Клеедощатые арки

Арочные конструкции являются распространенными рациональными несущими конструкциями покрытий зданий пролетом 12-100 м. Арки относятся к распорным конструкциям, в которых распор воспринимается либо затяжкой, либо опорными нижележащеми конструкциями.

Основные геометрические схемы арок можно классифицировать по:

· статической схеме: трехшарнирные (статически определимые) и двухшарнирные (статически неопределимые);

· очертанию оси: круговые, стрельчатые, треугольные и др.;

· способу восприятия распора: непосредственно железобетонными фундаментам, несущим конструкциям каркаса здания; стальной затяжкой;

· типу поперечного сечения: сплошные (прямоугольные, двутавровые), спаренные, армированные и др.;

Основные схемы арок представлены на рис 6.1

Наиболее распространенные трехшарнирные арки, которые статически определимы и усилия в их сечениям не зависят от осадок опор, изменения температуры и деформаций затяжек.

Арки рассчитывают на сочетание постоянных снеговых и ветровых нагрузок.

Полное значение снеговой нагрузки на горизонтальную поверхность покрытия по СНиП «Нагрузки и воздействия» [2] по формуле

, (6.1)

где - расчетное давление снегового покрова на 1м² горизонтальной поверхности земли; µ- коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие.

Схема распределения снеговой нагрузки и значения коэффициентов µ принимаются в соответствии с приложением 3 [2], при этом промежуточные значения коэффициентов µ определяются линейной интерполяцией. Снеговые нагрузки учитываются только на той части дуги арки, где угол наклона касательных к горизонту меньше 50°.

Для арок дугового очертания и близких к ним по форме схемы приложения нагрузок показаны на рис. 6.2.

Нормативное значение нормативной снеговой нагрузки определяется умножением расчетного значения на коэффициент 0, 7.

Рис. 6.1. Основные геометрические схемы арок: а) стрельчатые; б) круговые; в) распорная система треугольного очертания; г) треугольные; д) ломанные; е) параболические; ж) арки с затяжкой;

Рис. 6.2. Круговые арки: а) геометрическая схема;

б) схема приложения нагрузок

Расчетное значение ветровой нагрузки определяется согласно [2] определяется по формуле:

(6.2)

где - коэффициент надежности по ветровой нагрузке; - нормативное значение ветрового давления; – коэффициент, учитывающий изменения ветрового давления по высоте; - аэродинамический коэффициент.

Криволинейные арки обычно делают с постоянным радиусом кривизны. Толщина досок арок принимается на более радиуса кривизны арки.

Радиус арки кругового очертания определяется по формуле

, (6.3)

где - пролет арки; - стрела подъема арки.

Для обеспечения поворота арок в узлах опорные и ключевые шарниры проектируются следующим образом:

1.Для арок пролетом до 30 м ключевой шарнир выполняется лобовым упором с использованием нагельного соединения (рис. 6.3). Для арок с затяжкой на опорах устанавливаются металлические башмаки (рис 6.4а). Для арок, определяющихся на фундаменты, опирания осуществляется непосредственным упором части торцевой поверхности арки (рис.6.4б).

2.При пролете арок более 30 м опорных и ключевых шарнирах устанавливаются металлические башмаки с плиточными или валиковыми шарнирами (рис. 6.5 и 6.6).

Рис. 6.3. Коньковый узел арки с деревянными накладками

Рис. 6.4. Опорные узлы арки:

а) со стальным башмаком для арки с затяжкой; б) для арки без затяжки

Рис. 6.5. Опорные узлы арок: а) простой лобовой упор; б) плиточный шарнир;

в) валиковый шарнир

Рис. 6.6. Коньковые узлы арок, выполненные классическими шарнирами:

а) плиточный шарнир; б) валиковый шарнир (сварка стальных элементов условно не показана)

Статический расчет арок выполняется по общим правилам строительной механики. Значения внутренних усилий изгибающих моментов , поперечных и нормальных сил на расстоянии отоси опоры определяется (рис. 6.7) по формулам:

; ; , (6.4)

где и - изгибающий момент и поперечная сила в рассматриваемом сечении, определяемые как для балки с шарнирными закреплениям по концам и пролетом , равном пролету арки; - распор арки.

Рис.6.7. К статическому расчету арок

Подбор сечения арок производят по максимальному изгибающему моменту и продольной силе, действующей в том же сечении.

Расчет арки на несущую способность выполняется по методике сжато-изогнутого стержня (см. раздел 2.7).

Расчет на прочность сводится к выполнению условия

, (6.5)

где - расчетное значение продольной силы; - изгибающий момент, определяемый из расчета по деформируемой схеме; -расчетное сопротивление древесины изгибу; и -соответственно коэффициенты, учитывающие высоту сечения, толщину слоя клееной древесины и кривизну арки; и - расчетное значение площади сечения и момента сопротивления нетто.

Расчетную длину арки в расчете на прочность по деформированной схеме принимают для 3-х шарнирной арки при симметричной нагрузке , где - длина дуги полуарки.

Расчет арки на устойчивость плоской формы деформирования выполняется по формуле (см. раздел 2.7).

, (6.6)

где - коэффициент продольного изгиба полуарки из плоскости изгиба; расчетную длину сжатого элемента принимают равным , где - длина дуги полуарки; - коэффициент устойчивости элемента при изгибе.

Клеевой шов проверяется на скалывание

, (6.7)

где - расчетная поперечная сила; - статический момент полусечения относительно нейтральной оси; - момент инерции сечения брутто; - ширина сечения; - коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вследствие прогиба элемента (см. п.2.7).

Коньковый узел рассчитывается на смятие от продольной силы . Нагельное соединение в коньковом узле рассчитывается на поперечную силу при несимметричном загружении арки.

В случае решения узла с деревянными накладками (рис.6.3) поперечная сила воспринимается накладками, которые работают на поперечный изгиб. Величина максимального изгибающего момента равна

, (6.8)

Усилия, действующие на болты, равны:

, (6.9)

, (6.10)

Требуемое число болтов в стыке по осям действия усилий и определяется по формуле:

, (6.11)

где =2 число условных срезов одного болта; - расчетная несущая способность одного условного среза болта, определяемая согласно п.3.1.3.