16.1. Кружально - сетчатые своды

Наиболее широкое распространение получили кружально-сетчатые своды. Они представляют собой пространственную сетчатую конструкцию покрытия, состоящую из однотипных поставленных на ребро дощатых косяков, расположенных по двум взаимно пересекающимся направлениям и образующих ломаные винтовые линии.

Кружально-сетчатые своды в современном решении являются индустриальной, транспортабельной сборно-разборной конструкцией, основанной на заводском изготовлении стандартных однотипных косяков. По способу узловых сопряжений кружально-сетчатые своды делятся на безметальные (соединения на врубках) системы С. И. Песельника с прямоугольной или ромбической сеткой косяков (рис. 16.1, 16.2) и на болтах системы Цольбау с ромбической сеткой косяков (рис.16.3). Безметальные на врубках узловые сопряжения косяков являются лучшим решением, позволяющим значительно сократить расход стали, упростить и ускорить монтаж свода.

Применение косяков цельного сечения позволяет устраивать своды небольших пролетов (до 20 м) из-за ограниченного размера сортамента пиломатериалов.

Соединение косяков в кружально-сетчатых покрытиях имеют три типа узлов: 1) основные (средние); 2) опорные, в которых косяки соединяются с настенными брусьями; 3) торцовые, в которых косяки соединяются с торцовой аркой. Основные узлы сетки образуются из трех косяков, один из которых является сквозным и проходит через узел, не прерываясь, а два других набегающих косяка примыкают к сквозному косяку (рис. 16.4).

Рис. 16.1. Безметальные кружально-сетчатый свод с прямоугольной сеткой:

1– средние косяки; 2– крайние косяки; 3– настенные опорные брусья;

4–торцовая арка № 1 (от которой начинается сборка); 5 –торцовая арка № 2

(примыкание косяков «по месту»); 6– затяжки

Рис.16.2. Безметальный кружально-сетчатый свод с ромбической сеткой:

1– средние косяки; 2– крайние косяки; 3– настенные опорные брусья;

4–торцовая арка № 1 ; 5 –торцовая арка № 2; 6– затяжки

Рис. 16.3. Кружально-сетчатый свод пролетом 14,7 м с узлами на болтах

В сводах с узлами на шипах (системы С. И. Песельника) применяют сетку как прямоугольную, так и ромбическую с углом ψ=45⁰. Верхняя кромка косяка может быть криволинейного (эллиптического или приближенного к круговому) очертания, либо с двумя или одним переломом. Косяк с двумя переломами имеет большую жесткость, меньшую длину пропила, дает меньше отходов, чем косяк с одним переломом (рис. 16.5).

Для обеспечения в гнезде взаимного упора набегающих косяков с целью восприятия одной из действующих в узле сил (направленной нормально к оси), а также для удобства монтажа свода рекомендуется располагать шип вышележащего набегающего косяка в гнезде над шипом нижележащего косяка.

Кроме продольной силы сжатия и изгибающего момента косяки в своде воспринимают поперечные силы. Они передаются таким образом, что вызывают опасность раскалывания косяков. Чем больше длина косяка, тем меньше поперечная сила и меньше, таким образом, опасность раскалывания косяков. Рекомендуется принимать ℓ_к/h_к≥13. Толщина косяка должна быть не менее 2,5 см, а h_к/в_к≤4,5.

Более простая форма у концов косяков прямоугольной сетки, однако при одинаковом шаге с косяки получаются меньшей длины, чем при ромбической решетке, что влечет невыполнение условия ℓ_к/h_к≥13 и опасность раскалывания. Поэтому наибольший пролет сводов с прямоугольной сеткой косяков – до 12 м.

Рис. 16.4. Безметальный кружально-сетчатый свод:

а– основные; б – примыкание к настенному брусу; в– врубки в настенном брусе кругового свода; г– то же, стрельчатого свода; д– примыкание к торцовой арке; 1– сквозной косяк; 2– набегающий косяк; 3– центр узла; 4– настенный брус; 5– торцовая арка; 6 – коньковый прогон; 7– гвозди (не менее двух штук на

каждый косяк); 8– ось врубки

Узловое соединение может выполняться как с эксцентриситетом, так и без него. В первом случае взаимный упор шипов осуществляется только нижними ребрами, которые должны воспринимать одну из составляющих нагрузок на узел. Это происходит при достаточном обмятии ребер, создании площадки смятия, но и вызывает дополнительную деформацию сводов (рис. 16.6, а).

В центрированном узле оси набегающих косяков почти совпадают, площадка взаимного упора шипов в гнезде обеспечена. Дополнительные деформации в узлах отсутствуют. Не возникает и дополнительный изгибающий момент в направлении наименьшего момента инерции косяка от продольных усилий в набегающих косяках. Такие узлы предпочтительнее (рис. 16.6, б).

Рис. 16.5. Размеры косяков:

а– прямоугольной сетки; б – торцовой арки; в– правый косяк ромбической сетки; г– левый косяк ромбической сетки; д– детали шипов; е– детали гнезд

Рис. 16.6. Узлы безметального кружально-сетчатого свода с

точной формой шипов:

а)– нецентрированный; б) – центрированный

Геометрия свода зависит от значения шага сетки с вдоль образующей свода и шага S вдоль дуги его поперечного сечения.

При ромбической (косоугольной) сетке с и S принимают такими, чтобы длина образующей свода В (в чистоте) была кратной шагу с, а длина дуги S_д поперечного сечения свода была кратна шагу S. Это обеспечивает стандартность как опорных, так и торцовых узлов. В прямоугольной сетке приходится ограничиваться выбором кратности только одного параметра – либо S, либо с, так как они связаны между собой стабильным (прямым) углом при заданных значениях ℓ и f.

От величины с зависит также величина усилий, воспринимаемых косяками. Чем больше с, тем значительнее М и N, воспринимаемые косяками, и тем больше М в элементах кровли, для которых с– расчетный пролет. Поэтому при ℓ≤20 м рекомендуется назначать с=0,8…1,5 м.

Крепление косяков в опорных узлах выполняют следующим образом. Торцы обоих косяков входят в специальное гнездо, вырезанное в опорном брусе, и прикрепляются к нему гвоздями (по два в каждом косяке). Гнездо опорного бруса обязательно проверяется на смятие поперек волокон, так как воспринимает максимальную нормальную силу N, возникающую в опорных сечениях свода. В торцах свод замыкается двух- или трехслойными кружальными арками.

В прямоугольной сетке свода применяют шесть типов, в косоугольной – семь типов косяков.

В сводах с узлами на болтах косяки в основных (средних) узлах соединяются между собой болтами, работающими на растяжение. Набегающие косяки к сквозному примыкают с некоторым смещением, которое должно быть минимальным. Отверстия для болтов на концах косяков должны находиться вне скошенной торцовой поверхности последних. Ось болта проходит через центр узла, совпадающий с серединой сквозного косяка.

Косяки имеют отверстия для болтов на концах, равные диаметру болтов плюс 4 мм, и посередине–продолговатое такой же ширины (рис. 16.7) с длиной, позволяющей свободное прохождение болта под нужным углом.

Рис. 16.7. Косяки свода с узлами на болтах

При высоте h_к>22 см и h₁>18 см рекомендуется ставить два узловых болта вместо одного таким образом, чтобы оси болтов делили h₁ на три приблизительно равные части.

Торцовые косяки соединяют с фронтонной аркой болтами. Опорные косяки соединяют с настенными брусьями гвоздями и прижимными клиновидными брусками, скрепляемыми болтами или глухарями диаметром 12 – 16 мм.

Для пролетов до 20 м рекомендуется назначать постоянный шаг косяков с=0,8–1,5 м. Угол ψ между косяками принимают 30–50º, а угол α между нижними ребрами косяков и образующей свода –75–65º. При сборке свода косяки не требуют закручивания. Для перекрытия больших пролетов применяются дощатые клееные или клеефанерные косяки составного сечения и большей длины.

Наличие фанерной стенки в косяках устраняет опасность их разрыва поперек волокон, а сложная форма шипа упрощается изготовлением косяков крыловатой (винтообразной) формы. Это исключает необходимость закручивания косяка при сборке свода.

Косяки имеют коробчатое сечение и состоят из дощатоклееных полок и ребер жесткости для придания фанерным стенкам достаточной устойчивости. На концах и посередине косяки имеют сплошное сечение. Стыки листов фанеры перекрывают накладками на клею (рис. 16.8). Разложение продольных сил в узле показаны на рис. 16.8, б. Конструкция и расчет составных косяков аналогичны составным балкам с фанерной стенкой.

Рис. 16.8. Клеефанерный косяк безметального свода (а) и узел свода (б)

Вариант клеефанерных косяков со стальными деталями позволяет выполнять бесшарнирные узлы и косяки, работающие не только на сжатие, но и на растяжение от изгиба (рис. 16.9).

Рис. 16.9. Бесшарнирный узел сетчатого свода:

1- накладка; 2- стальные детали

Отсутствие шарнирного соединения в узлах приводит к многократному уменьшению поперечной силы в косяках, и она становится равной поперечной силе в арке. При этом значительно облегчается конструкция свода, повышаются его жесткость, надежность.

Своды из клеефанерных косяков с бесшарнирными узлами можно выполнять с косо- и прямоугольной сеткой. Прямоугольная менее экономична, если длина здания существенно превышает его ширину.

Кружально-сетчатые своды могут быть двухшарнирными с круговым очертанием со стрелой подъема не менее 1/6ℓ и стрельчатыми со стрелой подъема не менее 1/3 пролета. Подъем дуги полусвода стрельчатого очертания должен быть не менее 1/15 хорды полусвода. Распор свода воспринимается затяжками или фундаментами.

Для обеспечения жесткости сводчатого покрытия косяки свода должны удовлетворять следующим условиям:

1. Высота косяка в середине должна быть принята не

менее 1/100 пролета, h_к≥1/100• ℓ_i ;

2. Высота торца косяка должна быть не меньше

половины высоты его посередине и не менее 10 см.

3. Отношение длины косяка к его высоте посередине

ℓ_к/h_к≥10. Рекомендуется принимать ℓ_к=13h_к. Рассчитывают косяки по изгибающему моменту без проверки их на поперечную силу Q;

4. Толщина косяка в должна быть не менее 2,5 см, а

ℓ_к/h_к≤4,5.Своды с прямоугольной сеткой применяются для пролетов не более 12 м, а при больших пролетах применяются косоугольная сетка.

Проектирование кружально-сетчатого свода начинают с геометрического расчета, а затем производят статический и конструктивный расчет.