12. Распорные сплошные конструкции–арки

Арки относятся к плоским распорным несущим конструкциям. Распор у них воспринимается затяжкой фундаментами или контрфорсами. Арки перекрывают пролеты значительной величины – до 100 м.

По геометрической форме арки могут быть кругового, стрельчатого и треугольного очертания (см. табл. 12.1, п.п. 1, 2, 3). По статической схеме– двухшарнирные и трехшарнирные. Если распор не воспринимается фундаментом, то в арках делают затяжки из круглой или профильной стали (рис. 12.1); коньковые и опорные узлы арок без затяжек показаны на рис. 12.2.

Рис. 12.1. Треугольная клееная арка со стальной затяжкой:

а – схема арки; б – опорный узел; в – коньковый узел; 1– клееный прямолинейный элемент; 2– затяжка из круглой стали; 3 – подвеска; 4 – шурупы; 5 – деревянные накладки; 6 – болты; 7 – стальной башмак; 8 – траверса; 9 –

разбивочная ось здания

Таблица 12.1. Схемы арок и рам

Принцип расчета у всех арок один.

По конструктивному решению арки могут быть сплошные из прямолинейных блоков и решетчатые, составленные из двух ферм- сегментов или с параллельными поясами. Для решетчатых арок рекомендуется применять фермы с жестким нижним поясом, например брусчатые на лобовых врубках. Сплошные арки по поперечному сечению могут быть прямоугольные и двутавровые, по способу изготовления –брусчатые, дощатоклееные и клеефанерные.

Для обеспечения устойчивости из плоскости удобнее всего выполнять клеефанерные арки с поперечным сечением, состоящим из полок и двух стенок. Устойчивость положения арок обеспечивают установкой поперечных скатных связей на расстоянии 25–30 м. Связи могут быть выполнены как из деревянных брусьев, так и из металла в виде профильных или круглых тяжей.

Для обеспечения устойчивости сжатых элементов арки ширина в должна быть не менее 12 см при ℓ<18 м, 14 см – при ℓ=18–24 м, 17 см – при ℓ=24-30 м, 21 см –при ℓ=33–36 м, иначе теряется устойчивость из плоскости или необходимы частые раскрепления.

Усилия в арках определяются обычными методами строительной механики, для расчета принимаются следующие сочетания нагрузок:

1) постоянная и снеговая нагрузки расположены на всем пролете, плюс временная нагрузка от подвесного оборудования;

2) постоянная нагрузка по всему пролету, снеговая – на половине

(одностороннее загружение снега), плюс временная нагрузка от подвесного оборудования;

3) ветровая, постоянная и снеговая нагрузка на половине, ℓ/2, плюс нагрузка от подвесного оборудования. Во всех случаях снеговая нагрузка принимается на пролет при угле не более 50º у опорного шарнира. В арках при f/ℓ>1/7 обязательно учитывается ветровая нагрузка. При одновременном учете двух или более временных нагрузок их величины умножают на коэффициент =0,9.

Величину распора в двухшарнирных арках с отношением f/ℓ<1/4 допускается определять как для трехшарнирных.

В общем случае усилия в арке определяются по методам строительной механики в определенных сечениях по формулам:

(12.1)

(12.2)

(12.3)

Расчетная длина ℓ₀ для 2-шарнирных арок с несимметричной нагрузкой в плоскости действия момента ℓ₀=0,6S. Для 3- шарнирных арок с несимметричной нагрузкой ℓ₀=0,7S. Для всех остальных случаев ℓ₀=0,5S.

Расчетная длина из плоскости действия момента равна расстоянию между узлами крепления связей, прогонов и других элементов покрытия. Для решетчатых стержней арок расчетная длина сжатых стержней в плоскости равна геометрической длине между центрами узлов, из плоскости – ℓ_0у=1,25ℓ.

Клееные арки являются наиболее эффективными, так как имеется возможность рационально использовать древесину по ее качественному составу (3 сорта). Клееные арки изготовляются с постоянным поперечным сечением по длине арки (дуги), они могут изготовляться как криволинейные, так и прямолинейные. Криволинейные арки по статической работе выгоднее, чем арки из линейных элементов.

Внешняя нагрузка q+p вызывает в арке момент М:

(12.4)

Чтобы уменьшить момент М_х (М_б), действующий на линейный элемент арки, продольную силу прикладывают в узлах внецентренно. Опирание арки выполняют неполным сечением с высотой h_оп опирания не менее 0,4h_сеч. :

(12.5)

Арки криволинейные по статической работе выгоднее, чем треугольные, однако изготовление их более трудоемкое. По поперечному сечению экономичнее принимать клеефанерные арки с тавровым или коробчатым сечением. Для этого нужно применять водостойкую строительную фанеру или бакелизированную (ФБС, ФБСВ). Толщину фанеры принимают не менее 10 мм. В дощатых клеевых элементах доски необходимо располагать в соответствии с сортами. Если применяется – древесина одной породы, то 3-й сорт располагают посередине, а 2-й – по граням поперечного сечения при его высоте h≤50 см; при h>50 см растянутую зону на высоту 0,15h укрепляют 1-м сортом. При выполнении элементов арок из разных пород древесины хвойные располагают по краям, а лиственные –посередине.

При проектировании клееного поперечного сечения необходимо соблюдать следующие правила: толщина досок не должна превышать 3,3 см, в многослойном пакете необходимо принимать согласованное направление годичных слоев досок.

Склеивание отдельных досок по длине выполняется зубчатым соединением. Разбежка соединений должны быть не менее чем на 1500 мм друг от друга. Совпадение стыков по высоте допускается не менее чем через 3 доски. Количество крайних досок пакета 1 или 2 сортов должно быть не менее двух.