Клееные деревянные арки применяются при строительстве большепролетных общественных и спортивных зданий, производственных и складских зданий с химически агрессивной средой.
Большой опыт применения клееных деревянных арок накоплен в Пермской области при возведении складов минеральных удобрений на калийных предприятиях. Построено более.30 складов пролетом 45 м, в которых в качестве несущих конструкций применены стрельчатые арки (рис. 7.2) и распорные конструкции треугольного очертания, условно называемые А-образными арками (рис. 7.3). Шаг арок - 3; 4,5 и 6 м. Сечение арок прямоугольное размерами (bxh) 300x1400 (1600) мм. На рис. 7.4 в качестве примера показан вид склада из стрельчатых арок в процессе монтажа и эксплуатации.
Арки пролетами 12, 18 и 24 м нашли применение в сельской местности при строительстве складских и спортивных зданий. Классификация арок:
- по конструктивной схеме: трехшарнирные и двухшарнирные;
- по очертанию оси: арки кругового, стрельчатого, параболического, ломанного, треугольного и др. очертаний оси (см. рис. 7.1);
|
|
- по типу поперечного сечения: сплошные (прямоугольные, двутавровые), спаренные, армированные и др. (типы поперечных сечений деревянных клееных арок аналогичны сечениям клееных деревянных балок, см. рис. 6.9,6.11):
- по способу восприятия распора: непосредственно железобетонными фундаментами, несущими конструкциями каркаса здания, стальной затяжкой.
Дощатоклееные арки применяют кругового или стрельчатого очертания с затяжками или с непосредственным опиранием на фундаменты или контрфорсы. При наличии затяжек пролеты арок обычно не превышают 24 м, при опирании на фундаменты или контрфорсы пролеты зданий, осуществленных в СССР, достигали 63 м (здание летнего катка в Архангельске). За рубежом имеются отдельные примеры применения арок с пролетами более 100 м.
Арки обычно склеивают из пакета досок прямоугольного по высоте сечения, что менее трудоемко. При больших пролетах может оказаться целесообразным применение арок переменного по высоте сечения, принятого с учетом изменения момента по длине арки.
наклайки in, |
Дощатоклееные арки бывают двух- и трехшарнирными (рис. VI.28). При пролетах до 24 м и f/L=1/8—1/6 целесообразно применять двухшариириые арки как более экономичные во всех случаях, когда возможна транспортировка криволинейных элементов арок. Криволинейные арки, как правило, делают с постоянным радиусом кривизны, так как изогнуть доски по окружности легче. В дощатоклееных арках толщину слоев (досок после острожки) для удобства их гнутья целесообразно применять, как правило, не более 1/300 радиуса кривизны и не более 33 мм.
|
|
Коньковый узел в трехшарнирных арках можно выполнять с деревянными накладками на болтах, воспринимающими поперечную силу от временной нагрузки и обеспечивающими жесткость узла арки из ее плоскости. В случае, если распор воспринимается затяжкой, она выполняется из профильной или круглой стали.
Арки рассчитываются на нагрузки и воздействия.В результате расчета арок определяют значения М, N, Q. Нормальные напряжения в арках вычисляют по обычной формуле для сжато-изгибаемого стержня в сечении с максимальным изгибающим моментом и соответствующей ему нормальной силой:
При отношении напряжений от изгиба к напряжениям от сжатия менее 0,1 производят расчет на устойчивость в плоскости кривизны арки по формуле
Расчетную длину арки L0 при определении ее гибкости принимают: а) при расчете на прочность по деформированной схеме:
для двухшарнирных арок при симметричной нагрузке L0 = 0,35S;
для трехшарнирных арок при симметричной нагрузке L0 = 0,58S;
для двухшарнирных и трехшарнирных арок при кососимметричиой нагрузке — по формуле
α-центральный угол полуарки;
S – полная длина дуги арки.
Для трехшарнирных арок при расчете на несимметричную нагрузку расчетную длину допускается принимать L0 = 0,58S. Для трехшарнирных стрельчатых арок с углом перелома в ключе более 10° при всех видах нагрузок L0 = 0,5S.
