Архитектура.Пособие (покрытия) / Раздел 3

3. Плоскостные распорные конструкции покрытий

3.1. Общие сведения

Основным отличием распорных конструкций от безраспорных, передающих на опоры только вертикальные нагрузки, является наличие распора. Распором называется горизонтальная составляющая опорной реакции, которая возникает при действии вертикальной нагрузки.

К основным распорным конструкциям относятся рамы и арки.

Рамами называют плоские стержневые конструкции, состоящие из стоек (вертикальных или наклонных элементов) и ригелей (прямолинейных, ломаных или криволинейных пролетных элементов). Геометрические схемы рам приведены на рисунке 3.1.1.

Рис. 3.1.1. Геометрические схемы рам

Стойки и ригели соединяются между собой жестко, благодаря чему при действии нагрузки на какой-либо один элемент, включаются в работу все элементы рамы, т.е. происходит перераспределение усилий. Это позволяет уменьшить высоту сечения ригеля, а, следовательно, более эффективно использовать материал конструкции.

В статическом отношении рамы могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и бесшарнирными (рис.1.2). В зависимости от количества пролетов рамы могут быть однопролетными и многопролетными. По величине пролета различают рамы с малыми пролетами (до 15-18 м), со средними пролетами (18-36 м) и большепролетные (от 36 до 100-120 м).

Арка – это конструкция криволинейного или ломаного очертания, перекрывающая пролет между двумя опорами. Характерной особенностью арок является их работа преимущественно на сжатие. Характер работы материала арки во многом определяется ее очертанием и статической схемой.

Наиболее часто применяются арки круговые, параболические, стрельчатые и треугольные (рис. 3.1.2). Однако возможно использование и других кривых или кривых, состоящих из отрезков различной кривизны. По статической схеме арки также могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и бесшарнирными (рис. 3.1.3).

Бесшарнирные рамы и арки наиболее экономичны с точки зрения расхода материала, однако они особенно чувствительны к неравномерным осадкам опор и их рекомендуется применять только на надежных основаниях. Величина распора в них наименьшая по сравнению с другими статическими схемами.

Рис.3.1.2. Очертания арок

а – параболическая; б – круговая; в – стрельчатая; г – треугольная; д - эллиптическая

Рис.3.1.3. Статические схемы арок

а – бесшарнирная; б – двухшарнирная; в – трехшарнирная

Двухшарнирные и трехшарнирные рамы и арки менее чувствительны к осадкам опор, чем бесшарнирные, но величина распора у них больше (чем больше шарниров, тем больше распор). Наличие шарниров значительно упрощает членение их на сборные элементы.

При прочих равных условиях арки имеют больший распор, чем рамы. Величина распора зависит также от кривизны арки: чем более пологая арка, тем больше распор. Таким образом, максимальный распор возникает в опорных узлах пологих арок.

Чтобы избежать передачи распора на нижележащие конструкции (колонны, стены, фундаменты) в уровне опорных шарниров арок можно предусматривать установку стальных затяжек (рис. 3.1.4 а). В большепролетных арках затяжка может располагаться под полом.

При отсутствии затяжек распор передается на грунт. При этом арки могут опираться непосредственно на фундаменты, имеющие развитую в направлении действия распора подошву (рис. 3.1.4 б), на рамные  конструкции пристроек или на усиленные контрфорсами стены, передающие усилия на фундаменты.

Рис. 3.1.4. Варианты передачи распора

а – на затяжку; б – на рамную конструкцию фундамента

Несколько снизить величину максимального изгибающего момента в арке или ригеле рамы и одновременно уменьшить распор позволяют разгружающие консоли (рис. 3.1.5).

Рис. 3.1.5. Консольные распорные конструкции

а – консольные рамы; б - консольная арка

Все плоскостные распорные конструкции обладают достаточной жесткостью в своей плоскости. В продольном направлении пространственная жесткость обеспечивается таким же образом, как и в зданиях с плоскостными безраспорными конструкциями, т.е. несуще-ограждающими конструкциями покрытия, вертикальными и горизонтальными связями (раздел 5).

В настоящем пособии рассмотрены наиболее часто применяемые в промышленном строительстве плоскостные распорные конструкции из металла и дерева. Железобетонные рамы применяют, главным образом, в объектах сельскохозяйственного назначения (Серия 1.822.1-6. Железобетонные рамы для однопролетных сельскохозяйственных производственных зданий с уклоном кровли 1:4) и нами не рассматриваются.

70