Для  студентов архитектурных специальностей

Металлические конструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В отличие от рамы, арка представляет собой конструкцию криволинейного (дугообразного) очертания, перекрывающую пролет между двумя опорами (фундаментами, пилонами или колоннами). Пролеты металлических арочных конструкций, применяемых для промышленных, общественных и сельскохозяйственных зданий и сооружений, могут быть 30—150 м. Благодаря малой, массе конструкции из-за наличия распора, а также из-за того, что в арке возникают преимущественно сжимающие усилия и незначительные изгибающие моменты, арки целесообразно использовать при пролетах более 60—80 м.

По статической схеме арки подразделяют на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. О целесообразности арок можно судить по эпюре моментов. Наибольшие изгибающие моменты возникают в трехшарнирной арке в четверти пролета, поэтому трех-шарнирные — самые тяжелые и вследствие этого мало применимы. В бесшарнирных арках моменты в средней половине пролета минимальны и возрастают на сравнительно небольших участках вблизи опор, поэтому они самые легкие. Однако подобно рамам, применение бесшарнирных арок возможно только на недеформируемых грунтах, в противном случае расход материала на фундаменты в значительной степени перекрывает экономию материалов, получаемую на самой арке.

Двухшарнирные арки менее чувствительны к температурным и деформационным воздействиям, чем бесшарнирные, и обладают большей жесткостью, чем трехшарнирные арки. Кроме того, они имеют более равномерное распределение изгибающего момента по сравнению с двумя другими статическими схемами. Двухшарнирные арки достаточно экономичны по расходу материала, просты в изготовлении и монтаже и благодаря этим качествам находят преимущественное применение в зданиях и сооружениях.

По сравнению с рамой арка   занимает   большее пространство, так как в арочных покрытиях (в связи с их пологостью) вблизи опор имеются зоны ограниченной у эксплуатации. Наивыгоднейшая высота арок составляет* lU—'/б пролета, но по условиям эксплуатации очертание арок может быть самым произвольным ( 161). Минимально допустимая пологость арок принимается не менее '/в пролета, а максимальная подъемистость в стрельчатых арках не более двух пролетов.

В арках, загруженных равномерно распределенной нагрузкой, минимальное значение моментов достигается тогда, когда очертание арки совпадает с кривой давления. Этому случаю соответствует арка, очерченная по квадратной параболе. В пологих арках с целью упрощения изготовления параболическая кривая может быть заменена дугой окружности, не вызывающей существенного увеличения усилий. При увеличении высоты арок нормальная сила и распор уменьшаются, а изгибающий момент значительно возрастает. Этому способствует в большой мере влияние ветровой нагрузки, оказывающее разное воздействие на арку с напорной и отсосной стороны, давая две неравные кривые давления.

В конструктивном отношении металлические арки подразделяют на сплошные и сквозные (решетчатые). Сплошные арки, имеющие высоту сечения 'До—'/во пролета ( 162, а), применяют при пролетах до 60 м. Иногда из функциональных соображений проектируются арки из двух прямолинейных элементов. Высоту сечения в таких арках принимают '/is:—'/20 пролета. По сравнению с криволинейными арками эти арки малоэффективны. Сечение сплошных арок выполняют в виде сварного широкополочного двутавра, трубы и составных сечений из двух швеллеров или двутавров, соединенных планка.-ми. Составные сечения имеют большую жесткость из плоскости арки, поэтому их целесообразно применять при больших пролетах.

При пролетах более 60 м преимущественно проектируют сквозные арки с параллельными поясами ( 162,6). Сквозные арки имеют меньшую жесткость, поэтому высоту сечения в таких арках увеличивают до Узб—'До пролета. Пояса сквозных арок выполняют из уголков, швеллеров, труб и двутавров. При больших пролетах и усилиях сквозные арки делают пространственными в виде треугольного или четырехугольного поперечного сечения. В сквозных арках пояса по вертикали и горизонтали сопрягаются решетчатыми связями треугольного или раскосного типа, выполняемыми из одиночных уголков, швеллеров или двутавров.

Сечения сплошных и сквозных арок рекомендуется принимать постоянными по всей длине. Однако в двух-и трехшарнирных арках с целью экономии металла допускается проектировать серповидные или сегментные очертания ( 163).

Распор в арочной конструкции воспринимается затяжкой, устраиваемой на уровне опорных узлов ( 164, а). Однако затяжка препятствует нормальной эксплуатации всего помещения и требует дополнительного расхода материала на подвески. В большепролетных общественных и промышленных зданиях освобождаются от затяжки путем передачи распора на жесткие опоры в виде поперечных рам ( 164,6), пилонов ( 164, в), трибун ( 164, г) или непосредственно фундаментов ( 164,<3). Во избежание чрезмерного смещения фундамента в слабых грунтах подпольная затяжка может устраиваться при значительных распорных усилиях

При проектировании сплошных арок их шаг вдоль здания рекомендуется принимать 6—12 м, а при сквозных арках—12—24 м. При шаге 6 м покрытие проектируют беспрогонным с укладкой плит непосредственно на верхний пояс арки. При шаге 12—24 м в качестве прогонов используют решетчатые фермочки, устанавливаемые с шагом 6 м, а плиты укладывают по ним или по дополнительным прогонам, идущим с шагом 3 м по фермочкам-прогонам ( 165).

Компоновка стропильного перекрытия по аркам аналогична компоновке рамного стропильного перекрытия. Отличительная особенность арочного перекрытия — необходимость устройства вертикальных продольных связей между арками с шагом не более 12 м, обеспечивающих устойчивость нижнего сжатого пояса при наличии горизонтальных связей по верхним поясам. Связи по верхним поясам следует доводить до опор.

При пролетах более 60 м отдельные плоские арки объединяют попарно в блок шириной 3—6 м, а расстояние между блоками принимают 18—24 м. Общая устойчивость такого покрытия повышается путем постановки дополнительных горизонтальных связей между блоками в плоскости верхних поясов по коньку покрытия. В этом случае в систему связей включают верхние пояса ферм-прогонов.