Деревянные купола: история и виды

Министерство образования и науки РФ Казанский Государственный Архитектурно-Строительный Университет Кафедра металлических конструкций и испытания сооружений.

Реферат на тему: Купола.

Выполнила: Строкина А.А.

Приняла: Исаева Л.А.

Казань, 2014 г.

Содержание Введение История деревянных куполов Определение. Виды куполов Узлы соединения Список литературы Введение До середины прошлого века дерево было практически единственным универсальным материалом массового применения для перекрытия больших пролетов (мосты и стропила) и для возведения высоких сооружений (колокольни и шпили). Однако дерево постепенно стало уступать главенствующую роль железу (чугуну и стали) и к началу XX в. было почти полностью вытеснено им из сферы инженерных конструкций.

«Второе рождение» деревянных конструкций пришлось на 20-е годы, когда возник острый дефицит металла, истраченного в основном на военные надобности и мало выплавляемого разрушенной промышленностью. Очень показательно, что наибольшее развитие деревянные конструкции получили в Германии и России — странах, наиболее разоренных первой мировой войной.

Достойны удивления построенные в 30-х годах 100-метровые тонкостенные и ребристые своды-оболочки и градирни на гвоздевых соединениях. Тогда же повсеместно строили кружально-сетчатые своды, своды Шухова—Брода, гиперболические шуховские башни, купола цирков (рис. 1.5) и железнодорожные мосты пролетом до 45 м. Из дерева проектировали такие сложные и сильно напряженные конструкции, как ворота судоходных шлюзов Беломорско-Балтийского канала.

К деревянным конструкциям неоднократно обращались снова в годы Великой Отечественной войны, когда огромные производственные площади эвакуированной на Восток промышленности нуждались в ограждениях и покрытиях.

В послевоенные годы дерево во второй раз за свою историю было вытеснено железобетоном и сталью. Оба эти материала удовлетворяли требованиям заводского домостроения, тогда как деревянные конструкции все еще оставались на уровне построечного способа изготовления. Поэтому в среде архитекторов и инженеров укоренилось отрицательное в целом отношение к древесине как конструкционному материалу. Отмечались его недостатки: непригодность для заводского изготовления, малая прочность, недолговечность, пожарная опасность.

Современные средства защиты древесины от гниения (антисептики), возгорания (антипирены), обработка которыми часто объединяется в едином технологическом цикле, позволяет гарантировать сохранность древесины от гниения до 30 лет и относить деревянные конструкции к категории огнестойких (рис. 1.6). Последнему качеству в значительной степени содействует монолитность клееных пакетов, где отношение площади поверхности, подверженной действию открытого пламени, к объему — минимальное История деревянных куполов Дерево — всеми любимый, экологичный и красивый материал, но исторически оно обладало одним недостатком: из дерева получалась «прямоугольная» архитектура. Надо отдать должное зодчим — они всегда стремились как-то усложнить деревянные постройки, сделать их более пластичными: в результате возникали шестии восьмигранники, или (самый эффективный способ преодоления древесной прямолинейности) крытые гонтом луковичные купола. Сейчас гонт, или деревянная черепица, тоже активно используется для создания криволинейных, столь популярных в наше время, форм из дерева.

История куполов началась в доисторические времена. Технологически сложные и большие купола стали строить в древнем Риме. Купола стали использовать при строительстве храмов и больших общественных сооружений примерно в 128 году нашей эры.

Купола занимают важное место в христианской и мусульманской архитектуре. Большинство православных церквей и мусульманских мечетей, а также многие католические соборы венчаются куполами. Для многих вероучений купол имеет символическое значение. Так, в православии купол является образом небес, он украшается образами Небесного Царства Бога и ангелов.

Древние купола были ложными. В них горизонтальные ряды каменной или кирпичной кладки нависали один над другим и не передавали стенам горизонтальных усилий. Считается, что самый древний купол из ныне существующих расположен в римском Пантеоне, возведённом примерно в 128 году нашей эры. Здесь полусферический купол, снабжённый вверху круглым отверстием для пропуска света, перекрывает круглое здание 43Ѕ м в диаметре. У древних римлян купол украшался изнутри разделкой в виде выступающих вперёд вертикальных и горизонтальных рёбер, образующих кессоны.

