Лекция «Ограждающие конструкции с применением древесины и пространственные деревянные конструкции»

Учебные вопросы

1. Настилы.

2. Плиты покрытия на деревянном каркасе.

3. Порядок расчета плит покрытия на деревянном каркасе.

4. Пространственные деревянные конструкции.

5. Обеспечение пространственной устойчивости с применением kдеревянных конструкций.

6. Эксплуатация деревянных конструкций.

Учебная литература.

1. Конструкции из дерева и пластмасс. Под ред. Г.Г. Карлсена, Москва, Стройиздат, - 1975 г.

2. Конструкции из дерева и пластмасс: учеб. /М.М. Гаппоев и др. – М.; Издательство АСВ, 2004 г.;

3. Деревянные конструкции. Примеры расчета и конструирования: учебное пособие / под ред. Д.К. Арленинова. – М.; Издательство АСВ, 2006 г.;

4. Деревянные конструкции. Учебное пособие / А.В. Калугин. – М.; Издательство АСВ, 2008 г.

Ограждающие конструкции из древесины применяются в зданиях и сооружениях в виде настилов, обрешетки, кровельных щитов, плит покры­тия, плит подвесных потолков и стеновых панелей.

Такие конструкции используются при возведении сельских производ­ственных зданий, промышленных зданий с химически агрессивной средой по отношению к железобетону и стали, общественных и спортивных зданий, малоэтажных жилых домов. На ограждающие конструкции расходуется значительная часть древесины, используемой в строительстве, от их правильного и рационального конструирования во многом зависит эф­фективность всего здания (сооружения) в целом.

Достоинства и недостатки этих ограждающих конструкций такие же, что и других конструкций из древесины. В современном строительстве в основном применяются настилы из досок и брусков в конструкциях покрытий неотапливаемых зданий и сооружений и в покрытиях отапливае­мых зданий с холодным чердаком, а также плиты покрытий на деревянном каркасе в покрытиях отапливаемых зданий и сооружений.

Настилы

Конструктивные особенности

Настилы из досок или брусков применяются в покрытиях в виде основы под кровли различных типов либо в качестве самостоятельных кровельных щитов заводского изготовления. На рис. 5.1 показана конструк­ция кровельного дощатого щита, применяемого в покрытиях большепро­летных складов минеральных удобрений, на рис. 5.2 - общий вид кровельного щита и на рис. 5.3 — монтаж этих щитов на одном из складов. Щиты изготавливаются из «продороженных» досок – одновременно с острожкой досок на пласти выбираются две полукруглые выемки, кото­рые служат для лучшего стока воды по доскам защитного слоя, а в досках рабочего слоя — для вентиляции.

Настилы участвуют в обеспечении пространственной жесткости и ус­тойчивости покрытий зданий и сооружений. Вместе с тем они относятся к менее ответственным конструкциям, для изготовления которых допус­кается использовать древесину 3-го сорта, при этом расчетное сопротив­ление древесины изгибу принимается равным 13 МПа.

Различают два типа настилов: продольный—доски рабо­чего слоя настила располагаются перпендикулярно коньку кровли; попе­речный — доски рабочего слоя настила располагаются параллельно конь­ку кровли.

Поперечные настилы конструируют однослойными: сплошными или разреженными, в виде обрешетки (под кровлю из штучных материалов: оцинкованных стальных листов, волнистых асбестоцементных листов, че­репицы и других аналогичных материалов) или в виде двойного перекре­стного настила (под мягкую, рулонную кровлю).

Двойной перекрестный настил состоит из двух слоев: нижнего — рабоче­го и верхнего — защитного. Защитный косой слой выполняется из досок толщиной 16.. .32 мм, шириной не менее 100 мм, укладываемых под углом 45.. .60° к рабочему слою. Защитный слой обеспечивает совместную работу всех элементов настила, защищает рулонную кровлю от разрывов при короб­лении и растрескивании более толстых досок рабочего слоя.

