Купольными покрытиями называются пространственные конструкции, внешняя форма которых вписывается в поверхность вращения или многогранник
Различают два вида куполов
В куполе первого вида (рис. 1,а,б) все элементы конструкции лежат на его внешней поверхности. В куполе второго типа (рис. 1, в, г) несущие конструкции располагаются подкупольном пространстве и представляют собою совокупность радиально расположенных плоских ферм или арок.
Примером первого вида является купол И. В. Шведлера.
Этот купол оказался весьма целесообразным в покрытиях гражданских и промышленных зданий. Геометрическая схема купола диаметром от 10 до 60 м основана на форме координатной сети глобуса.
Основными элементами купола являются ребра, имеющие меридиональное направление, и кольца, имеющие направления параллелей; кольца различают опорные, фонарные и промежуточные. Неизменяемость пространственного сочленения ребер и колец обеспечивается раскосами.
В основе геометрической схемы купола Шведлера лежит трапеция, ребра и кольца делят его поверхность на трапецеидальные контуры.
Рис. 1. Схемы куполов
а — купол И. В Шведлера; б — звездчатый; в — радиально-балочный; г — радиально-арочный
Другим видом куполов первого типа является звездчатый купол, в основе геометрической структуры которого лежит равнобедренный треугольник; здесь, как и в куполе Шведлера, сохраняются кольца, но отсутствуют ребра. Можно придавать различную форму этой конструкции, меняя размеры сторон треугольников сетки.
В геодезическом куполе, относящемся к первой группе геометрическая схема образовывается линиями трех направлений, составляющими между собой приблизительно 120°. Получается сеть почти из равносторонних треугольников.
Построенные стержневые геодезические купола выполнены из труб диаметром до 140 мм при пролете 40 м. Купол собирается из отдельных прямолинейных отрезков труб длиной около 2 м.
Геодезические купола выполняются и как листовые конструкции с гофрированной поверхностью, материалом для них служат листы из алюминиевых сплавов. Купола собираются из стандартных панелей ромбической формы размером 2x3 м; величина панелей меняется в пределах до полутора десятков типоразмеров; толщина листа в панелях 2,5 мм. Купола такого типа могут достигать диаметра 300 м.
Радиально-балочный купол
Ко второму типу куполов относится радиально-балочный образованный радиально расположенными стропильными фермами.
В центре купола имеется пространственная ферма, стержни которой расположены по цилиндрической поверхности. На этой ферме обычно устанавливается светоаэрационный фонарь и поэтому ее называют фонарным барабаном. Фонарный барабан состоит из верхнего и нижнего колец, а также стержней решетки.
Система опирания всего купола решается по обычной схеме опирания стропильной фермы одна опора неподвижная, другая опора имеет линейную подвижность в плоскости фермы. Связи жесткости, расположенные в поверхности верхних поясов полу-ферм, выполняют две функции.
Во-первых, они обеспечивают устойчивость сжатых верхних поясов в направлении из плоскости полу-ферм; во-вторых, они гарантируют общую устойчивость покрытия, противодействуя возможному повороту фонарного барабана вокруг вертикальной оси. Вертикальные связи жесткости фиксируют вертикальное положение полуферм во время монтажа и при эксплуатации готового покрытия.
Радиально-арочный купол
Радиально-арочный купол относящийся также ко второму типу, аналогичен по конструкции с предыдущим, но имеет и существенные отличия. Плоская арка имеет распор, который нежелательно передавать на стены, и поэтому купол должен иметь опорное кольцо.
Элементы, образующие промежуточные кольца, могут быть выполнены и как прогоны, и как кольцевые затяжки (второе решение более экономично).
Связи жесткости могут быть использованы для создания пространственно устойчивых частей купола при монтаже его крупными блоками, состоящими из двух полу арок, прогонов и связевых стержней.
Устойчивость внутренних поясов полуарок обеспечивается связями жесткости, поставленными в плоскостях некоторых стержней решетки полуарок и соединенными со связевыми системами, расположенными на наружной поверхности купола.