ЛЕКЦИЯ 10 6.4. Распорные системы Конструкции в которых от вертикальных нагрузок возникают горизонтальные опорные реакции называют распорными: q q R R R R q H H R R Наиболее распространенные распорные конструкции: 1. Треугольные и пятиугольные арки из прямолинейных элементов 2. Сегментные и стрельчатые арки 3. Трехшарнирные рамы 6.4.1. 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. Узлы решают с эксцентриситетом, благодаря чему уменьшается расчетный изгибающий момент е N 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/Кск 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 дощатогвоздевых 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 j, длины оси полуарки S, координат сечений х и у, углов наклона касательных an 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: Mmax(+), Nсоотв, Qсоотв; Mmax(–), Nсоотв, Qсоотв. 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. 6.4.2. 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 стальных накладках На деревянных 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: