- •1. Коррозия металла. Основные методы борьбы с коррозией в различных видах конструкций
- •2. Классификация сталей по прочности. Механические хар-ки сталей. Марки сталей для металлич-х констр-ций
- •3. Основные положения метода расчета мк по предельным состояниям; группы пред-х сост-й
- •4. Характиристика соединений мк
- •5. Виды сварки, типы сварных швов и соединений, их расчет
- •6. Виды и общая хар-ка болтовых соединений. Расчет болтов. Особенности работы и расчета соединений на высокопрочных болтах
- •Соединения на высокопрочных болтах
- •7. Характеристика балочных конструкций. Типы балок, компоновка балочных конструкций (клеток)
- •8. Прокатные стальные балки. Подбор и проверка сечения прокатных балок
- •9. Проверка прочности и прогибов составных сварных балок
- •10. Проверка и обеспечение общей устойчивости стальных балок. Проверка и обеспечение местной устойчивости эл-ов сечения составных балок (поясов и стенки)
- •11. Типы центрально-сжатых сплошных колонн, их конструирование и расчет
- •12. Типы центрально-сжатых сквозных колонн, их конструирование и расчет стержня.
- •13. Базы центрально-сжатых колонн, их конструирование и расчет
- •14. Фермы. Классификация ферм. Конструктивные решения
- •15. Расчет ферм. Сбор нагрузок и определение усилий в стержнях
- •16. Типы сечений эл-ов ферм, подбор сечений стержней
- •17. Конструктивное оформление и расчет узлов ферм
- •18. Основы проектирования конструкций стального каркаса производственных зданий
- •19. Типы внецентренно-сжатых сплошных колонн, их конструирование и расчет
- •20. Типы внецентренно-сжатых сквозных колонн, их конструирование и расчет
- •21. Особенности работы и расчета подкрановых балок, их конструктивное решение
- •22. Связи. Их виды, назначение и решение
- •23. Фахверк. Его назначение и конструктивное решение
- •24. Рамные конструкции покрытий большепролетных зданий. Общие сведения о конструкциях и их работе под нагрузкой.
- •25. Арочные покрытия больших пролетов. Особенности конструирования и расчет
- •26. Пространственно-стержневые системы- структуры. Общие сведения о конструкциях и их работе под нагрузкой
- •27. Висячие покрытия. Общие сведения о конструкциях и их работе под нагрузкой
- •28. Основные сведения о легких металлических конструкциях, их особенностях и конструктивных решениях
25. Арочные покрытия больших пролетов. Особенности конструирования и расчет
Типы арок и компоновка арочных покрытий.
Арочные системы становятся существенно экономичнее рамных, начиная с пролетов 80 м и более.
В большепролетных покрытиях чаще всего встречаются однопролетные арки. По статической схеме они могут быть трехшарнирными, двухшарнирными и бесшарнирными (рис. 18.13).
Трехшарнирные арки в силу статической определимости нечувствительны к перемещениям опор и температурным изменениям. Однако наличие конькового шарнира усложняет конструкцию арки и требует выполнения мероприятий, обеспечивающих герметичность кровли над шарниром, без стеснения взаимного поворота полуарок. Трехшарнирные арки по сравнению с другими типами наиболее деформативны и имеют повышенный расход металла.
Бесшарнирные арки обладают в определенном смысле противоположными качествами. Это трижды статически неопределимая система, максимально реагирующая на перемещения опор и изменение температуры и требующая массивных фундаментов для восприятия опорных моментов. С другой стороны, бесшарнирные арки обладают наибольшей жесткостью и наилучшим распределением изгибающих моментов по длине, что обеспечивает снижение расхода металла на арку. Однако это не всегда приводит к общей экономии из-за повышенной стоимости фундаментов, особенно при слабых грунтах. Отсутствие конькового шарнира упрощает и делает более надежной конструкцию кровли.