Толщина и шаг досок рабочего настила определяются расчетом и ти­пом кровли. Доски рабочего настила должны иметь длину, достаточную для перекрытия двух пролетов. При стандартной длине досок по сущест­вующему сортаменту до 6,5 м такой настил может применяться только при шаге несущих конструкций не более 3 м.

В настоящее время накапливается опыт применения в покрытиях скла­дов минеральных удобрений стеклопластиковых листов типа ПВХ (вол­нистых — на прямолинейных покрытиях и плоских — на криволинейных) по деревянной обрешетке (см. рис. 5.4).

Особенности расчета настилов

Настилы условно рассматриваются как двухпролетные неразрезные балки. Схемы приложения нагрузок и расчетные схемы настилов приведе­ны на рис. 5.5, 5.6. Расчет ведется для полосы настила шириной 1 м с уче­том числа досок рабочего слоя на этой ширине (доски защитного слоя учи­тываются только при сборе нагрузок). При углах наклона кровли более 10° считается, что:

- постоянная нагрузка от покрытия (включая собственную массу на­стила) равномерно распределена по поверхности кровли;

-снеговая нагрузка зависит от формы покрытия и распределяется на горизонтальную проекцию кровли;

• ветровая нагрузка, при углах наклона кровли до 30°, разгружает настилы и в расчетах не учитывается;

-временная от сосредоточенного груза Р= 1∙1,2 = 1,2 кН. При разре­женном настиле с шагом досок а > 15 см нагрузка от сосредоточенного груза передается на одну доску (брусок); при сплошном настиле — на две доски; при двойном настиле (рабочем и защитном) этот груз счита­ется распределенным на ширину 0,5 м настила (Р = 2,4 кН).

Настилы рассчитываются на два сочетания нагрузок:

I сочетание: постоянная + временная снеговая (q'_р = q'_ПОСТ + s'),

М_р^I = q_р' l_р²/8. (5.1)

II сочетание: постоянная + временная от сосредоточенного груза (q'_р = q'_ПОСТ + P' ),

М_р^II= 0,07 q'_ПОСТ l_р² + 0,21P'l_р (5.2)

где Р' — расчетная нагрузка от сосредоточенного груза;

l_р — расчетный пролет настила.

На I сочетание нагрузок расчет ведется по формулам:

на прочность

α = М_р^I / W_нт ≤ R_и (5.3)

где М_р^I — расчетный изгибающий момент от I сочетания нагрузок;

W_нт — момент сопротивления нетто, W_{нт = (}bδ²/ 6) n;

b - рабочего настила; δ— толщина досок рабочего настила; n — число досок на расчетной ширине 1 м, п = 100/ b + с; с — рас­стояние между досками в свету;

на жесткость

f /l = 2,13q_x^нl_р³/ 384 EJ ≤ [f /l] = [1/150] (5.4)

При II сочетании нагрузок проверяется только прочность:

α = М_р^II/W_нт ≤ R_иm_н(5.5)

где М_р — расчетный изгибающий момент при II сочетании нагрузок;

т_н — коэффициент, учитывающий кратковременность действия на­грузки (т_н= 1,2).

Продольный и поперечный настилы рассчитываются на составляющие нагрузок, перпендикулярные скату кровли. Скатные составляющие нагру­зок воспринимаются жесткой основой крыши или косым настилом. Порядок конструктивного расчета настилов:

• по величине М_max (от I или II сочетания нагрузок) определяется тре­буемый момент сопротивления рабочего слоя W_тр;

• принимается по сортаменту толщина досок рабочего слоя δ;

• вычисляется требуемая общая ширина досок В на расчетной ширине 1 м по формуле В ≥ 6 W_тр /δ².

В результате расчета может получиться три варианта конструкции на­стила: 1) при В= 100 см — сплошной настил; 2) при В < 100 см — разре­женный настил, в этом случае принимают по сортаменту ширину досок рабочего настила b и рассчитывается шаг расстановки этих досок: а = 100b/В (см); 3) при В > 100 см — несущей способности настила недос­таточно, необходимо увеличить толщину досок рабочего настила или из­менить конструкцию настила.

