Деревянная трехшарнирная арка Советский патент 1992 года по МПК E04C3/12 E04B1/32 

Изобретение относится к строительству, а именно к несущим конструкциям покрытий зданий и сооружений.

Известна трехшарнирная арка с затяжкой, имеющая треугольное очертание и состоящая из двух прямолинейных симметрично армированных клеедощатых блоков, соединенных в коньке с помощью накладок, а в опорных сечениях, связанных металлической затяжкой, прикрепленной к анкерным устройствам.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сути является деревянная трехшарнирная арка, образованная из спаренных полуарок ломанного очертания с изломом вовнутрь, имеющих переменное по высоте сечение, металлической затяжки, натянутой между опорными сечениями с помощью анкерных устройств, и соединительных накладок в замковом шарнире.

. Целью изобретения является снижение материалоемкости и повышение надежности.

На фиг. 1 изображена деревянная трехшарнирная арка, вид спереди; на фиг.2 - арка с арматурой в наклонных участках; на фиг.З - сечение А-А на фиг.1; на фиг.4 - фрагмент покрытия каркасного здания, аксонометрия.

Деревянная трехшарнирная арка включает две полуарки 1 изогнутого очертания с изгибом вовнутрь, соединенные в коньке с помощью крепежных деталей 2 на болтах, а на опорах- с помощью затяжки 3, натянутой на анкерные устройства 4. Каждая полуарка 1 имеет горизонтальный участок 5, примыкающий к опоре, и наклонный участок 6,

примыкающий к коньку. Линейные участки 5 и 6 выполнены переменного по высоте сечения. Горизонтальные участки 5 снабжены в нижней части сечения пазами 7, в которых размещены и замоноличены посредством клеевой композиции (заливочного компаунда) 8 стержни металлической затяжки 3. Для регулирования строительного подъема затяжка 3 снабжена в средней части натяжным устройством 9, например стяжной муфтой.

Арка выполнена с составной по длине металлической затяжкой 3, которая на горизонтальных участкахб полуарок 1 предварительно напряжена, а в местах соединения частей затяжки 3 установлены анкерные устройства 10(фиг.2). Кроме того, наклонные участки 6 полуарок армированы стержнями, часть которых перепускается на горизонтальные участки 5 в дополнение к стержням затяжки 3 и жестко соединена с последними, повышая изгибную жесткость и прочность наиболее напряженной части сечения полуарки в месте изгиба и воспринима я усилия отрыва, возникающие в нижней части сечения в момент придания ей строительного подъема.

В нижней части горизонтального участка 5 полуарки 1 в выбранные фрезой пазы 7 размещены и замоноличены посредством клеевой композиции 8 стержни затяжки 3 (фиг.З).

Покрытие каркасного здания состоит из системы трехшарнирных арок, полуарки 1 которых соединены в коньке посредством конькового бруса 11 и элементов покрытия 12, а наклонные участки 6 полуарок 1 образуют ребра хребтовой несущей складки 13. Арки шарнирно оперты на несущие стены или колонны 14 (фиг.4).

Порядок изготовления арки по фиг.1 следующий.

Вначале склеивают полуарки 1, в нижней части сечения горизонтальных участков 5 выбирают фрезой пазы, в которые устанавливают стержень затяжки 3 и нагнетают заливочный компаунд 8, например, на основе эпоксидных смол с наполнителем. Затем пазы 7 закрывают защитным слоем из тонкой доски или однонаправленной фанеры, жестко прикрепляемым к нижней части сечения на клее. После отверждения компаунда 8 полуарки на опорах снабжают анкерными устройствами 4, например, в виде жесткой шайбы и гаек, навинчиваемых на выпуски затяжки 3. Изготовление арки заканчивается сборкой полуарок 1 с помощью деталей 2 на болтах и установки стяжной муфты 9.

Порядок изготовления арки по фиг.2 отличается тем, что анкерные устройства 4 и 10 устанавливают перед натяжением стержней затяжки 3 на концах горизонтальных

участков 5 полуарок 1. Кроме того, арматурные стержни наклонных участков 6 перепускают на горизонтальные участки 5 и жестко соединяют со стержнями затяжки 3, например, с помощью сварки. Фрезерованные па- зы 7 в нижней части сечения полуарки непрерывно переходят с горизонтального участка 5 полуарки 1 на ее наклонный участок 6. После установки арматуры и заливки компаундом 8 пазов 7 производят предварительное натяжение затяжки 3 на горизонтальных участках 5 полуарки 1.

Монтаж арки по фиг.4 целесообразно осуществлять с помощью временной опоры, размещенной в середине пролета, на которую поочередно укладывают коньковый брус 11, полуарки 1, опертые одним концом на колонны или несущие стены 14, а другим на коньковый брус 11. После соединения в коньке наклонных участков 6 полуарок 1 и

сборки частей затяжки 3 стяжной муфтой 9 смежные арки объединяются элементом покрытия 12 в хребтовую несущую складку 13. С целью повышения жесткости при транспортировке и монтаже готовой арки на

уровне затяжки 3 ее усиливают жесткими связями, которые снимают после установки арки в проектное положение и раскрепления ее расчалками.

