АРКА ПОКРЫТИЯ С ЗАТЯЖКОЙ Российский патент 1998 года по МПК E04B1/32 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении покрытий зданий и сооружений преимущественно с большими пролетами.

Широко известны арочные конструкции покрытий зданий и сооружений, в которых распор арки воспринимается затяжкой обычно прямолинейного очертания. Для исключения провеса затяжки в пролете ее крепят к арке с помощью подвесок. Недостатком такой конструкции арки является ее малая устойчивость, а также большая деформативность при действии односторонних (например, снеговых), а также кососимметричных ветровых нагрузок. С целью уменьшения деформативности и повышения устойчивости арки при действии односторонних и несимметричных нагрузок применяют различные типы жестких связей затяжки с аркой: стержневые треугольные решетки, а также сплошные стенки. В результате этого собственно арочная конструкция превращается в арочную ферму. Однако, в ряде случаев подобные конструкции арок неприемлемы по архитектурным соображениям, поскольку наличие решетки и, тем более, сплошной стенки загромождает интерьер дополнительными элементами в особенности, когда покрытие выполняют светопрозрачным. Таким образом, проблема уменьшения деформативности арочных конструкций покрытий при минимальном количестве дополнительных элементов является актуальной.

Прототипом изобретения является конструкция арки покрытия с прямолинейной затяжкой, соединенной с аркой подвесками (Справочник проектировщика. Металлические конструкции, п/р Н.П.Мельникова стр.319, рис.18,5. Покрытие спортивного зала стадиона им. В.И.Ленина в Лужниках). Недостатком этой конструкции является ее малая устойчивость, а также большая деформативность при действии односторонних нагрузок.

Целью изобретения является существенное уменьшение деформативности и увеличение устойчивости конструкции. Достигается это тем, что затяжку выполняют полигонального очертания с шарнирами в местах ее перегиба, которые соединяют стержнями с аркой. Эти соединительные стержни образуют V-образные консоли, защемленные в арке, изгибная жесткость которых в плоскости арки близка или равна изгибной жесткости арки. Требуемый эффект достигается тем, что при действии на арку односторонней нагрузки в местах соединения консолей с аркой возникают изгибающие моменты, уменьшающие деформативность и повышающие устойчивость конструкции.

Дополнительное уменьшение деформативности конструкции достигается путем ее предварительного напряжения в процессе возведения. С этой целью соединяющие арку с затяжкой стержни, либо затяжка выполняются регулируемыми по длине. Путем изменения в процессе возведения конструкции длин соединительных стержней (увеличением длины) или затяжки (уменьшением длины) создают внутренние усилия предварительного напряжения, что уменьшает деформативность конструкции.

На фиг. 1 показана конструкция арки с затяжкой; на фиг.2 показана расчетная схема конструкция и эпюры ее деформаций; на фиг. 3 показан узел А на фиг. 1; на фиг. 4 показан узел соединения затяжки с аркой на опоре; на фиг. 5 показана схема арки с одной V-образной консолью.

На фиг. 1 показана арка 1 покрытия с затяжкой 2, имеющей поигональное очертание, с шарнирами 3 в местах ее перегибов. К затяжке в местах перегибов закреплены жесткие консоли 4 V-образной формы, противоположные концы которых закреплены в арке. Такое конструктивное решение позволяет существенно увеличить изгибную жесткость арки в ее плоскости при действии на нее несимметричных (односторонних) снеговых, а также кососимметричных ветровых нагрузок. На фиг. 2 показана расчетная схема арки с затяжкой, на которую действует односторонняя вертикальная нагрузка g. Здесь изгиб упругой линии арки при отсутствии жестких консолей показан пунктирной линией с одной волной синусоиды в пролете. Упругая линия арки с жесткими консолями имеет вид показанной сплошной линией с двумя синусоидальными волнами. Поэтому устойчивость арки при деформациях в ее плоскости существенно увеличивается (примерно в 1,5 раза).

Изгибная жесткость арки предложенной конструкции может быть увеличена путем предварительного напряжения конструкции. На фиг. 3 показана конструкция жесткой консоли 4, позволяющая осуществлять преднапряжение конструкции арки в процессе ее возведения. Здесь V-образная консоль состоит из стержней 5 трубчатого сечения, прикрепленных к верхнему поясу 1 и к затяжке 2. Стержни 5 разрезаны в пролете и вставлены один в другой с нахлесткой. После монтажной сборки конструкции величину нахлестки уменьшают с помощью, например домкратов. В результате этого длины L ветвей V-образной консоли увеличивают и в конструкции возникают необходимые внутренние усилия предварительного напряжения. В этом состоянии длины соединительных стержней 5 фиксируются путем, например сварных швов 6, болтами, либо иным способом.

Предварительное напряжение конструкции возможно производить с помощью и других конструктивных решений. Выбор того или иного способа зависит от конкретных условий строительства, величины пролета. Например, на фиг. 4 показана конструкция опорного узла арки с затяжкой и устройством для регулирования ее длины. Здесь затяжка 2 крепится к арке 1 с помощью гайки 7, что позволяет регулировать длину затяжки и производить преднапряжение конструкции в процессе ее возведения путем уменьшения длины затяжки. Поставленная цель достигается тем, что преднапряжение арки увеличивает зону упругих деформаций сечения арки в местах максимальных изгибающих моментов от внешних нагрузок.

В зависимости от конкретных условий проектирования количество V-образных консолей может быть различным. На фиг. 5 показана схема арки покрытия с одной консолью 4, расположенной в середине пролета.

Изобретение относится к строительству. Технический результат изобретения заключается в уменьшении деформативности и увеличении устойчивости конструкции. Арка покрытия с затяжкой, состоящего из арки и затяжки, соединенной в пролете с аркой связями. Отличительная особенность конструкции заключается в том, что затяжку выполняют полигонального очертания с шарнирами в местах ее перегибов, которые соединяют с аркой стержнями, образующими V-образные консоли, защемленные в арке. Изгибная жесткость этих консолей в плоскости арки близка или равна ее изгибной жесткости. Предложенное решение позволяет существенно уменьшить деформативность и повысить устойчивость конструкции при действии на нее несимметричных (односторонних) снеговых, а также кососимметричных ветровых нагрузок. Дополнительное уменьшение деформативности конструкции достигается путем ее предварительного напряжения в процессе возведения. С этой целью соединяющую арку с затяжкой стержни, либо затяжка выполняются регулируемыми по длине. Путем изменения в процессе возведения конструкции длин соединительных стержней или затяжки создают внутренние усилия предварительного напряжения. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Арка покрытия с затяжкой, состоящего из арки и затяжки, соединенной в пролете с аркой связями, отличающаяся тем, что затяжку выполняют полигонального очертания с шарнирами в местах ее перегибов, соединенной с аркой стержнями, образующими V-образные консоли, защемленные в арке, при этом изгибная жесткость консолей в плоскости арки близка или равна ее изгибной жесткости. 2. Арка по п. 1, отличающаяся тем, что соединяющие арку с затяжкой стержни или затяжку выполняют регулируемыми по длине, изменением величин которых создают внутренние усилия предварительного напряжения конструкции в процессе ее возведения.