Позже традиция куполостроения была перенята византийской религиозной и культовой архитектурой. Византийские архитекторы впервые удачным образом разрешили задачу помещения купола над основанием не только круглого, но и квадратного и вообще многоугольного плана посредством устройства тромпов и парусов, или пандантивов. Кульминацией этого периода стало применение парусной технологии при возведении Софийского собора в Константинополе. Купол стал важнейшим элементом архитектуры византийского храма. Усовершенствованный византийцами купол распространился из Византии по всем её провинциям и странам, подвергшимся её влиянию. Купола над крестово-купольными храмами стали возводить на западе Европы, в Армении (церковь Святой Рипсиме в Эчмиадзинском монастыре, VII век), Грузии (храм Джвари около Мцхеты, VII век) и на Руси (собор Святой Софии в Киеве, XI век). На Апеннинском полуострове куполами известны Баптистерий православных и базилика Сан-Витале в Равенне, собор Святого Марка в Венеции (здесь над куполом устроена кровля, отличающаяся от него очертаниями; начало строительства — IX век); на берегах Рейна — императорская капелла в Ахене; во Франции — Собор Сен-Фрон в Перигё.

После завоевания мусульманами империи Сасанидов и Византийского Ближнего Востока купол стал также частью мусульманской архитектуры (мечеть Биби Ханум в Самарканде, начало XV века).

Первой мечетью с куполом стала знаменитая Куббат ас-Сахра (Купол Скалы) (см. рис.1) в Иерусалиме, построенная в 691 году.

Рис. 1. Первая мечеть с деревянным куполом Халифа Омара (Купол Скалы), 688—692 гг, Иерусалим.

Купол был сделан из дерева и покрыт медью или свинцом для защиты от непогоды.

Рис. 2. Троице-Измайловский собор Троице-Измайловский собор представляет собой огромное пятикупольное здание с четырьмя белыми коринфского ордера портиками и вмещает более 3 000 человек. Главный купол собора — второй по величине деревянный купол в Европе — создан в 1834 году великими инженерами-строителями П. П. Мельниковым и П. П. Базеном. Этот просторный величественный храм являлся главной гарнизонной церковью Санкт-Петербурга.

Рис. 3. Троице-Измайловский собор, Санкт-Петербург.

Рис. 4. Фотография Собора Святого Марка, Венеция.

Редкий пример византийской архитектуры в Западной Европе. Располагается на площади Святого Марка, рядом с Дворцом дожей. Купола были созданы в XIII веке. Купола выложены из кирпича и установлены на невысоких барабанах с окнами по периметру, снаружи их покрывает деревянный каркас, облицованный свинцовыми пластинами.

Рис. 5. Купол цирка пролетом 50 м в г. Иванове (Б. Лопатин, 1934)

Определение. Виды куполов

* Купол — одна из наиболее эффективных форм тонкостенных пространственных конструкций. Его многообразные конструктивные решения обладают архитектурной выразительностью и позволяют перекрывать пролеты до 150 м.

В зависимости от конструктивного решения купола могут быть тонкостенными, ребристыми и сетчатыми. Для пролётов от 12 до 35 м применяют тонкостенные сетчатые купола. При пролётах от 35 до 120 м и более в целях увеличеня жёсткости применяют рёбристые куполаоболочки.

Ребристые купола могут быть многогранными, сферическими или складчатыми.

Рис. 6. Складчатый деревянный купол.

Рис. 7. Многогранный деревянный купол.

Рис. 8. Сферический деревянный купол.

Состоят ребристые купола из рёбер в меридиональном направлении. Рёбра опираются на нижние и верхние опорные кольца Шаг рёбер 3−6 м по нижнему поясу. В ребристых куполах по аркам идут прогоны, по прогонам укладываются в два слоя настил из досок — продольный и косой под углом 45° к прогонам. Нижнее опорное кольцо работает на растяжение и выполняется железобетонным. Верхнее кольцо работает на сжатие и может быть деревянным. Соединения полуарок с кольцами рекомендуется выполнять шарнирным. В расчёте арок жёсткость прогонов и настила не учитывается. Расчёт ребристого купола ведётся путём расчленения на арки с соответствующей грузовой площадью. В остальном порядок расчёта полностью совпадает с расчётом клееных трёхшарнирных арок. Пространственная неизменяемость и устойчивость плоской формы изгиба рёбер обеспечивается установкой связей (горизонтальных и вертикальных).

Кружально-сетчатые купола могут быть сферическими или из сомкнутых сводов Сетка может быть ромбической и прямоугольной, узлы решены на врубках или болтах. При числе граней 6 и менее сектор купола рассчитывается по аналогии с сетчатым сводом, а при числе граней более 6 — по приближённой безмоментной теории сферических куполов-оболочек. Представляет интерес конструкция сомкнутого свода, разработанная в США для пролёта 257 м (самый крупный в мире из перекрываемых пролётов). Проект этого свода предусматривает использование его для покрытия стадионов в четырёх городах США. Гурты (рёбра на стыках граней свода) клееные переменного коробчатого сечения. Максимальная высота сечения 334 см.

