коноидная, параболическая, эллиптическая; б - конструктивные формы: гладкая сферическая, граненая стрельчатая, сетчатая ребристая. ребристо-кольцевая, волнистая; в - схемы передачи распора: через наклонные опоры на опорное кольцо в грунте, на опорное кольцо на колоннах, на внутреннее стальное кольцо (по Н. Никитину) |
В отличие от традиционных каменных куполов, имеющих стрелу подъема в 1/2 диаметра, железобетонные конструкции позволяют применять купола пологой формы. Применение пологих куполов дает существенное уменьшение неэксплуатируемого подкупольного пространства и минимальное отношение поверхности покрытия, приведенной к единице площади перекрываемого зала. Уменьшению стрелы подъема купола сопутствует увеличение горизонтальной составляющей (распора) опорных реакций конструкции.
Однако благодаря малой массивности тонкостенной купольной оболочки абсолютные величины распора не столь велики. Традиционна передача распора купола на опорное растянутое горизонтальное кольцо. Кольцо опирают на стены, колонны или непосредственно на фундамент, передавая на них только вертикальную составляющую опорных усилий. Верхнее сжатое кольцо предусматривают в купольных оболочках при устройстве в ее вершине светового фонаря.
Широко распространена также система передачи распора с купольной оболочки на фундамент через наклонные опоры. Угол наклона опор соответствует расположению равнодействующей усилий в оболочке у ее опорной зоны (по касательной к поверхности). Этот вариант наиболее привлекателен и в функциональном, и в композиционном отношении: редкая расстановка опор позволяет хорошо осветить подкупольное пространство, а их наклон, отвечающий схеме распределения усилий в конструкции, способствует тектоничности архитектурного объема.
Уникальная система передачи распора и расположения распорного кольца предложена инж. Н. Никитиным в неосуществленном проекте крупного выставочного павильона. Зал диаметром 150 м перекрыт волнистым складчатым куполом из 36 складчатых радиально расположенных трехшарнирных арок, а стальное растянутое кольцо шириной 6 м подвешено внутри зала на оттяжках и может служить обзорной галереейили вторым ярусом экспозиции.
Наиболее экономична конструкция гладкого купола, применяемая в монолитном строительстве для покрытий диаметром до 150 м.
Ребристые конструкции применяют в конструкциях сборных куполов в вариантах с ортогональной или ромбической сеткой ребер. В первом случае сборными элементами купола служат треугольные и трапецеидальные секторные панели, опирающиеся на нижнее и верхнее кольца, во втором - ромбические. Сборные элементы купола соединяют с опорными кольцами и между собой сваркой закладных деталей (арматурных выпусков) и замоноличиванием швов.
Сборные элементы ребристых куполов могут быть выполнены со сплошной плитой, плитой со световым отверстием или без плиты со светопрозрач-ным заполнением между ребрами. В последнем случае для обеспечения устойчивости конструкции ребра через шаг объединяют связями.
Волнистые купола выполняют главным образом монолитными из сопряженных сегментов оболочек-волн одинарной или двоякой кривизны (конои-дальных, синусоидальных, параболоидных и др.) и применяют в покрытиях пролетом до 80 м. При большем расходе материалов, чем в гладких куполах, конструкция обладает функциональными и композиционными преимуществами: благодаря открытым наружным торцам волн обеспечивается полноценное верхнебоковое естественное освещение внутренних пространств, устройство входов, а выразительная объемная форма конструкции обогащает композицию фасадов и интерьера здания. Торцы волн-оболочек могут выходить за пределы опорного кольца, иметь вертикальную или наклонную плоскость среза. Консольный вынос волны часто используют в качестве стационарного солнцезащитного устройства.
Складчатые и звездчатые купола выполняют монолитными и сборно-монолитными для пролетов до 80 м. Сборно-монолитные конструкции складчатых куполов из складчатых оболочек выпуклой или вогнутой формы внедрены в строительство в Москве на базе унификации элементарных оболочек. В основу унификации положены фрагменты поверхности тора с положительной и отрицательной гауссовой кривизной. Благодаря двум знакам кривизны из элементарных оболочек могут быть скомпонованы покрытия различной формы, геометрическую точность поверхности которых обеспечивают различной толщиной швов между оболочками.
Пример - целесообразный в функциональном отношении складчатый купол со встречными складками-козырьками - покрытие Даниловского рынка в Москве (архит. Г. Акулов, инж. Э. Жуковский). Включение встречных складок позволяет замкнуть кольцевой навес над контурной открытой галереей для сезонной торговли вокруг здания рынка и обеспечить его солнцезащиту.
