
- •Введение
- •1.1. Общие сведения об инженерных конструкциях
- •1.2. Историческая справка. Вклад отечественных инженеров и ученых в теорию и практику инженерных конструкций
- •2. Материалы, применяемые для изготовления инженерных конструкций
- •2.1. Строительные стали и алюминиевые сплавы, их классификация
- •2.2. Механические свойства металлов
- •2.3. Сортамент металла
- •Контрольные вопросы
- •3. Основные положения расчета инженерных конструкций
- •3.1. Суть метода расчета по предельным состояниям
- •3.2. Нагрузки и воздействия
- •Сочетания нагрузок
- •3.3. Нормативные и расчетные сопротивления материалов
- •Контрольные вопросы
- •4. Расчет элементов металлических конструкций
- •4.1. Основные положения расчета
- •4.2. Расчет центрально-растянутых элементов
- •4.3. Расчет центрально-сжатых элементов
- •4.4.Расчет изгибаемых элементов
- •4.5. Расчет внецентренно - сжатых элементов
- •Контрольные вопросы
- •5. Соединения в металлических конструкциях
- •5.1.Сварные соединения
- •5.1.1. Сварка в строительстве
- •5.1.2. Виды сварки
- •5.1.3. Виды сварных швов и соединений
- •5.1.4. Расчет стыковых и угловых швов
- •5.2. Заклепочные и болтовые соединения
- •5.2.1. Общие сведения о заклепочных и болтовых соединениях
- •5.2.2. Расчет и конструирование болтовых и заклепочных соединений
- •Контрольные вопросы
- •6. Основы проектирования балок и балочных клеток
- •6.1.Назначение балок, их типы и область применения
- •6.2. Основы проектирования балочных клеток
- •6.3. Основные положения расчета балок
- •6.4. Расчет балок
- •Расчет поясных соединений
- •7. Колонны и стойки
- •7.1. Типы колонн и стоек
- •7.2. Расчет колонн
- •7.3. Типы и конструкции оголовков и баз колонн
- •Контрольные вопросы.
- •8. Проектирование ферм гражданских и общественных зданий
- •8.1. Назначение и основные группы ферм
- •8.2. Стропильные фермы и их типы
- •8.3. Определение генеральных размеров ферм
- •8.4. Элементы кровельного покрытия по металлическим фермам
- •8.5. Основы расчета стропильных ферм
- •8.6. Общие принципы конструирования ферм
- •Контрольные вопросы
- •9. Стальные каркасы зданий средней и малой этажности
- •9.1. Область применения стальных каркасов
- •9.2. Каркасы производственных зданий
- •9.3. Легкие металлические конструкции зданий
- •Контрольные вопросы
- •10. Стальные каркасы высотных зданий
- •10.1. Назначение и системы стальных каркасов
- •10.2. Рамная, связевая и рамно-связевая системы
- •10.3. Каркасно - ствольная и коробчато-ствольная системы
- •10.4. Стальные каркасы сверхвысотных зданий
- •10.5. Основы компоновки, конструирования и расчета стальных каркасов
- •10.6. Противопожарная защита стальных каркасов
- •Контрольные вопросы
- •11. Конструкции большепролетных покрытий
- •11.1. Область применения и классификация большепролетных покрытий
- •11.2. Балочные конструкции покрытия
- •11.3. Рамные конструкции
- •11.4. Арочные покрытия
- •11.5. Купола
- •11.6. Структурные и перекрестно-балочные системы покрытий
- •Контрольные вопросы
- •12. Висячие покрытия
- •12.1. Общая характеристика висячих покрытий
- •12.2. Конструктивные элементы висячих покрытий
- •12.3. Основы расчета висячих покрытий и способы уменьшения их деформативности
- •12.4. Конструктивные решения висячих покрытий
- •12.4.1. Конструктивные решения однопоясных покрытий
- •12.4.2. Конструктивные решения двухпоясных покрытий
- •12.4.3. Конструктивные решения седловидных шатровых покрытий
- •12.4.4. Конструктивные решения вантовых и висячих комбинированных покрытий
- •Контрольные вопросы
- •Список литературы
11.4. Арочные покрытия
Арочные конструкции наиболее эффективны в зданиях с пролетами 60…70 м, функциональный объем которых вписывается в криволинейное очертание. К таким зданиям относятся дворцы спорта, выставочные павильоны.