Плиты покрытий на деревянном каркасе

Конструктивные особенности

Плиты покрытий состоят из несущего деревянного каркаса, обшивок, утеплителя и пароизоляции. По конструктивным особенностям и характе­ру работы отдельных элементов плиты покрытия можно классифициро­вать по следующим признакам: по теплотехническим свойствам (утеп­ленные и холодные); по светопропускной способности (светопрозрачные и светонепроницаемые); по форме поверхности (плоские и криволиней­ные); по материалу обшивок (из водостойкой фанеры, из плоских асбестоцементных листов, из других листовых материалов).

При выборе конструктивной схемы покрытия здания рекомендуется, как правило, беспрогонное решение, т. е. укладка плит непосредственно по несущим конструкциям.

Конструкция плит зависит от назначения здания, типа несущих конст­рукций и материала кровли. Рекомендуется применять следующие типы плит покрытия на деревянном каркасе:

1. Для плоских покрытий с уклонами 1/10; 1/12 и криволинейных покрытий с кровлей из рулонных материалов: клеефанерные плиты с двусторон­ними обшивками из водостойкой фанеры (один слой рулонного ковра на­клеивается на заводе); асбестоцементные плиты с двусторонними обшив­ками из плоских асбестоцементных листов; комбинированные плиты с внешней обшивкой из плоских асбестоцементных листов и внутренней обшивкой из листовых материалов на основе древесины или пластмасс.

2. Для плоских покрытий с уклонами 1/3; 1/4: комбинированные плиты с нижней обшивкой из водостойкой фанеры или плоских асбестоцемент­ных листов либо других листовых материалов и кровлей из волнистых ас­бестоцементных листов, стального профилированного настила, металло­черепицы или других аналогичных материалов, которые укладываются после монтажа плит.

Примеры плит покрытия на деревянном каркасе показаны на рис. 5.7-5.12 (размеры сечений элементов — условные).

Геометрические размеры плит назначаются следующим образом: длина плит зависит от шага несущих конструкций и, как правило, не превышает 6 м; ширина принимается равной 1,5... 3 м; высота плит h_п предварительно задается в пределах 1/20... 1/30 пролета плиты.

Каркас плит состоит из продольных и поперечных ребер. Ребра изготав­ливаются из древесины хвойных пород 2-го сорта или из клееной древесины. В необходимых случаях ребра каркаса плит проектируются из гнутых фанер­ных профилей или в виде балок с плоской или волнистой фанерной стенкой. Для гнутых фанерных профилей и клеефанерных балок используется водо­стойкая фанера марки ФСФ или бакелизированная фанера марки ФБС.

Расстановка продольных ребер производится с учетом работы верхней обшивки на местный изгиб от действия расчетных нагрузок. Практически шаг продольных ребер не превышает 0,5.. .0,75 м. Шаг поперечных ребер зависит от стандартной длины материала обшивки — под стыками обши­вок постановка поперечных ребер обязательна.

В качестве обшивок плит покрытия применяются:

- водостойкая фанера марки ФСФ и бакелизированная фанера марки ФБС. Толщина обшивок определяется расчетом, но должна быть не менее 6 мм. Стыки фанерных обшивок осуществляются на ус или зубчатым шипом типа П-10 по ГОСТ 19414-90;

• допускается стыкование фанеры впритык с установкой накладок. Фанерные обшивки и ребра каркаса, склеенные между собой синтетическими клеями в одно целое, образуют коробчатое (под рулон­ную кровлю) или тавровое (под асбестоцементную кровлю) сечение;