Клеевые швы проверяют на скалывание по формуле
Накладки в коньковом узле рассчитывают на поперечную силу при несимметричном загруженин арки. Накладки работают на поперечный изгиб. Крепление арки в опорных узлах рассчитывают на максимальную поперечную силу, действующую в этих узлах. В арках больших пролетов опорный и коньковый узлы конструктивно сложнее. Их можно выполнить, например, с помощью специальных элементов, состоящих из стальных пластинок, соединенных стержнем из круглой стали
Статический расчет арок ведется по общим правилам строительной механики на персональных ЭВМ с использованием стандартных программ (например, «Лира-Windows 8.05»). Расчетным сечением арок является сечение с максимальным изгибающим моментом от наиболее невыгодного сочетания нагрузок. При том же сочетании нагрузок определяются значения продольной силы в расчетном сечении и величины продольных и поперечных сил в коньковом и опорном узлах арки.
а) б) |
Рис. 7.1. Основные геометрические схемы арок: а - стрельчатые; б - круговые; в - распорная система треугольного очертания (получила условное название А-образные арки); г - треугольные; д - ломаные; е — параболические; ж - арки с затяжкой |
Геометрическая схема круговой арки показана на рис. 7.5,а. Пролет арок L и стрелу подъема арок f принимают исходя функционального назначения здания или сооружения, а также требований технологической части проекта. Остальные геометрические характеристики рассчитываются по формулам:
-радиус кривизны арки
- угол наклона опорного радиуса к горизонту φ0 через синус этого угла
- центральный угол дуги полуарки
- длина дуги всей арки
Затем при расчете на ЭВМ по стандартным программам длина дуги арки разбивается на конечные элементы.
Коньковые узлы
Коньковые узлы арок пролетом до 18 м решаются простым лобовым упором и перекрываются парными деревянными или стальными накладками на болтах. Толщина деревянных накладок принимается равной половине ширины сечения арок. Толщина стальных накладок определяется расчетом (обычно, 10...20 мм). Длина накладок зависит от диаметра, шага расстановки болтов и их количества. Задаются диаметром болтов и расставляют их по длине накладок с учетом требуемых минимальных расстояний между болтами вдоль и поперек волокон древесины. Расчет узла ведется на действие поперечной силы от расчетного сочетания нагрузок. Полунакладка рассматривается как условная двухконсольная балка (рис.7.8,б).
|
|
. Коньковые узлы арок, выполненные классическими шарнирами:
плиточный шарнир; б - валиковый шарнир (сварка стальных элементов условно не показана)
Опорные узлы
При пролетах арок до 18 м опорные узлы выполняются простым лобовым упором с парными стальными накладками, рис. 7.11,а. Требуемая площадь смятия в опорном узле определяется по продольной сжимающей силе. Поперечная сила воспринимается анкерными болтами, заделанными в фундамент, или сварными швами, прикрепляющими стальной башмак к закладной детали фундамента. Стальные накладки башмака крепятся к арке глухарями или болтами. Требуемая площадь сечения анкерных болтов и необходимое количество болтов или глухарей находится по известным формулам.
При пролетах более 18 м опорные узлы решаются в виде классических шарниров. Наиболее распространенные типы опорных узлов арок показаны на рис. 7.11,б,в; 7.12; 7.13. Конструкция таких узлов аналогична конструкции коньковых узлов арок, а расчет ведется по формулам (7.4)...(7.5). В узлах арок вследствие опирания неполным сечением через стальные башмаки (особенно при внецентренном опирают) возникают местные напряжения, которые необходимо учитывать при расчете по формулам раздела 5.29 пособия [4]. Конструктивно эти участки арок усиливаются фанерными накладками на клею, стяжными хомутами или вклеенными арматурными стержнями.
Рис. 7.11. Опорные узлы ярок: а - простой лобовой упор; б - плиточный шарнир; в - валиковый шарнир (сварка стальных элементов условно не показана) |
Монтажные стыки
Монтажные стыки большепролетных арок при необходимости (длина отправочного элемента превышает предельно допустимые габариты при транспортировке до строительной площадки) устраивают в сечении с небольшими значениями изгибающих моментов на вклеенных арматурных стержнях (см. рис.4.2,в,г, рис. 8.7,6) или перекрывают стальными накладками на стяжных болтах. На основании имеющегося опыта проектирования арок устройство монтажных стыков не рекомендуется. Необходимо искать такие решения, которые позволяли бы доставлять арки к месту монтажа в готовом виде. На рис. 7.14 показан типовой способ транспоглировки полуарок длиной 34 м, затем, когда потребовалось перевозить полуарки по дорогам с троллейбусным движением и вписываться в жесткие габариты по высоте, была разработана наклонная платформа для транспортировки полуарок, которая позволила решить эту проблему (рис. 7.15).
|
|