Арки хорошо работают при отсутствии сосредоточенных сил и при небольших временных нагрузках. По затратам металла арки экономичнее балочных и рамных конструкций, но они являются распорными системами, т.е. имеются и горизонтальные опорные реакции. Распор может восприниматься мощными фундаментами или затяжками, соединяющими опоры арки между собой. В последнем случае система становится внешне безраспорной, и горизонтальные силы на фундаменты здания не передаются.
По статической схеме арки делятся на трехшарнирные (рис.11.3 а), двухшарнирные 1,11.3 б) и бесшарнирные (рис.11. 3 в). Трехшарнирные арки нечувствительны к осадкам опор и температурным деформациям, но по затратам материала наименее выгодны. Они обычно используются при строительстве на слабых основаниях. Наиболее часто применяются в покрытиях двухшарнирные арки, особенно с затяжками. В бесшарнирных арках опоры жестко заделываются в фундамент. По затратам металла они наиболее экономичны, но из-за больших опорных моментов их применять рационально при строительстве на скальных основаниях.
Конструктивные решения арок разнообразные. Очертание поясов трехшарнирной арки чаще применяется серповидным в соответствии с характером распределения изгибающих моментов (рис. 11. 3 а). Двухшарнирные арки выполняются с постоянной высотой сечения (рис. 11. 3 б), а бесшарнирные утолщаются к опорам (рис. 11. 3. в). Сечения арок могут быть сплошными в виде сварных или прокатных широкополочных двутавров. Высота сечения сплошных арок составляет
1/50...1/80 пролета. Сквозные арки выполняются из уголков, швеллеров, труб и могут быть плоскими, а при больших пролетах пространственными трехгранными (рис. 11. 3. г). Высота сечения сквозных арок составляет 1/30...1/40 пролета.
Ответственными узлами арок являются опорные и ключевые шарниры В качестве опорных наиболее простые по конструкции плиточные шарниры (рис.11.4 а), которые применяются в легких арках при вертикальном примыкании надопорной части. В тяжелых арках больших пролетов используются балансирные шарниры (рис.11.4 в), аналогичные опорным устройствам балочных конструкций. Пятниковый шарнир (рис. 11. 4 б) представляет собой опорное гнездо - пятник, в которое вставляется опорная часть арки. Ключевые шарниры трех шарнирных арок могут иметь плиточную или балансирную конструкцию (рис. 11. 5) В легких арках в ключе, устраивают листовые шарниры, в которых свободный поворот обеспечивается изгибом горизонтального листа.
Усилия в арках определяют методами строительной механики. Наиболее распространены 2-х шарнирные арки, они являются системами один раз статически неопределимы. Для предварительных расчетов непологих арок при равномерно зеленной нагрузке распор можно определить по формуле
н= q l2/ 8f
где f - стрела подъема арки (рис. 11.6а). Изгибающий момент, продольная и поперечная сила в сечениях арки, расположенном на расстоянии х от опоры, определяются по формулам
Mx = Mb – н*у;
Nx = Qb sin a + H cos a;
Qx = Qb cosa – H sina.
В приведенных формулах Mx; Qx - изгибающий момент и поперечная сила, вычисленные также, как для балки пролетом l, равным пролету арки, у - ордината оси арки на расстоянии х от опоры, a - угол между горизонталью и касательной к оси арки в рассматриваемом сечении.
В сквозных арках (рис. 11.6. б) усилия в поясах и решетке могут быть получены с использованием формул
Nb
= Nx
/2
Mx
/h;
Nd
= -Qx
sin
где Nb - усилие в верхнем и нижнем поясах, вычисляемые с зачетом изгибающего га б сечении, Nd - усилие в раскосе, h - высота сечения арки,
- угол между раскосом и поясом.