• плоские асбестоцементные листы по ГОСТ 18124 размерами 1,5 х 3 м, толщиной 8... 10 мм. Асбестоцементные листы крепятся к деревянному каркасу шурупами через предварительно просверленные и раззенкованные отверстия. Применяются шурупы диаметром 4...5мм и длиной 40.. .60 мм. Шаг расстановки шурупов 20.. .60 диаметров шурупа;

• плоские или волнистые полиэфирные стеклопластики, оргстекло, светопрозрачный поливинилхлорид — для изготовления светопрозрачных плит покрытия. Сами светопрозрачные плиты покрытия де­лаются одно- или двухслойные. В последнем случае средний слой представляет собой сотовое, кольцевое или ребристое заполнение из тех же материалов. Светопрозрачные листы обшивки крепятся к каркасу с помощью клея и шурупов.

В качестве утеплителя применяются: минераловатные плиты с плот­ностью до 150кг/м³, пенопласты, пенополиуретаны и другие эффектив­ные современные утеплители. Толщина слоя утеплителя определяется те­плотехническим расчетом.

Пароизоляция в плитах бывает пленочной (из полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм по ГОСТ 10354) или окрасочной (эмалями типа ПФ). Па­роизоляция располагается со стороны более высоких температур и защи­щает нижнюю фанерную обшивку либо деревянный каркас - в плитах с нижней обшивкой из плоских асбестоцементных листов.

В плитах покрытия должна быть обеспечена сквозная естественная вен­тиляция внутренних полостей наружным воздухом. В плитах под рулонную кровлю вентиляция осуществляется вдоль здания через отверстия в торцовых и поперечных ребрах каркаса. Площадь вентиляционных отверстий опреде­ляется расчетом в зависимости от температурно-влажностного режима поме­щения, климатического района и протяженности вентилируемого ската.

В плитах с одной нижней обшивкой вентиляция осуществляется в по­перечном направлении через волны или гофры кровельных листов — от карниза к коньку кровли.

Для защиты от загнивания древесина ребер пропитывается антисепти­ком (как правило, 10%-м составом кремнефтористого аммония) методом горяче-холодных ванн или методом погружения. Фанерные обшивки ок­рашиваются водостойкими эмалями типа ПФ.

В зданиях пролетами до 18 м плиты покрытия могут учитываться в ка­честве дополнительных горизонтальных связей при соответствующем креплении их к несущим конструкциям. Крепление плит к несущим кон­струкциям осуществляется, как правило, сверху (см. рис. 5.11, б).

Все плиты покрытий на деревянном каркасе относятся к сгораемым и мо­гут применяться в зданиях и сооружениях III... V степени огнестойкости, для категорий производств В, Г, Д, с пределами огнестойкости ограждающих конструкций — 0,25.. .0,5 ч в зависимости от материала обшивок.

Порядок расчета плит покрытия на деревянном каркасе

1. Анализируются исходные данные для проектирования (район строительства, тип здания по назначению, условия эксплуатации строи­тельных конструкций, уклон кровли, шаг несущих конструкций, схема приложения снеговой нагрузки на покрытие и другие факторы).

2. На основе анализа исходных данных выбирается тип плиты и конст­руируется ее поперечное сечение. Назначаются геометрические размеры плиты, материал и толщина обшивок, определяется требуемая толщина слоя утеплителя.

3. Выполняется статический расчет плиты по общим правилам строи­тельной механики как балки, свободно лежащей на двух опорах. Расчет­ный пролет плиты: l_р = l_п - 55 (мм), так как длина площадки опирания плит на несущие конструкции должна быть не менее 55 мм. Плиты рас­считываются на следующие нагрузки:

• постоянные (собственный вес + кровля),

• временные (снеговая нагрузка).

Верхняя обшивка плит под рулонную кровлю дополнительно рассчи­тывается на местный изгиб от сосредоточенной силы 1,2 кН от веса чело­века с инструментом. Ветровая нагрузка при углах наклона кровли до 30° в расчетах не учитывается.

