Арочные покрытия

Арочные конструкции наиболее эффективны в зданиях с пролетами 60…70 м, функциональный объем которых вписывается в криволинейное очертание. К таким зданиям относятся дворцы спорта, выставочные павильоны.

Арки хорошо работают при отсутствии сосредоточенных сил и при небольших временных нагрузках. По затратам металла арки экономичнее балочных и рамных конструкций, но они являются распорными системами, т.е. имеются и горизонтальные опорные реакции. Распор может восприниматься мощными фундаментами или затяжками, соединяющими опоры арки между собой. В последнем случае система становится внешне безраспорной, и горизонтальные силы на фундаменты здания не передаются.

По статической схеме арки делятся на трехшарнирные (рис.11.3 а), двухшарнирные 1,11.3 б) и бесшарнирные (рис.11. 3 в). Трехшарнирные арки нечувствительны к осадкам опор и температурным деформациям, но по затратам материала наименее выгодны. Они обычно используются при строительстве на слабых основаниях. Наиболее часто применяются в покрытиях двухшарнирные арки, особенно с затяжками. В бесшарнирных арках опоры жестко заделываются в фундамент. По затратам металла они наиболее экономичны, но из-за больших опорных моментов их применять рационально при строительстве на скальных основаниях.

Конструктивные решения арок разнообразные. Очертание поясов трехшарнирной арки чаще применяется серповидным в соответствии с характером распределения изгибающих моментов (рис. 11. 3 а). Двухшарнирные арки выполняются с постоянной высотой сечения (рис. 11. 3 б), а бесшарнирные утолщаются к опорам (рис. 11. 3. в). Сечения арок могут быть сплошными в виде сварных или прокатных широкополочных двутавров. Высота сечения сплошных арок составляет

1/50...1/80 пролета. Сквозные арки выполняются из уголков, швеллеров, труб и могут быть плоскими, а при больших пролетах пространственными трехгранными (рис. 11. 3. г). Высота сечения сквозных арок составляет 1/30...1/40 пролета.

Ответственными узлами арок являются опорные и ключевые шарниры В качестве опорных наиболее простые по конструкции плиточные шарниры (рис.11.4 а), которые применяются в легких арках при вертикальном примыкании надопорной части. В тяжелых арках больших пролетов используются балансирные шарниры (рис.11.4 в), аналогичные опорным устройствам балочных конструкций. Пятниковый шарнир (рис. 11. 4 б) представляет собой опорное гнездо - пятник, в которое вставляется опорная часть арки. Ключевые шарниры трех шарнирных арок могут иметь плиточную или балансирную конструкцию (рис. 11. 5) В легких арках в ключе, устраивают листовые шарниры, в которых свободный поворот обеспечивается изгибом горизонтального листа.

Усилия в арках определяют методами строительной механики. Наиболее распространены 2-х шарнирные арки, они являются системами один раз статически неопределимы. Для предварительных расчетов непологих арок при равномерно зеленной нагрузке распор можно определить по формуле

н= q l²/ 8f

где f - стрела подъема арки (рис. 11.6а). Изгибающий момент, продольная и поперечная сила в сечениях арки, расположенном на расстоянии х от опоры, определяются по формулам

M_x = M_b – н*у;

N_x = Q_b sin a + H cos a;

Q_x = Q_b cosa – H sina.

В приведенных формулах M_x; Q_x - изгибающий момент и поперечная сила, вычисленные также, как для балки пролетом l, равным пролету арки, у - ордината оси арки на расстоянии х от опоры, a - угол между горизонталью и касательной к оси арки в рассматриваемом сечении.

В сквозных арках (рис. 11.6. б) усилия в поясах и решетке могут быть получены с использованием формул

N_b = N_x /2 M_x /h;

N_d = -Q_x sin

где N_b - усилие в верхнем и нижнем поясах, вычисляемые с зачетом изгибающего га б сечении, N_d - усилие в раскосе, h - высота сечения арки,

- угол между раскосом и поясом.

Купола

Купола относятся к пространственному типу покрытий. Они являются распорными системами. Различают 3 типа конструктивных схем куполов: ребристые, ребристо - кольцевые и сетчатые.

Ребристые купола образуются из радиально расположенных ребер - полуарок (рис. 11. 8 а). В основании купола ребра опираются на стены здания либо на криволинейный или многоугольный в плане кольцевой элемент, воспринимающий распор X. В вершине купола ребра опираются на центральное кольцо. При расчете на осесимметричные нагрузки можно расчленять на плоские арки. При шарнирном сопряжении ребер с верхним кольцом получаются трехшарнирные арки. При жесткой заделке ребер в верхнем опорном кольце рассчитываются двухшарнирные арки с условной затяжкой, роль которой выполняет нижнее опорное кольцо.

Ребра выполняются сплошными или решетчатыми и соединяются между собой ими. Для обеспечения устойчивости ребер из плоскости между прогонами устраивают связи.

Ребристо-кольцевые купола (рис. 11.8. б) отличаются от ребристых тем, что прогоны включаются совместно с ребрами на восприятие распора. Прогоны в этом случае представляют собой ряд горизонтальных колец, расположенных в разных уровнях и испытывающих растягивающие усилия. В таких куполах, заметнее чем, в ребристых, проявляется эффект пространственности. При асимметричной нагрузке купола можно рассчитывать, расчленяя их на плоские арки с условными затяжками в уровнях кольцевых прогонов.

Сетчатые купола образуются из ребристо-кольцевых включением на восприятие диагональных связей между ребрами и прогонами (рис.11.8.в). Сетчатые купола опираются в отдельных точках или связываются упруго с опорными кольцами.

При больших пролетах можно приближенно рассчитывать такие купола как безмоментные оболочки. Найденные в оболочке меридиальные и кольцевые усилия раскладывают на направления стержней, сходящихся в узле. По конструкции стержневого набора сетчатые купола могут быть односетчатыми и 2-х сетчатыми. Пролеты куполов могут достигать 400 м.

Для однотипности элементов сетчатого купола, при построении их геометрии используются правильные и полуправильные многогранники, вписанные в сферу, например, икосаэдр, имеющий 20 одинаковых граней, 80-гранник, дающий два типа граней или 320-гранник с пятью типами граней.

Дата добавления: 2015-08-18