/ - катеноид от постоянной нагрузки; 2, 3 - линии давления от действия ветра; 4 - оптимальное очертание арки
Для ВЫСОКИХ арок с большим собственным весом покрытия наилучшей кривой является показанная на рис. 18.17 цепная линия / (катеноид). Однако для них существенное значение имеет ветровая нагрузка, которая может действовать в различных направлениях, давая резко отличные кривые давления (2,3 на рис. 18.17). В этом случае очертание арки целесообразно принимать по оптимально осреднен-ной кривой. В качестве критерия оптимизации можно принять расход металла либо стоимость всего покрытия.
Собственно арки в арочных системах покрытий являются основными несущими элементами. Аналогично каркасам балочных и рамных систем, арки связаны между собой дополнительными (второстепенными) элементами: прогонами, продольными, поперечными, горизонтальными и вертикальными связями, распорками, оттяжками, плитами покрытия и др. При малых и средних пролетах шаг арок может быть принят одинаковым с модульным размером 6-12 м, что позволяет устройство простой кровли с использованием погонов либо индустриальных панелей. При больших пролетах (80 м и более) оптимальный шаг арок увеличивается до 18-36 м. Это приводит к усложненной промежуточной системе кровли (рис. 18.18) с главными и второстепенными прогонами, называемыми ребрами, поддерживающими непосредственно кровельный настил.
Принцип концентрации материала обусловливает экономичность применения арочно-блочной системы при больших пролетах арок (см. рис. 18.18). Каркас компонуется из спаренных арок аналогично рамно-блочным системам (см. рис. 18.12). Пространственный блок из двух арок, соединенных горизонтальными и вертикальными связями, может быть заменен пространственной аркой треугольного поперечного сечения, что рационально при умеренных шагах главных арок (18-24 м).
Ребра 3 (см. рис. 18.18) образуют промежуточные арки с шарнирами в местах их опирания на главные прогоны. Из силового многоугольника, представленного на рис. 18.19, видно, что нагрузка на главные прогоны Ri действует в их плоскости, а скатная составляющая Ni передается ребрами непосредственно на фундаменты в их основании.
>
18-21
-,
Рис. 18.18. Арочно-блочная система покрытия
1 - пространственный блок из двух арок; 2 - главные прогоны; 3 - ребра (второстепенные прогоны); 4 - связи
Для обеспечения пространственной работы каркаса, заключающейся в перераспределении усилий между арками при неравномерном их загружении, устанавливаются, как правило, продольные связи 4 в коньке (см. рис. 18.18). Особенно возрастает их роль в подъемистых арках при косом направлении ветра, неравномерно распределенной снеговой нагрузке, асимметричных технологических нагрузках и т.п.
Поперечные торцевые связи 4 (см. рис. 18.18) объединяют пару арок, образуя блок, воспринимающий ветровое давление на торец покрытия. При пологих арках эти связи можно рассчитывать как плоские, пренебрегая кривизной арок. При подъемистых арках торцовый блок следует рассчитывать на изгиб как кривой решетчатый стержень. Упрощенная расчетная схема представлена на рис. 18.20. Сделав разрез по /-/ (рис. 18.20, б) и спроектировав все усилия на направление распорки связей, получим усилие в раскосе связи Np = Q/cosIf, где Q - поперечная сила от ветровой нагрузки, Y - У гол между раскосом и рас-
Рис. 18.19. Определение "усилий, передаваемых ребрами на главные прогоны
ттггтттт >
Ц IV; Wj IV« Ws IVj Wj w,
Рис 18.20. К расчету торцевых связей арочного покрытия
а - по плоской схеме; б - по пространственной схеме
поркой. Сделав разрез II-II и спроектировав усилие в раскосе на направление пояса, получим Лп " Apsin f = Qtg Y - усилие в арке от ветровой нагрузки, которое будет вызывать дополнительное сжатие во второй от торца арке и растяжение - в первой.
18.3.2. Конструктивные особенности арок. Арки, так же как балки и рамы, могут быть сплошностенчатыми и сквозными, с параллельными поясами и переменного сечения по длине (рис. 18.21).
Арки с параллельными поясами (рис. 18.21, а) более технологичны при изготовлении, имеют максимальное число типовых элементов и вполне приемлемы с эстетической точки зрения. Поэтому такой тип арок наиболее распространен. Арки с ломаным верхним поясом (рис. 18.21, б) позволяют устройство вертикальных стеновых витражей, однако в местах перелома пояса возникают большие изгибающие моменты, что утяжеляет арку. Серповидная форма (рис. 18.21, в) не отвечает характеру изменения усилий по ее длине и применяется, как правило, из архитектурных соображений.
Сплошностенчатые арки выгодны при малых изгибающих моментах и больших нормальных силах. Поперечное сечение таких арок обычно двутавровое либо коробчатое. По сравнению с балочными профилями эти арки имеют утолщенную стенку из-за меньшего влияния изгибающих моментов. Сплошностенчатые арки более технологичны в изготовлении по сравнению со сквозными арками, допускают применение автоматической сварки, обладают меньшей концентрацией напряжений и, следовательно, повышенной выносливостью и хладостойкостью. Они также имеют повышенную долговечность и требуют меньших расходов по эксплуатации. Высота сечения сплошных арок назначается в пределах 1/50-1/80 пролета, сквозных - 1/30-1/60 пролета.
Сквозные арки целесообразно проектировать при относительно небольших нагрузках и больших пролетах. Конструкции их аналогичны легким фермам. Пояса арок компонуются из уголков, тавров, легких швеллеров. При больших пролетах рационально использовать прокатные или составные двутавры.