4. Определяются геометрические характеристики поперечного сече­ния плиты. Фанерные обшивки и ребра каркаса, склеенные между собой синтетическими клеями в одно целое, образуют коробчатое или тавровое сечение. В этом случае геометрические характеристики сечения приводят к наиболее напряженному материалу, как правило, к фанере с помощью коэффициента приведения п:

п = Е_д/Е_ф, (5.6)

где Е_д — модуль упругости древесины;

Е_ф — модуль упругости фанеры.

5. Конструктивный расчет заключается в проверке прочности и жест­кости плит, затем конструируются стыки плит и узлы их крепления к не­сущим конструкциям.

Методика конструктивного расчета зависит от типа плиты. Рассмот­рим порядок конструктивного расчета клеефанерной плиты под рулон­ную кровлю (см. рис. 5.11), которая наиболее часто применяется в покры­тиях зданий:

а) проверяются напряжения в нижней растянутой фанерной обшивке по формуле

α_{р =} M / W_пр ≤ m_ф R_ф.р. (5.7)

где М—расчетный изгибающий момент;

W_пр — приведенный момент сопротивления поперечного сечения плиты;

m_ф — коэффициент, учитывающий снижение расчетного сопротив­ления в стыках фанерной обшивки: для фанеры марки ФСФ m_ф = 0,6; для бакелизированной фанеры ФБС m_ф = 0,8; при от­сутствии стыков m_ф = 1;

R_ф.р.— расчетное сопротивление фанеры растяжению в плоскости лис­та (см. табл. 10 [2]).

Приведенный момент сопротивления поперечного сечения клеефанер­ной плиты определяется по формуле

W_{пр =} J_пр /γ₀ (5.8)

где J_пр — момент инерции сечения плиты, приведенный к фанере;

γ₀ — расстояние от центра тяжести приведенного сечения до внеш­ней грани обшивок (нижней или верхней).

При определении J_пр и W_пр расчетную ширину фанерных обшивок при­нимают: b_расч = 0,96 при l >6а; b_расч = 0,15(1/а) b при l < 6а (b -- полная ширина сечения плиты, l —расчетный пролет плиты, а—расстояние меж­ду осями продольных ребер плиты);

б) проверяется устойчивость верхней сжатой обшивки плиты по формуле

α_с = M / φ_ф W_пр ≤ R_{ф.с .} (5.9)

где φ_ф — коэффициент продольного изгиба фанеры:

φ_ф = 1250 / (с/δ)²при с/δ ≥50;

φ_ф = 1 - (с/δ)²/ 5000 при с/δ ˂ 50

(с — расстояние между продольными ребрами в свету; δ — толщина фа­неры);

R_ф.с — расчетное сопротивление фанеры сжатию в плоскости листа. Проверка верхней обшивки на местный изгиб не производится, если при компоновке сечения плиты расстояние между продольными ребрами принималось из условия обеспечения прочности обшивки от действия временной нагрузки 1,2 кН;

в) производится проверка на скалывание ребер каркаса плит или об­шивки по клеевому шву в месте примыкания ее к ребрам по формуле:

τ = QS_пр / J_пр b_расч. ≤ R_ск (R_ф.ск. ) (5.10)

где Q - расчетная поперечная сила;

S_{пр -} приведенный статический момент сдвигаемой части сечения относительно нейтральной оси;

b_{расч. -} расчетная ширина сечения, равная сумарной ширине продоль­ных ребер каркаса;

R_ск — расчетное сопротивление скалыванию древесины ребер;

R_ф.ск. — расчетное сопротивление фанеры скалыванию вдоль волокон наружных слоев.

г) проверяется жесткость плиты от нормативных нагрузок по формуле:

f / l = 5q l / 384 0,7 E J ≤ [f / l] = 1 /250 (5.11)

6. После выполнения расчетов необходимо оценить полученные ре­зультаты и сделать один из следующих выводов:

- условия прочности и жесткости выполняются — принятую конструк­цию плиты можно рекомендовать к изготовлению и применению;

• конструкция плиты не удовлетворяет условиям прочности и жестко­сти — требуется увеличить сечение ребер или перекомпоновать все сечение и повторить расчет;

плита запроектирована с большими запасами прочности и жесткости (более 25 %) — необходимо уменьшить размеры сечения плиты или количество ребер и повторить.

ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ДЕРЕВЯННЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Общие сведения

В принципе совокупность конструкций покрытия любого здания или сооружения представляет собой пространственную систему. Например, обычное покрытие из плоскостных стропильных ферм: фермы объедине­ны между собой связями, распорками, настилом или плитами покрытий и фактически работают совместно. В общем случае определение усилий и напряжений в такой системе — сложная многократно статически неоп­ределимая задача. В целях упрощения расчета и конструирования эти сис­темы расчленяются на отдельные плоские конструкции, условно работаю­щие независимо друг от друга. Фактическая же пространственная работа конструкций, не учитываемая расчетом, создает дополнительную надеж­ность и, как правило, идет в запас прочности.

Таким образом, к собственно пространственным деревянным конст­рукциям (ПДК) относятся такие системы, которые обеспечивают совмест­ную работу большинства элементов покрытия, включая ограждающие конструкции, в двух или более плоскостях на воздействие расчетных на­грузок. Совместная работа элементов покрытия обеспечивается конструк­тивными мерами — путем устройства надежных связей элементов между собой.

Достоинства ПДК в сравнении с плоскостными конструкциями:

• меньший расход материалов за счет включения в работу вспомога­тельных элементов;

• более надежная работа — выход из строя отдельных элементов не приводит к аварии всего сооружения за счет включения в работу смежных элементов;

• более эффективно используется внутреннее пространство поме­щения;

• высокая архитектурная выразительность.

Недостатки ПДК: повышенная сложность и трудоемкость монтажа, необходимость устройства лесов, менее надежная работа при воздействии больших односторонних нагрузок и сосредоточенных сил.

Области применения ПДК: общественные здания (выставочные па­вильоны, рынки, цирки, спортзалы); производственные и вспомогатель­ные здания (склады, гаражи, ангары).

Классификация ПДК. Пространственные деревянные конструкции от­личаются большим многообразием статических схем и конструктивных особенностей. Условно их можно классифицировать по следующим при­знакам:

• по геометрической форме поверхности: цилиндрические; сфериче­ские; складчатые; параболические, гиперболические и т. д.;

• по форме в плане: круглые; квадратные; прямоугольные; много­ угольные и т. д.;

• по конструктивным особенностям: купола; цилиндрические сво­ды-оболочки; кружально-сетчатые своды и купола; структурные системы.

Из оболочек отрицательной кривизны наибольший интерес представ­ляют гиперболические параболоиды — гипары. В качестве примеров рас­смотрим два характерных типа ПДК, нашедших применение в практике строительства: купола и кружально-сетчатые своды.

Купола

Конструктивные особенности куполов

Очертание оси куполов зависит от диаметра, архитектурных и техно­логических требований и других факторов. Диаметр куполов изменяется в пределах от 30 до 100 м и более. Например, покрытие, разработанное фирмой «Вайерхозер» (США) в форме ребристого купола из клееной дре­весины и фанеры, имеет диаметр 257 м.

По конструктивным особенностям купола подразделяются на тонко­стенные купола-оболочки, ребристые купола, ребристо-кольцевые, сетча­тые купола и т. д.; по форме поверхности вращения — сферические, эл­липсоидные, конические и т. д.

При конструировании куполов используется принцип многосвязности системы, при котором нагрузка через систему жестких связей передается не только основным элементам каркаса, но и элементам покрытия (прого­нам, плитам покрытия и др.). Благодаря этому купола более экономичны по сравнению с обычными плоскими системами, в которых реализуется принцип концентрации материала в несущих конструкциях, а другие эле­менты выполняют лишь вспомогательные функции.

