ПроСопромат.ру
Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания
Арка — это плоская распорная система, или криволинейная балка.
По виду материалов арки могут быть: металлические, деревянные, металлодеревянные, каменные, бетонные и железобетонные.
Элементы арки
По очертанию оси арки бывают: параболические, круговые, треугольные, стрельчатые и др.
Виды арок по очертанию
Виды арок по числу шарниров: трех- , двух- и бесшарнирные (своды)
Арка, имеющая опоры на разных уровнях, называется ползучей.
Наиболее часто встречаются трехширнирные арки. Аналитический расчет трехшарнирной арки см. в рубриках «Расчет арок» и «Расчет трехшарнирной арки». В арке возникает три вида внутренних силовых факторов: изгибающий момент М, продольная и поперечная сила N, Q.
Горизонтальные реакции арки называются распором. Горизонтальный распор арок передается на фундаменты или контрфорсы, или воспринимается затяжкой.
Благодаря влиянию распора в арке поперечная сила и изгибающий момент уменьшаются. В связи с тем, что изгибающий момент в арке всегда меньше балочного изгибающего момента, арки — экономически более выгодные конструкции по сравнению с балками.
Арка с рациональной осью — это такая арка, в любом сечении которой изгибающий момент равен нулю. Тогда дуга арки имеет очертание по параболе. Однако очертание по параболе не технологично. Чаще делают арки кругового очертания, в которых изгибающий момент М ≠ 0. В любом сечении арки определяют эксцентриситет:
, см, и откладывают его значение выше или ниже оси арки. Соединяя полученные точки, получают график, который называется — кривая давления. Кривая давления повторяет очертание изогнутой оси арки. Кривая давления дает наглядное представление о работе арки: чем ближе кривая давления расположена к оси арки, тем меньше изгибающие моменты в сечениях арки и тем равномернее распределяется в них нормальные напряжения.
На рисунке представлены: а) кривая давления, б) опорный узел арки ,на котором показан эксцентриситет
Очертание оси арки имеет очень важное значение. Идеальной является ось арки, совпадающая с кривой давления. Иногда при изготовлении арок кругового очертания делают специальное центрирование в узлах: затяжку смещают с центра тяжести дуги арки, тогда возникает дополнительный изгибающий момент: М = N∙е, который выгибает дугу арки вверх. В то же время под действием внешней нагрузки арка провисает вниз. Таким образом, в результате момент М ≈ 0.
Обзор конструктивных решений арочных покрытий для общественных зданий
Рубрика: Технические науки
Дата публикации: 07.02.2017 2017-02-07
Статья просмотрена: 1080 раз
Библиографическое описание:
Применение большепролетных конструкций дает возможность максимально использовать несущие качества материала и получить за счет этого легкие и экономичные покрытия. Уменьшение массы конструкций и сооружений является одной из основных тенденций в строительстве. Уменьшение массы означает уменьшение объема материала, его добычи, переработки, транспортировки и монтажа. Поэтому вполне естественен интерес, который возникает у строителей и архитекторов к новым формам конструкций, что дает особенно большой эффект в покрытиях.
Большепролетные конструкции покрытий можно разделить по их статической работе на две основных группы систем большепролетных покрытий: плоскостные (балки, фермы, рамы, арки), пространственные (оболочки, складки, висячие системы, перекрестно-стержневые системы и др.).
Балочные, рамные и арочные, плоскостные системы большепролетных покрытий проектируются обычно без учета совместной работы всех несущих элементов, так как отдельные плоские диски соединяются друг с другом сравнительно слабыми связями, не способными существенно распределить нагрузки. Это обстоятельство, естественно приводит к увеличению массы конструкций [1]. Для перераспределения нагрузок и снижения массы пространственных конструкций необходимы связи.
По материалу, применяемому для изготовления большепролетных конструкций, их разделяют на деревянные, металлические и железобетонные.
