Купола являются наиболее перспективной формой пространственных конструкций из древесины для больших диаметров. Известные решения куполов из клееных деревянных конструкций прикрывают пролеты более 100м. Наиболее рациональной конструкцией купола являются ребристо-кольцевые купола на круглом или многоугольном плане с высотой 1/2-1/3 диаметра.
Каркас купола представляет собой стержневую систему, состоящую из меридианальных ребер криволинейного очертания для здания на круглом плане или прямолинейных ребер для здания на многоугольном плане (многогранный купол) и кольцевых гнутоклееных, с радиусом кривизны равным радиусу меридианальных ребер, или прямолинейных ребер (для многогранного купола).
Меридианальные ребра сопряжены с нижним опорным контуром и верхним кольцом. Опорный контур помимо вертикальной реакции от купола воспринимает горизонтальную реакцию (распор), т. е. воспринимает растягивающие усилия. Величина этих усилий зависит от диаметра купола и может достигать значительной величины. Поэтому опорный контур выполняется из стали или железобетона по сплошной железобетонной плите фундамента. Верхнее кольцо чаще всего изготавливается из стали и воспринимает усилие сжатия от меридианальных ребер. Верхнее кольцо монтируется на временной опоре, которая демонтируется — этот процесс называется «раскружаливанием» — после заделки всех стыков меридиальных и кольцевых ребер и устройства ограждающих конструкций. Кольцо конструируется таким образом, чтобы обеспечить центровку меридианальных арок при монтаже и вентиляцию ограждающих конструкций, а также обеспечить при необходимости крепление свето-аэроционного фонаря.
Высота поперечных меридианальных ребер зависит от участия в работе купола ограждающих конструкций. Если елементы ограждения не обеспечивают совместной работы с элементами каркаса и не учитываются расчетом, то высота сечения составляет 1/50 — 1/60 диаметра купола.
Высота поперечного сечения элементов кольцевых ребер зависит от отметки, на которой они расположены, т. к. нижние кольца работают на растяжение, а верхние на сжатие, а также от конструктивного решения растянутого стыка с меридиальными ребрами. Этот узел является самым сложным и ответственным элементом, который обеспечивает пространственную работу купола. Отсутствие жестких стыков кольцевых и меридиальных ребер превращает пространственную конструкцию купола в набор плоских пересекающихся в вершине трехшарнирных арок, сечения которых будет недостаточно для восприятия постоянных и временных нагрузок. Поскольку надежное решение жесткого стыка получить сложно, то для куполов пролетом более 50м меридианальные ребра между кольцевыми элементами рекомендуется соединять между собой системой крестовых связей из стальных стержней.
Дополнительная жесткость купола обеспечивается настилом под кровлю. Настил может быть выполнен из двух диагональных слоев досок, закрепленных к кольцевым и меридианальным ребрам. При этом необходимо обеспечить разбежку стыков смежных рядов. При панельном варианте ограждающих конструкций (в основном для конических куполов) необходима тщательная проработка крепления панелей к ребрам каркаса купола.
Расчет куполов, по рекомендациям К.П. Пятикрестовского, следует выполнять точными методами, рассматривая расчетную схему, конечными элементами которой являются элементы каркаса купола. При этом следует моделировать податливость сжатия и растянутых стыков кольцевых элементов с меридианальными ребрами. Работой ограждающих конструкций в составе каркаса купола следует пренебречь.
© Арленинов «Конструкции из дерева и пластмасс»