В двухшарнирной арке достоинства и недостатки двух предыдущих систем сглажены. Она менее чувствительна к осадкам опор и изменениям температуры по сравнению с бесшарнирной в силу однажды статической неопределимости, более экономична по сравнению с трехшарнирной аркой, не имеет проблем, связанных с коньковым шарниром, а фундаменты не испытывают влияния опорных моментов. Поэтому двухшарнирные арки получили наибольшее распространение на практике.
Конструктивные особенности арок.
Решетка арок относительно слабо нагружена. Элементы ее компонуются либо из уголков, либо из небольших швеллеров. Часто они подбираются по предельной гибкости, что стимулирует уменьшение высоты сечения арки. Наиболее рациональная форма решетки — треугольная со стойками или без них (рис. 18.22, а). Оптимальный угол наклона раскосов решетки относительно пояса равен приблизительно 45°, что обеспечивает компактное решение узлов сквозной арки.
Прогоны покрытия можно ставить вертикально (рис. 18.22, б). В этом случае решетка арки компонуется по раскосной схеме. Она менее удобна при изготовлении арок, так как все элементы ее будут иметь разную длину.
Главные прогоны кроме своего основного назначения — поддержание кровли — выполняют другую функцию — обеспечение общей устойчивости плоских арок из своей плоскости. Для этого прогоны должны быть закреплены в узлах пространственных блоков, образованных поперечными горизонтальными связями.
Опорные шарниры могут быть трех типов: плиточные, пятниковые и балансирные. Сквозные арки около опоры, как правило, переходят в сплошное сечение, поэтому опорные шарниры в сплошных и сквозных арках имеют одинаковую конструкцию.
Особенности расчета арок. Расчет нагрузок. При расчете арок учитываются постоянные (собственный вес арок, прогонов, связей, элементов покрытия) и временные (снег, ветер, технологическое оборудование и др.) нагрузки. При подсчете вертикальных нагрузок (собственный вес, снег) следует учитывать переменный угол наклона касательной к арке относительно горизонтали.
Для снеговой нагрузки следует также учитывать неравномерность ее распределения на поверхности криволинейного покрытия (СНиП 2.01.07—85. Нагрузки и воздействия).
Наибольший интерес представляет ветровая нагрузка на арочное покрытие. В нормах характер ее распределения определяется аэродинамическим коэффициентом, знак и величина которого существенно зависят от конфигурации и соотношений размеров здания. При расчете арочного покрытия необходимо рассмотреть все возможные варианты ветрового воздействия.
Определение усилий и проверка общей устойчивости. При определении усилий в элементах арочного покрытия (арки, прогоны и т.п.) их обычно рассматривают как стержневые элементы и применяют известные методы строительной механики. Усилия в поясах сквозных арок Nn можно определить по упрощенной формуле:
а – расстояние от ц.т. сечения до противоположного пояса; h – расстояние между ц.т. поясов; N и М – нормальная сила и изгибающий момент.
Усилия в элементах решетки определяются по формуле:
При мощных поясах арки и относительно слабой решетке со стойками в раскосах возникают дополнительные усилия от обжатия поясов:
Nср, Аср – средние усилие и площадь поперечного сечения; Ар – площадь поперечного сечения раскоса.
Арка как сжато-изогнутый стержень может потерять устойчивость в плоскости действия момента и из плоскости. В первом случае она рассматривается как криволинейный стержень, закрепленный на концах. Критическая сжимающая сила в первом приближении может быть определена по формуле типа Эйлера:
TI – жесткость арки в плоскости действия момента; s – длина полуарки; μ – к-т приведения расчетной длины.
Закрепление арки против потери устойчивости из плоскости обеспечивается системой связей, распорок, прогонов покрытия, которые определяют ее расчетную длину. Практически устойчивость в этом направлении будет обеспечена, если расчетная длина не будет превышать 16 ширин пояса. В особо ответственных случаях проверку арки из плоскости можно осуществить по формуле, аналогичной.
Расчет опорных шарниров.
Опорное давление в балансирных опорах передается через плотно пригнанные поверхности балансира и цапфы. При этом распределение контактных напряжений весьма неравномерное. Балансир рассчитывают на изгиб как консоль. На практике обычно размеры балансира задают конструктивно и делают проверку его несущей способности.