Сегментные клееные арки. Конструкция, применение и порядок расчета

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).