Основным правилом для сохранения деревянных конструкций является создание условий для их вентиляции или проветривания. Важно также обеспечить, сушку древесины перед ее применением в строительстве. В настоящее время деревообрабатывающая промышленность может обеспечить эффективную сушку современными методами, в том числе токами высокой частоты и т. д/ [2]. Улучшение биологической стойкости древесины легко достигается с помощью давно разработанных и освоенных методов пропитки ее различными эффективно действующими антисептика. Еще чаще возникают возражения против использования древесины по соображениям пожарной безопасности. Однако соблюдение элементарных правил противопожарной безопасности и надзора за сооружениями, а также использование антипиренов, повышающих огнестойкость древесины, позволяет значительно повысить противопожарные свойства древесины.
Деревянные купольные покрытия известны в отечественной практике с 1920-х гг. Первыми деревянными куполами в 1923 г. были перекрыты манеж и аудитории на ВСХВ в Москве. Еще одним примером строительства деревянного купола является купол для цирков в Саратове, диаметр 46 м. Купола оболочки выполнялись из ребер, кольцевых и косых настилов по ребрам, состоящих из 2–3 слоев досок толщиной 20–25 мм. Шаг ребер составлял 1–1,5 м. Ребра выполнялись из 3–4 слоев досок, изогнутых плашмя по меридиональному направлению, или в виде кружальных арок. В обоих случаях доски сшивались гвоздями. Формы первых куполов базировались на конструктивных идеях И. П. Кулибина по созданию многорешетчатых систем.
Металлические конструкции, главным образом стальные, применяются широко. Их достоинства: высокая прочность, относительно небольшая масса. Недостатком стальных конструкций является подверженность коррозии и низкая пожарная стойкость (потеря несущей способности при высоких температурах). Для борьбы с коррозией стальных конструкций существует много средств: окраска, покрытие полимерными пленками и т. д. В целях пожарной безопасности ответственные стальные конструкции можно обетонировать или осуществить набрызг на поверхность стальных конструкций теплоустойчивых бетонных смесей (вермикулит и т. д.).
Хрустальный дворец в лондонском Гайд-парке был построен в 1850–1851 гг. из чугуна и стекла к Всемирной выставке 1851 года. Выставочный зал площадью свыше 90 000 кв. м., протяжённостью 564 м и высотой до 33 м [4], выстроенный под руководством Джозефа Пакстона. Из кованого железа и стекла была построена Галерея машин на Парижской выставке 1889 г, архитектор А. Дюбер.
Железобетонные конструкции не подвержены гниению, ржавлению, обладают высокой пожарной стойкостью, но они тяжелы.
Поэтому при выборе материала для большепролетных конструкций необходимо отдавать предпочтение тому материалу, который в конкретных условиях строительства наилучшим образом отвечает поставленной задаче [3].
Классификация арочных покрытий по статической схеме
По статической схеме арки подразделяются на трехшарнирные, двухшарнирные и бесшарнирные. Наиболее распространенными являются двухшарнирные арки: они достаточно просты в изготовлении и монтаже, нечувствительны к неравномерным вертикальным смещениям опор, а напряжения от изменения температуры в них несущественны.
Трехшарнирные арки, как статически определимые системы, безразличны к осадкам опор и температурным воздействиям, однако, устройство шарнира в ключе осложняет как конструкцию самих арок, так и решение кровельного покрытия.
Бесшарнирные арки обладают преимуществами большей жесткости и меньшего расхода металла, вместе с тем они связаны с устройством более мощных опор и требуют обязательного расчета на прогнозируемую разность осадок опор и температурные воздействия (рис.1) [5].
Рис. 1. Типы арок по статической работе: а) трехшарнирная, б) двухшарнирная, в) бесшарнирная
Классификация арочных покрытий по способу восприятия распорных усилий
Арки так же как и рамные относятся к распорным конструкциям, т. е. для них характерно наличие горизонтальной составляющей опорной реакции (распора). По схеме опирания их делят на арки с затяжками, воспринимающими распор и на арки без затяжек, распор которых передается на на фундаменты или колонны-контрфорсы, а также на иные примыкающие конструкции, способные его воспринять (рис. 2).
Рис. 2. Типы арочных конструкций по способу восприятия распорных усилий: а — фундаментами, б — затяжкой, в — смежными конструкциями
Применение затяжек, которые, работая на растяжение, замыкают усилия внутри арочной конструкции, но значительно увеличивают строительную высоту. Одним из решений, позволяющих избежать этого, является пропуск затяжек в железобетонных коробах в подпольном пространстве ниже функционального объема конструкции (рис. 6), однако следует помнить, что такое решение требует специальных конструктивных мер, допускающих ревизию канатов затяжек, и ограничивает нагрузки на пол [6]. Затяжки изготавливают в большинстве случаев из арматуры или профильной стали. Возможно применение деревянных клееных затяжек, в условиях химически агрессивных сред, где металл будет коррозировать
Классификация арочных покрытий по типу сечения
Высота сечения арки зависит от пролета и соотношения между величинами постоянной и переменной нагрузок и принимается для решетчатых арок в пределах l/30 — l/60 пролета, для сплошных сечений l/50 — l/80.
Сплошные сечения в арках следует принимать при условии возможности вальцовки прокатных профиле. Сечения сквозных арок рекомендуется назначать постоянной высоты, т. е. с параллельными поясами, что наиболее полно отвечает характеру изменения усилий по длине. Вместе с тем имеется немало случаев применения переменных по высоте сечений, например, серповидных в двух- и трехшарнирных арочных покрытиях [5].
Классификация арочных покрытий по профилю (очертанию)
Пологие — двухшарнирные и трехшарнирные арки кругового очертания. Стрела подъема принимается f ≤1/6L, при соответствующем технико-экономическом обосновании может быть уменьшена до 1/7–1/8L.Высоту поперечного сечения арок рекомендуется назначать от 1/20 до1/30L,
Высокие — стрельчатые трехшарнирные арки из элементов кругового очертания. Стрела подъема принимается f ≤1/3L-2/3L. Высоту поперечного сечения арок рекомендуется назначать от 1/30 до1/50L,
Стрельчатые арки. Состоят из двух полуарок, оси которых располагаются на двух одинаковых частях окружности, стыкующихся под углом в коньковом шарнире, как правило, без затяжек. Расчетная схема трехшарнирная. Стрела подъема принимается f ≤1/3L-1/3L. Высоту поперечного сечения арок рекомендуется назначать от 1/30 до1/40L,
Треугольные арки. Могут быть только трехшарнирными с затяжками или без них. Проще в изготовлении и монтаже. Стрела подъема принимается f ≤1/2L-1/5L. Высоту поперечного сечения арок рекомендуется назначать от 1/20 до1/30L [7].
Основные типы конструкций арочных проёмов. Радуга в доме.
Современный интерьер, не редко, украшает такой знаменитый и обыденный элемент, как декоративная арка. Подходящие места для её расположения можно найти в каждом доме: дверные и оконные проёмы, проходы, пространства между колоннами и столбами, углубления различных ниш. Ошибочно считать, что арка – это полукруг и ничего особенного из себя не представляет. Существует семь основных видов арочных конструкций.
Основные типы конструкций арочных проёмов, применяемых сегодня
Трапеция . Данный вид имеет не стандартную трапециевидную форму, подходит индивидуально к определенному типу интерьера, в котором обязательно должны содержаться элементы, повторяющие неоднократно эту незамысловатую фигуру.
Эллипс . Является наиболее популярным оформлением проёмов во всех оригинальных интерьерах. Данную арку можно отнести к серии круглых. Отличительной чертой является то, что верхняя дуга представляет собой малую часть или половину правильного (не правильного) эллипса.
Классика . Это арка, которая имеет исключительно правильные формы полукруга. Говоря про арки в домах, большинство из нас представляет именно данный вид. Подходит при любом дизайнерском решении, но наиболее эффектно всегда будет смотреться в узких и высоких дверных проёмах.
Портал . Такой вид арочной конструкции есть у каждого в доме, да и в каждом помещении также. Ровная, горизонтально направленная верхняя её часть образует прямоугольный проём. Исключительность и особенность таковой арки заключается в том, что её наличие подразумевает отсутствие дверного полотна. Выше верхней горизонтальной балки может присутствовать остекление для дополнительного освещения внутренних помещений, которое дополнительно украшают декоративным витражным узором.
