Железобетонные стропильные арки

●Арками называют системы, состоящие из криволинейных элементов, горизонтальное смещение опор которых ограничено. Последнее приводит к возникновению распора, обеспечивающего работу арки преимущественно на сжатие.

В одноэтажных промышленных зданиях арки применяют в покрытиях средних и больших пролетов (l ≥30 м). Имеются примеры применения арочных конструкций в ангарах, спортивных сооружениях, мостах, где пролеты превышают 100 м.

Железобетонные арки бывают трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. В трехшарнирных арках смещение опор в горизонтальном и вертикальном направлениях практически не сказывается на усилиях. Двухшарнирные арки малочувствительны к вертикальным осадкам и более чувствительны к горизонтальным смещениям. В бесшарнирных арках всякое смещение опор вызывает значительные дополнительные усилия, поэтому применение их возможно только там, где смещения опор заведомо невелики. Распор арки чаще всего воспринимается затяжками. Если по архитектурным или технологическим соображениям устройство затяжек нежелательно, то распор арки передают на жесткие боковые рамы, контрфорсы или непосредственно на фундамент.

Наиболее целесообразно такое очертание арки, при котором ось ее совпадает с кривой давления, и тогда изгибающие моменты минимальны. Совпадение кривой давления с осью арки обеспечить трудно (различные нагрузки, влияние усадки, ползучести), поэтому очертание принимают по дуге окружности, что упрощает конструкцию и уменьшает число типоразмеров сборных элементов, мало сказываясь на усилиях.

●Железобетонные арки могут быть сборными и монолитными. В качестве стропильных конструкции одноэтажных промышленных зданий наиболее широко применяют сборные пологие двухшарнирные арки с затяжкой (рис 11.12). Такие арки имеют стрелу подъема f = (1/5 1/8) l высоту сечения h=(l/30...1/50) l и ширину b=(0 4 0,5) h. Сечение арки — прямоугольное или двутавровое, обычно с симметричным армированием, так как возможны моменты разных знаков. В стенке двутавра могут устраиваться отверстия для пропуска коммуникаций.

Рис. 11.12. Конструкция сборной арки покрытия (а) и расчетная схема (б):

1 - стык сборных элементов (при укрупнительной сборке); 2 - ненапрягаемая рабочая арматура; 3 - напрягаемая арматура.

Арки собирают из отдельных блоков длиной 6 м (рис. 11.12, а) Между собой блоки соединяют ванной сваркой выпусков продольной арматуры с последующим замоноличиванием стыков мелкозернистым бетоном. По аркам укладывают железобетонные плиты l =6...12 м, крепящиеся к верхнему поясу с помощью сварки закладных деталей и выполняющие функцию горизонтальных связей. Затяжки железобетонных арок, как правило, выпол­няют предварительно напряженными. Они мало податливы, поэтому изгибающие моменты от смещения опор в таких арках на 30...45 % меньше, чем в арках с ненапряженными железобетонными или стальными затяжками. Для уменьшения провисания затяжек устраивают подвески через 6 м.

В строительстве находят также применение высокие арки больших пролетов, обычно трехшарнирные. Ось их очерчена по дуге окружности или по более сложной кривой. Сечение арки сплошное или решетчатое.

Арки выполняют из бетона классов В25...В40, рабочая арматура арки —из стали класса A-III, затяжки из предварительно напряженной стержневой стали класса A-IV и выше, проволочной — В-II и канатов К-7, К19.

Рассчитывают арки на нагрузку от собственного веса и покрытия, нагрузку от снега и сосредоточенные нагрузки от подвесного транспорта. Арки большого подъема рассчитывают также на действие ветра. Определение усилий производят методами строительной механики. Двухшарнирная арка с затяжкой является статически неопределимой системой с одним неизвестным. При ее расчете задаются сечениями арки и затяжки и определяют неизвестное усилие распора из уравнения метода сил (рис. 11.12, б) [16].

В практике проектирования величину распора пологой железобетонной арки постоянного по длине сечения, очерченной по дуге окружности или квадратной параболе, определяют по формуле (при равномерно распределенной нагрузке)

H=kql²/(8f),                                          (11.15)

где k — коэффициент, учитывающий упругую податливость затяжки; предварительно принимают k = 0,9.

По найденному значению распора в нескольких сечениях арки определяют М_ах, N_ax и Q_ax по известным формулам (см. рис. 11.12, б):

М_ах =М_х-Н_у,

N_ax = Hcosφ + Q_xsinφ,                                (11.16)

Q_ax = Q_xcosφ — Hsinφ,

где M_ax, N_ax, Q_ax — усилия в сечении арки на расстоянии х от левой опоры; М_х, Q_x-усилия в том же сечении простой балки; φ — угол между касательной к оси балки в рассматриваемом сечении и горизонталью; у — ордината оси арки в рассматриваемом сечении.

Усилия в арке, вычисленные для различных нагружений, сводятся в таблицу, по которой устанавливают мак­симальные и минимальные расчетные усилия в сечениях при наиболее невыгодных сочетаниях нагрузок. Подбор сечений продольной арматуры арки производят по формулам внецентренного сжатия, при этом расчетную длину принимают: для двухшарнирной арки — 0,54 L, для трехшарнирной — 0,59 L, где L — длина оси арки. Затяжку рассчитывают на центральное растяжение, пренебрегая изгибающими моментами от собственной массы. Арматуру подбирают из условий прочности, после чего проверяют трещиностойкость затяжки.