Наибольшее распространение получили ребристые и ребристо-коль­цевые купола. Основными элементами таких куполов являются меридио­нальные арочные ребра, верхнее кружальное кольцо и нижнее опорное кольцо (рис. 11.1, 11.2). Меридиональные ребра воспринимают сжимаю­щие усилия в оболочке по направлению меридианов и передают их на верхнее и нижнее кольца.

Ребра изготавливают из клееной древесины. Ширина поперечного се­чения ребер принимается 140...300 мм, высота предварительно назнача­ется не менее 1/100 диаметра купола. Шаг ребер по нижнему опорному кольцу назначают в пределах 3.. .6 м.

На опорные кольца передаются продольные и поперечные силы. От действия этих усилий нижнее кольцо работает на растяжение, а верх­нее — на сжатие. Нижнее кольцо проектируют, как правило, железобетон­ным, а верхнее — металлическим.

Крепление ребер купола к кольцам осуществляется классическими шар­нирами по типу узлов клееных деревянных арок (см. главу 7). Для обеспече­ния устойчивости ребер из плоскости, а также общей жесткости купола уст­раивается система связей (см. рис. 11.1, б и 11.2).

Особенности расчета куполов

Основными нагрузками, действующими на купол, являются: собственная масса конструкций покрытия, снеговая нагрузка, нагрузка от подвесного тех­нологического оборудования и для высоких куполов ветровая нагрузка. Для пологих куполов ветровая нагрузка в расчетное сочетание не входит, по­скольку разгружает купол. Примерная схема приложения нагрузок на поло­гие купола дана на рис. 11.1, а. Если угол α = 50° выходит за границы купола, то в формулу для определения максимальной ординаты снеговой нагрузки подставляется угол наклона опорного радиуса (см. рис. 9.4, а).

Методика расчета куполов зависит от типа оболочки и вида действующих нагрузок. Точный расчет куполов весьма сложен. В учебных целях расчет ку­полов можно выполнять по приближенному, упрощенному методу, который практически не отличается от расчета плоских трехшарнирных арок (см. гла­ву 7). Суть этого метода состоит в разделении пространственной системы на отдельные плоские арки и введении ряда допущений. Основные допущения приближенного метода: две полуарки, прерванные верхним кружальным кольцом, условно рассматриваются как единая арка с шарниром в коньке; при расчете на несимметричные нагрузки упругий отпор арок, расположенных под углом к рассматриваемой арке, не учитывается. При отношении f/D < 1/4 ветровая нагрузка не учитывается.

В этом случае пространственная работа не учитывается или учитыва­ется приближенно с помощью коэффициентов условий работы. Более точ­ные методы при ручном расчете достаточно трудоемки, поэтому наиболее целесообразно использовать универсальные программы статического расчета конструкций для ЭВМ.

Нижнее растянутое железобетонное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для железобетонных конструкций. Верхнее металлическое кру­жальное кольцо рассчитывается по нормам и правилам для стальных конст­рукции. Диаметр верхнего кружального кольца назначается минимальным, ис­ходя из условия размещения требуемого количества меридиональных ребер.

Требуемый момент инерции сечения верхнего кружального кольца на­ходится по формуле

J_к > 1/32 ∙ H / cos α ∙ a² m² /πE (11.1)

По требуемому моменту инерции по сортаменту подбирается соответ­ствующий номер швеллера или конструируется сварной швеллер кру­жального кольца, которое затем проверяется на устойчивость по формуле

N_к = [ 4π / m]² ∙ E J_к / a² ≥ N = H / 2cos α (11.2)

J_к — момент инерции сечения верхнего кружального кольца относительно вертикальной оси;

H — распор арки при расчетном сочетании нагрузок;

а — длина стороны многоугольника;

т — число сторон правильного многоугольника - число ребер (полуарок);

Е — модуль упругости стали;

α — половина внутреннего угла между сторонами многоугольника:

α = (180 – β) / 2, β = 360/ m.