Романтика . Также, довольно распространённый вид «радужной» конструкции, который часто приходится выполнять мастерам. Арка выполнена в виде горизонтального свода с небольшими закруглениями по углам (сопряжение малого радиуса). Наиболее уместно её расположение в широких проёмах от 1,5 м, поэтому популярно «романтичные» арки устраивать в проходных порталах и нишах для изголовий кроватей спальной комнаты.
Модерн . Данный стиль характерен строгостью, лаконичностью и относительной компактностью. Устройство в узких и низких проёмах подобных арок позволяет использовать малый сегмент правильной окружности для внешнего вида свода. Не редко, можно встретить такое решение для визуального увеличения высоты дверного проема.
Эксклюзивные арочные конструкции . Это, как правило, индивидуальные авторские проекты, которые выполняются на заказ. Наиболее оригинальный, а соответственно и высокооплачиваемый, вид конструкций. Не всегда простенки, проёмы и ниши имеют правильные формы и размеры, поэтому эксклюзивные арки могут представлять сочетание сразу нескольких типов стандартных решений.
Формы арочных проемов
По форме различают арки трёх основных типов:
• Круглые
• Стрельчатые
• Плоские
В каждом типе различают несколько видов (см рис.2):
А. Круглые арки
1 — полукруглая (полуциркульная)
2 — полукруглая возвышенная
3 — сегментная (лучковая)
4 — круглая подковообразная
5 — подковообразная
6 – трехцентровая (коробовая)
7 — трехцентровая пониженная
8 — эллиптическая
9 — параболическая
10 — круглая в виде трилистника
11 — круглая, украшенная трилистником
12 -псевдотрехцентровая
13 — арка с заплечиками (консольная)
14 — венецианская
15 — флорентийская
16 — возвышенная
В. Стрельчатые арки
17 — треугольная
18 — ступенчатая
19 — стрельчатая подковообразная
20 — стрельчатая сарацинская
21 — ланцетообразная
22 — равносторонняя
23 — стрельчатая сжатая
24 — стрельчатая сегментная
25 — четырехцентровая («тюдор»)
26 — ползучая
27 — псевдочетырехцентровая
28 — стрельчатая в виде трилистника
29 — стрельчатая украшенная трилистником
30 – пятилистная (многолистная)
31 — килевидная
С. Плоская арка
Устройство арочных проёмов.
Затеян очередной ремонт, перепланировка или же ведётся новое строительство – не стоит забывать о простых и элегантных арочных конструкциях. Данные элементы позволят не только отойти от типовых архитектурных решений, но и визуально разделить помещения друг от друга без использования ширм и привычных дверей.
Разнообразен и материал для их изготовления: листы сухой штукатурки (более известны нам, как листы гипсокартона), дерево, пластик, бетонная смесь, кирпич, МДФ, ДСП, плиты ОСБ. Разнообразен строительный рынок на уже готовые сборно-разборные арки. Словно конструктор, они собираются непосредственно на месте, а в их комплектацию входят следующие основные элементы: стойки основного каркаса, пара дуг, набор облицовочные панелей и декоративные замковые элементы. Готовые проёмы такого типа используются редко и носят, преимущественно, декоративный характер.
Более надёжный вариант – это арки, выполненные в виде монолита из бетона и кирпичные арочные конструкции. Они могут наследовать несущие функции и находиться под нагрузкой, а размещаться как внутри помещений, так и снаружи. Для штучной кладки арочных проёмов существует специальный кирпич, называемый лекальным. Его торцы различной ширины, поэтому растворные швы получаются одинаковыми по толщине.
Древесные плиты и гипсокартон – материалы, предназначенные для внутренней отделки, но работать с ними очень просто, поэтому проём выполнить с легкостью сможет умелый домашний мастер!
Поделиться “Основные типы конструкций арочных проёмов. Радуга в доме.”
Станьте первым!