6.4. Распорные системы ЛЕКЦИЯ 10

Конструкции в которых от вертикальных нагрузок возникают горизонтальные опорные реакции называют распорными: Конструкции в которых от вертикальных нагрузок возникают горизонтальные опорные реакции называют распорными: q R R q R R q R R H H

Наиболее распространенные распорные конструкции: Наиболее распространенные распорные конструкции: 1.Треугольные и пятиугольные арки из прямолинейных элементов 2.Сегментные и стрельчатые арки

3.Трехшарнирные рамы

Деревянные арки

1) Арки из прямолинейных элементов Распорную систему треугольного очертания проектируют со стальной затяжкой или с опиранием непосредственно на фундаменты с применением прямолинейных элементов: цельнодеревянных, составных, дощатоклееных.

е N Узлы решают с эксцентриситетом, благодаря чему уменьшается расчетный изгибающий момент

Клееный элемент проверяют на прочность и устойчивость плоской формы деформирования как сжато-изгибаемый элемент. К недостаткам эксцентричного решения узлов относится концентрация скалывающих напряжений в зоне опирания, что учитывается введением коэффициента 1/К ск к расчетному сопротивлению: Значение эксцентриситета ограничивают, е 0,15 h.

2) Сегментные арки Сегментные арки проектируют со стальной затяжкой или с опиранием непосредственно на фундаменты. Сечения арок составные на податливых связях, дощатоклееные или клеефанерные.

Сегментные арки составного сечения на податливых связях: кружальные – из нескольких рядов дощатых косяков с соединением на гвоздях; дощато-гвоздевые с перекрестной стенкой – из сегментных дощато- гвоздевых балок

Дощатоклееные и клеефанерные арки могут иметь пролеты более 100 м. Пролет ограничивается технологическими возможностями завода изготовителя или условиями транспортировки. Арки склеивают из пакета досок. Сечение прямоугольное постоянной высоты. При больших пролетах целесообразно применение арок с переменной высотой сечения, принятой с учетом изменения изгибающего момента по длине арки.

Арки рассчитывают на следующие нагрузки. Вертикальные: постоянные от веса покрытия и собственного веса; временные снеговые, временные от коммуникаций, размещаемых на покрытии. Горизонтальные: временные ветровые.

Расчет арок выполняется в следующем порядке: 1.геометрический расчет арки; 2.статический расчет; 3.подбор сечений и проверка напряжений; 4.расчет узлов арки.

1. Геометрический расчет арки заключается в определении: радиуса r, центрального угла дуги полуарки, длины оси полуарки S, координат сечений х и у, углов наклона касательных n к оси в сечениях n

2. Статический расчет выполняется обычными методами строительной механики или в расчетных комплексах. Определяются: N,Q и M от расчетных нагрузок не менее чем в 5 сечениях на длине полуарки, N,Q и M в коньковом сечении арки, опорные реакции в опорном сечении. Составляют два расчетных сочетания усилий: M max(+), N соотв, Q соотв ; M max(–), N соотв, Q соотв.

При загружении вертикальной нагрузкой учитывают возможные неблагоприятные сочетания при одностороннем нагружении (на половину пролета)

3. Расчет сечений арки производят по формулам расчета прочности внецентренно сжатых элементов. При определении коэффициента N – сжимающая сила в коньковом сечении арки.

Расчет на устойчивость плоской формы деформирования выполняют дважды: М(+) – сжатая верхняя кромка раскреплена из плоскости изгиба конструкциями кровли, растянутая нижняя – раскреплений не имеет; М(–) – сжатая нижняя кромка не имеет раскреплений из плоскости, растянутая верхняя – раскреплена конструкциями кровли.

4. Решение узлов в большой степени зависит от пролета арки. Коньковый узел в трехшарнирных арках малых пролетов можно выполнять с двусторонними деревянными накладками на болтах. Коньковый узел треугольной арки Коньковый узел сегментной арки Расчетная схема накладки и нагельного соединения

Коньковый узел арок больших пролетов

В опорных узлах арок проверяют древесину на смятие с учетом угла между напряжениями смятия и волокнами древесины. Стальные детали узлов рассчитывают по правилам расчета стальных конструкций. Опорные узлы арок с передачей распора на фундамент: Опорный узел треугольной арки Опорный узел сегментной арки

Опорные узлы арок с передачей распора на затяжки:

Шарнирный опорный узел арки большого пролета

3) Стрельчатые арки Стрельчатая арка состоит из двух пологих двухшарнирных арок. Усилия в сечениях определяют из статического расчета. Дальнейший расчет выполняется для полуарки – как для пологой сегментной арки.

Деревянные трехшарнирные рамы

Деревянные трехшарнирные рамы применяют в одно- и многопролетных зданиях различного назначения.

По конструктивному решению, в зависимости от конструкции карнизного узла, различают рамы: а гнутоклееная; б ломаноклееная; в четырехподкосная; г двухподкосная; д с внутренними опорными подкосами; е с наружными опорными раскосами.

Наличие жесткого узла в месте сопряжения ригеля со стойкой позволяет уменьшить положительный момент в ригеле по сравнению с балкой. Поэтому рамной конструкцией можно перекрыть пролет до 60 м, Высота ригеля рамы может быть принята меньше высоты стропильной фермы. Эпюры моментов в гнутоклееной раме и раме ломаноклееной

Расчет трехшарнирной рамы сводится, в основном, к расчету жесткого карнизного узла на совместное действие M, N и Q по биссектрисному сечению. Опорное сечение стойки и коньковое сечение ригеля назначаются конструктивно исходя из расчетных размеров карнизного сечения.

Сечение трехшарнирной рамы может быть дощатоклееным одно- и двустенчатым, а также клеефанерным коробчатым

Варианты решения карнизных узлов дощатоклееных балок из прямолинейных элементов: на зубчатом стыке; с фанерными накладками; на нагелях

Варианты решения карнизных узлов дощатоклееных балок с пятиугольной вставкой и гнутоклееной вставкой из тонких досок или шпона:

Рамы малых пролетов выполняют цельнодеревянными из брусьев или бревен с подкосным решением карнизного узла: а трехшарнирная подкосная; б трехшарнирная подбалочно-подкосная; в двух-шарнирная ригельно-подкосная; 1 стойка; 2 ригель; 3 подкос; 4 подбалка; 5 ригель.

Коньковый узел работает аналогично узлу деревянных арок На деревянных накладках На стальных накладках

В опорном узле древесина рассчитывается на смятие поперек волокон от горизонтальной опорной реакции. Стальной башмак рассчитывается по правилам расчета стальных конструкций.

Решение опорного узла с подкосом: