Металлические конструкции. Том 2. Конструкции зданий

5.2. Особенности конструирования арок и опор

По конструкции арки подразделяются на сплошные и сквозные (решетчатые). Сплошные арки имеют высоту сечения 1/50...1/80 от пролета и применяются при пролетах до 60 м. Они имеют постоянное по длине сечение

254

Рис. 5.6. Конструктивные схемы и типы сечений арок:
а - сплошные; б - решетчатые

и выполняются из составных широкополочных двутавров, труб и составных сечений из двух швеллеров или двутавров, соединенных планками (рис. 5.6, а). Составные сечения имеют большую жесткость из плоскости арки, поэтому их целесообразно применять при больших пролетах. Сплошная арка может быть выполнена из прокатного двутавра. Поскольку прокатный двутавр гнуть в плоскости стенки сложно, арка составляется из отдельных прямолинейных элементов, соединенных стыковой сваркой.

При пролетах более 60 м преимущественно проектируют сквозные арки с параллельными поясами. Сквозные арки имеют меньшую жесткость, поэтому высоту сечения их принимают больше, чем для сплошных арок, в пределах 1/30...1/60 от пролета. Пояса сквозных арок выполняют из уголков, швеллеров, труб, двутавров, прямоугольных или квадратных коробчатых профилей (рис. 5.6, б). При больших пролетах и усилиях сквозные арки делают пространственными в виде треугольного или четырехугольного поперечного сечения. Это делает арки более устойчивыми во время монтажа. Решетка арок принимается треугольной, треугольной с дополнительными стойками или раскосной. Стойки решетки целесообразно размещать нормально к поясам (особенно в круговых арках), тогда стержни решетки получаются одинаковыми по длине арки. В плоскости стоек располагаются прогоны, обеспечивающие устойчивость арок из плоскости и поддерживающие элементы кровли. При треугольной решетке длина панели примерно равна удвоенной высоте сечения арки, при треугольной решетке с дополнительными стойками длина панели равна высоте сечения арки. Монтажные стыки в арках размещают исходя из длины отправочных элементов 6 - 12 м. Монтажные стыки чаще выполняют фланцевыми на обычных или высокопрочных болтах.

Конструирование промежуточных узлов арок ничем не отличается от конструирования узлов ферм и ригелей рам. Как и в рамах, опорные узлы имеют определенные особенности. Сквозные арки около опоры переходят

255

Рис. 5.7. Опорные узлы арок:
a - шарнирная опора легкой арки; б - конструктивная и расчетная схемы плиточного шарнира; в - пятниковый шарнир; г - конструктивная и расчетная схемы балансирного шарнира; 1 - плита; 2 - цапфа; 3 - балансир

в сплошные, поэтому опорные узлы сплошных и сквозных арок имеют одинаковую конструкцию.

На рис. 5.7, а представлена простейшая шарнирная опора легкой арки сплошного сечения. Поворот опорного сечения происходит за счет малой изгибной жесткости опорной плиты. Момент, который может возникнуть в опорном сечении, не превысит произведения нормальной силы на ядровое расстояние сечения и может не учитываться.

С увеличением пролета и нагрузки применяют более совершенную конструкцию опорного шарнира, которая называется плиточной (рис. 5.7, б).

256

Опорное давление с арки передается на фундамент через специальную плитку, имеющую цилиндрическую нижнюю поверхность. Нижняя часть арки над плиткой укрепляется продольными и поперечными ребрами.

Пятниковый шарнир (рис. 5.7, в) имеет специальное опорное гнездо - пятник, в который вставляется закругленная опорная часть арки. Пятник делают литым или сварным. Нижняя часть арки укрепляется ребрами жесткости.

Балансирные шарниры (рис. 5.7, г) применяются в тяжелых арках и имеют совершенную конструкцию. Шарнир состоит из верхнего и нижнего балансира, в гнезда которых укладывается плотно пригнанная цилиндрическая цапфа. Верхний балансир через опорную фрезерованную плиту закрепляется к арке на болтах. Из условия прочности бетона фундамента нижний балансир имеет большую площадь опирания, чем верхний.

В высоких и легких арках от ветровой нагрузки в опорах могут возникнуть отрицательные реакции. Для восприятия этих реакций устанавливают анкерные болты (рис. 5.1,б) по оси арки, чтобы они не мешали свободному повороту опорного сечения.

Бесшарнирные опорные узлы арок конструируют по типу баз внецентренно сжатых стоек рам сплошного или сквозного сечений. Пример конструкции бесшарнирной опоры для легкой решетчатой арки представлен на рис. 5.16.

Современные арки в большинстве случаев проектируют однопролетными с затяжкой или без нее. На рис. 5.8, а показана стальная арка с затяжкой пролетом 78 м, которой перекрыт Дворец спорта в Лужниках. Пояса сквозных арок выполнены из П-образных сварных профилей, соединенных решеткой из уголков. Затяжка крестообразного сечения из четырех уголков.

На рис. 5.8, б представлена комбинированная арка с затяжкой в виде балки жесткости коробчатого сечения.

Рис. 5.8. Примеры современных большепролетных арок

257

Арки поставлены с шагом 12 м. Несущие кровельные плиты опираются на затяжку. Сама арка располагается снаружи, что позволило существенно уменьшить внутренний отапливаемый объем здания без уменьшения полезного объема. Устойчивость арки из ее плоскости обеспечивалась вертикальными связевыми фермами, расположенными между аркой и жесткой затяжкой.

Вариант перекрытия стадиона "Динамо" в Москве представлен на рис. 5.8, в. Арка пролетом 180 м предварительно напряжена системой затяжек. Предварительное напряжение существенно повысило жесткость конструкции при односторонней снеговой нагрузке.

В арках с большим эффектом может быть применено предварительное напряжение принудительным смещением опор наружу. При этом в нижнем поясе и раскосах арки возникают растягивающие усилия, которые достаточны для погашения сжимающих усилий от внешней нагрузки. В этом случае нижний пояс и решетка арки могут быть выполнены из тросов (рис. 5.8, г), а верхний пояс - жестким.

258