Особенностью силовой работы арки по

фиг.1 является то, что с увеличением внешней нагрузки и, соответственно, внутренних усилий в металлической затяжке 3, воспринимающей распор, это усилие передается на поперечные сечения горизонтальных

участков 5 через клеевое соединение. Так как ось затяжки 3 расположена ниже нейтральной оси сечения горизонтального участка 5, то создается распределенный по длине изгибающий момент обратного знака по отношению к изгибающему моменту от внешней нагрузки, что увеличивает несущую способность армированного сечения.

Поскольку высота сечения горизонтального участка переменная, возрастающая линейно к месту изгиба, то ось горизонтального участка наклонена, а следовательно, момент обратного знака изменяется по длине горизонтального участка нелинейно.

Выражение для изгибающего момента в

произвольном сечении х горизонтального участка 5 имеет следующий вид:

()S(e + ix)x

где q - равномерно распределенная внешняя нагрузка;

I - пролет;

Н - распор, H ql2/8f; f- стрела подъема арки;

S - длина горизонтального участка;

е - эксцентриситет распора в опорном сечении;

I - уклон оси горизонтального участка.

Из этого выражения видно, что второе слагаемое, отвечающее за момент обратного знака, нелинейно.

В случае неаомированного сечения формула имеет следующий вид:

( -x)-H(e+ix)

Оба выражения совпадают при , т .е. в месте изгиба.

Отличительной особенностью работы арки по фиг.2 является то, что затяжка 3 на длине горизонтального участка 5 предварительно напряжена, вследствие чего горизонтальный участок получает начальную кривизну обратную кривизне от внешней нагрузки, а это повышает сопротивляемость поперечных сечений изгибу. Кроме того, перепускание арматуры наклонных участков 6 на горизонтальные участки 5 и жесткое соединение их со стержнями затяжки 3 обеспе- чивают непрерывность армирования полуарки в наиболее напряженном сечение, в месте изгиба. В криволинейных стержнях положение нейтральной оси не совпадает с осью симметрии сечения, а смещено в сторону центра кривизны. Поэтому армирование изогнутой части полуарки 1 с выпуклой стороны сечения приблизит нейтральную ось к центру сечения и тем самым обеспечит более равномерное распределение нормальных напряжений изгиба в сжатой и растянутой зонах.

Отличительной особенностью работы арки по фиг.4 является пространственность работы покрытия в целом, в котором наклонные участки 6 полуарок 1 образуют ребра хребтовой складки 13, а коньковый брус 11 и элементы покрытия 12 воспринимают изгибающий момент, действующий в плоскости, перпендикулярной к плоскости арки, и тем самым частичное разгружаю последние.

Предлагаемая арка рациональна по расходу материалов и экономична в эксплуатации. Расход древесины в сравнении с известной аркой снижается на 20% в результате включения металлической затяжки в состав сечения горизонтальных участков

полуарки, примыкающих к опорам, в качестве несимметрично расположенной арматуры. Расход металла уменьшается в 2-3 раза за счет несимметричного армирования с использованием стержней затяжки, исключения подвесок затяжки. Снижаются в два раза эксплуатационные затраты на защиту металла от коррозии и обогрев здания в холодное время года вследствие армирования большей частью затяжки горизонтальных

участков арки и уменьшения подарочного пространства. Повышается степень заводской готовности конструкции арки путем объединения затяжки с полуарками, что уменьшает количество элементов, подлежащих сборке на монтажной площадке. Уменьшается масса конструкции арки за счет армирования сечений и включения наклонных участков полуарок в пространственную работу хребтовой складки. Имеет место легкость транспортировки и монтажа с использованием механизмов малой грузоподъемности и удобство и простота устройства верхнего естественного освещения за счет естественного профиля арки.

Формула изобретения 1. Деревянная трехшарнирная арка, включающая полуарки, имеющие горизонтальные и наклонные участки переменной

высоты сечения, увеличивающиеся к месту сопряжения, соединенные в коньке крепежными деталями и снабженные на опорах анкерными устройствами, и затяжку со стяжной муфтой, отличающаяся тем,

что, с целью снижения материалоемкости и повышения надежности, горизонтальные участки выполнены с пазами, в которых на клею установлена затяжка, размещенная в нижней части сечения.

2. Арка по п.1, отл ича ю щая с я тем, что затяжка выполнена предварительно напряженной.

З.Арка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что, с целью повышения прочности, наклонные участки полуарок выполнены с несимметричной арматурой со стороны нижней грани сечения, причем последняя перепущена на горизонтальные участки и жестко соединена с затяжкой.

«ад

М

м

Ј

Использование: в несущих конструкциях покрытий зданий и сооружений. Сущность изобретения: деревянная трехшар- нирная арка включает полуарки, имеющие горизонтальные и наклонные участки переменной высоты сечения, увеличивающиеся к месту сопряжения, соединенные в коньке крепежными деталями и снабженные на опорах анкерными устройствами, и затяжку со стяжной муфтой. Горизонтальные участки выполнены с пазами, в которых на клею установлена затяжка, размещенная в нижней части сечения. Предусмотрено ее выполнение предварительно напряженной. Наклонные участки полуарок выполнены с несимметричной арматурой со стороны нижней грани сечения, причем последняя перепущена на горизонтальные участки и жестко соединена с затяжкой. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

.Ч

Фиг.З