Виды и области применения

Деревянные арки широко используют в качестве основных несущих конструкций зданий различного назначения. Их применя­ют в покрытиях промышленных, сельскохозяйственных и общест­венных зданий пролетом от 12 до 70 м. В практике зарубежного

Рис. 13.1. Схемы деревянных арок:

а — арки без затяжек; б — арки с затяж­ками; в — сквозные арки; / — треугольная; S — пятиугольная; 3 — стрельчатая; 4 — сегментная

строительства с успехом применяют деревянные арки пролетом до 100 м и более.

По статической схеме арки разделяют на трехшарнирные и двухшарнирные без ключевого шарнира. По схеме опирания (рис. 13.1) их делят на арки без затяжек, распор которых передается на опоры, и арки с затяжками, воспринимающими распор, который в данном случае на опоры не передается. По форме оси арки де­лят на треугольные из прямых полуарок, сегментные, оси которых располагаются на общей окружности, и стрельчатые, состоящие из полуарок, оси которых располагаются на двух окружностях, смы­кающихся в ключе под углом. По конструкции они делятся на цель­ные, клееные и арки из ферм.

Трехшарнирные арки являются наиболее распространенными. Они статически определимы и усилия в них не зависят от деформа­ций опор и затяжек. В коньковом шарнире без затруднений осуще­ствляется монтажный стык. Двухшарнирные арки применяют в отдельных случаях только при сегментной форме и клееной конст­рукции. Они не имеют преимуществ трехшарнирных, но позволяют получить некоторую экономию древесины.

Арки без затяжек, опирающиеся непосредственно на фундамен­ты или элементы несущего каркаса зданий, являются наиболее простыми. Они состоят всего из двух основных крупных элемен­тов— полуарок, соединенных в трех узлах. Такие арки применяют в покрытиях помещений значительной высоты, как правило, без вертикальных стеновых ограждений, например в покрытиях скла­дов сыпучих материалов, спортивных и зрелищных помещений. ^хАрки с затяжками применяют в покрытиях общего типа а том же качестве, что балки и фермы, и опирают на несущие стены.

Арки из клееных элементов заводского изготовления имеют наи­более широкую область применения, поскольку их форма, размеры и несущая способность могут отвечать требованиям сооружения покрытий самого различного назначения, в том числе уникальных по своим размерам. Арки из цельных элементов построечного изго­товления могут в ряде случаев найти эффективное применение, од­нако их форма, пролеты и несущая способность строго ограничены сортаментом лесоматериалов.

Дощатоклееные арки, склееные из досок плашмя в условиях заводского изготовления, получили наиболее широкое распростра­нение в строительстве. Они имеют повышенную стойкость против гниения, коррозии и возгорания и состоят из малого числа крупных элементов и соединений. Элементы таких арок имеют, как правило, прямоугольные сечения. Клееные арки могут иметь любую из ука­занных выше форм и применяются в покрытиях с пролетами от '. 12 до 60 м.

Треугольные клееные арки имеют трехшарнирную схе­му и применяются без затяжек при высоте до '/2 пролета и с затяж­ками при высоте от Vs До Ve пролета в покрытиях пролетом до 24 м. Пояса таких арок имеют сечение шириной не более 17 см, что поз­воляет, склеивать их из цельных по ширине досок. Затяжки этих арок состоят в большинстве случаев из арматурной или профиль­ной стали. Применение деревянных клееных затяжек позволяет повысить монтажную жесткость арок, их стойкость против корро­зии и степень их огнестойкости. При склеивании таких затяжек стыкование досок по длине позволяет исключить значительные цо-роки и обеспечить надежность их работы на растяжение.

Треугольные клееные арки отличаются простотой изготовления, не требуя гнутья досок при склеивании. Однако они требуют повы­шенного расхода древесины, поскольку в их поясах возникают значительные изгибающие моменты. Полуарки крепятся в узлах,. как правило, с некоторым эксцентриситетом относительно их дей­ствительных осей. Благодаря этому в них возникает от действия продольных сил изгибающий момент, уменьшающий момент от вертикальных распределенных нагрузок.

Сегментные клееные арки могут иметь как трехшар­нирную, так и двухшарнирную схемы. Применение двухшарнирных арок целесообразно при малых пролетах, допускающих транспор­тирование поясов или арок целиком, а также при больших проле­тах, когда необходимо иметь несколько монтажньщ жестких узлов по длине пояса и шарнир лишается монтажного значения. Сегмен­тные арки без затяжек высотой до ¹/₂ пролета и с затяжками высо­той до '/6 пролета применяются в покрытиях пролетом до 60 м и более. Это объясняется тем, что изгибающие моменты в них от распределенных нагрузок значительно меньше, чем в треугольных арках, а сосредоточенные нагрузки, вызывающие большие момен­ты, к ним не прикладываются.

Сечение поясов сегментных арок при небольших пролетах при­нимается шириной до 17 см без поперечных стыков. При пролетах более 30 м размеры сечений по ширине получаются большими, чем ширина досок, и их собирают из слоев, состоящих из досок, склеен­ных кромками. Затяжки арок больших пролетов проектируются,, как правило, из профильной стали. В арках малых пролетов при­меняются затяжки из арматурной стали или из клеенной древесины.

Стрельчатые клееные арки имеют трехшарнирную схе­му и сегментное очертание полуарок. Их применяют, как правило, без затяжек при высотах, близких к ^: /2 пролета в покрытиях про­летом до 50 м. Сечения их при больших пролетах собираются из слоев, состоящих из двух-трех досок по ширине. Стрельчатые кле­еные арки применяют при действии и распределенных и сосредото­ченных в зоне ключевого узла нагрузок от подвесного оборудова­ния, как, например, в складах сыпучих материалов. Пятиугольные арки имеют те же параметры, что и стрельчатые.

Величины усилий в сечениях трехшарнирных арок существенно зависят как от величин и характера нагрузок, так и формы их осей. Чем больше относительная величина сосредоточенной в зоне ключа нагрузки, тем ближе форма оси арки должна приближаться к треугольной, при которой от этой нагрузки не возникает изги­бающих моментов. Чем больше относительная величина распреде­ленных нагрузок, тем больше форма оси арки должна приближаться к параболической, пр» которой изгибающие моменты от этих нагрузок являются минимальными. При действии распределенных и сосредоточенных в ключе нагрузок в различных сочетаниях наи­лучшей формой арки является промежуточная — стрельчатая, при которой оптимальная кривизна полуарок определяется с помощью электронных вычислительных машин.

Приближенно определить наиболее рациональную форму оси стрельчатой арки можно следующим способом. На стрельчатую арку пролетом l и высотой f действуют следующие основные вертикальные нагрузки — от массы покрытия и арок g, от массы снега р (эти нагрузки условно считают равномерно распределенными

Рис. 13.2. Расчетные схемы трехшарнирной стрельчатой аркиз