Рис. 9. Схема кружально-сетчатых купольных покрытий: а, б) купола; в, г) сомкнутого свода Тонкостенные купола-оболочки. Купола-оболочки состоят из кольцевых и перекрестных дощатых настилов, прибитых к меридиональным аркам из гнутых досок. Такой купол называется тонкостенным.

Расстояние между осями арочек по опорному кольцу назначается от 0.8 до 1.5 м. Высота арочек h для придания куполу достаточной жёсткости должна составлять не менее 1/250 его пролёта. На арочки гвоздями прибивают оба слоя кольцевого настила, а затем косой настил в «ёлочку» под углом ~ 45°. На рис. 9 показан пример конструкции тонкостенного купола, который состоит из меридиональных арочек прямоугольного профиля 1, кольцевого настила 2, верхнего кольца кружальной системы 3, косого настила с переменным направлением раскосов для каждой пары полуарок 4, второго кольцевого настила, смещенного на половину ширины досок первого кольцевого настила 5. На том же рисунке: а — схема купола, б-план всех Рис. 10. Конструкция тонкостенного купола-оболочки а) схема купола; б) конструкция купола; в) поперечное сечение арочки; г) опорное кольцо; кружальное кольцо; 1-арочки; 2-кольцевой настил; 3-верхнее кружальное кольцо; 4-косой пастил настилов с кровлей и прогонами, в — сечение арочки и д-сечение верхнего кольцакружальной системы с примыканием к нему арочек.

Рис. 11. Тонкостенный купол-оболочка, элементы.

Узлы и элементы деревянного купола деревянный купол ребристый гниение Деревянные тонкостенные купола проектируют диаметром основания D = 12…36 м. Они, как правило, имеют сферическое очертание. Купол состоит из кольцевого и косого дощатых настилов, подкрепленных легкими меридиональными ребрами (арочками), верхнего и нижнего опорного кольца (рис. 4).

Меридиональные ребра воспринимают сжимающие усилия в оболочке по направлению меридиана и передают их на верхнее и нижнее кольца. Ребра состоят из нескольких слоев клееных или сшитых гвоздями досок общей высотой поперечного сечения не менее 1/250D, принимаемой из условия жесткости. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу назначают равным 0,75…1,5 м для обеспечения устойчивости купола.

Рис. 12. Узлы и элементы деревянного купола.

Кольцевой настил воспринимает усилия, действующие в кольцевом направлении оболочки. Толщину досок этого настила принимают равной 19…25 мм. В нижней части купола, где могут возникать растягивающие кольцевые усилия (при f/D> 1/5), настил выполняют из двух слоев досок. Оба слоя прибивают гвоздями. В верхней части купола, где действуют сжимающие кольцевые усилия, настил выполняют из одного слоя досок толщиной, равной двойному нижнему кольцевому настилу.

Косой настил воспринимает сдвигающие усилия, которые возникают при несимметричной нагрузке на купол. Он состоит из одного слоя досок толщиной 16…25 мм, укладываемого сверху кольцевого настила под углом 45° к меридиональным ребрам (в виде «елочки»).

Нижнее опорное кольцо воспринимает распор меридиональных ребер и работает на растяжение. Оно может быть железобетонным, деревянным или металлическим в зависимости от вида нижних опорных конструкций (железобетонные фундаменты, металлические или деревянные стойки и др.). Концы ребер анкеруют в опорном кольце, а последнее надежно соединяется с нижележащими конструкциями.

Верхнее кольцо изготавливают металлическим или деревянным. Деревянные кольца могут быть клееными или кружальными на гвоздях.

Тонкостенные купола могут быть выполнены из крупнопанельных клеефанерных элементов, что значительно снижает трудоемкость возведения покрытия. Купола собирают с помощью лесов.

1.Лазарев В. Н., Мозаика Софии Киевской, М., 1960; София Киевская. Материалы и исследования, К., 1973.

2.Иванов В. Ф. «Конструкции из дерева и пластмасс» 1966, стр.186−188

3.Брунов Н. И. Очерки по истории архитектуры. Том 1, стр.322−330

4. Новгородский кафедральный Софийский собор. — Новгород: Тип. Губернского правления, 1886. — С. 3.

5. Хрулев. Деревянные конструкции и детали. Cправочник строителя (1983), стр.21−29.

http://www.el-in.ru/inzhenernye-konstruktsii-str6.html

http://www.alldomes.ru/node/48

http://abilitolog.net/Prostranstvennie-derevyannie-konstrukcii-vkv-t.html