Арки також як і рамні відносяться до розпірним конструкцій, т. Е. Для них характерна наявність горизонтальної складової опорної реакції (распора).
Арки використовуються в якості основних несучих конструкцій будівель різного призначення. Їх застосовують в покриттях промислових, сільськогосподарських і громадських будівель прольотом від 12 до 70 м. У зарубіжному будівництві з успіхом застосовують арки прольотом до 100 м і більше.
За статичної схемою арки поділяють на трехшарнірних і двошарнірної без ключового шарніра:
^ Рисунок 1 - трехшарнірних і двухшарнирная арка
За схемою спирання їх ділять на арки з затяжками, що сприймають розпір і на арки без затягувань, розпір яких передається на опори.
^ Малюнок 2 - Арка без затяжки і з затягуванням
Затягування виготовляють в більшості випадків з арматури або профільної сталі. Можливе застосування дерев'яних клеєних затяжок, в умовах хімічно агресивних середовищ, де метал буде корродировать.
^ За формою осі арки ділять на:
- трикутні з прямих полуарок
- сегментні, осі полуарок розташовуються на загальній окружності
- стрілчасті, що складаються з полуарок, осі яких розташовуються на двох кіл, що змикаються в ключі під кутом.
По конструкції арки діляться на:
1) цілісні (тільки трикутної форми);
^ Малюнок 5 - Арка з ферми (l = 30 ... 60 м, f = l / 3 ... l / 2)
3) арки з балок на пластинчастих нагелях (Деревягина)
4) кружальної арки, що складаються з двох або більше рядів косяків, з'єднаних між собою нагелями
^ Малюнок 6 - кружальної арка
5) арки з перехресної дощаній стінкою на цвяхах
Малюнок 7 - Арка з перехресної дощаній стінкою (l = 20 ... 40 м, f≥l / 6)
6) клеєні арки (дощатоклеение і клеефанерние)
З перерахованих видів арок найбільш широке застосування отримали клеєні арки заводського виготовлення. Розпори і несуча здатність таких арок можуть відповідати вимогам споруди покриттів самого різного призначення, в тому числі унікальних за своїми розмірами.
Арки інших видів є арками будівельних виготовлення і зараз майже не застосовуються. Дощатоклеение дерев'яні арки є пакет склеєних по пласті гнутих дощок.
За формою осі дощатоклеение арки можуть мати будь-який з перерахованих вище видів, тобто вони можуть бути трикутними (без затягувань - при висоті 1/2 l і з затяжками - при висоті 1/6 ... 1/8 l в покриттях до 24 м), п'ятикутними з гнутими ділянками в місцях переломів осей, пологими сегментними дво- або трехшарнірних зі стрілою підйому не менше 1/6 l (в окремих випадках 1/7 ... 1/8 l) і високими трехшарнірних стрілчастими з елементів кругового обриси зі стрілою підйому 1/3 ... 2/3 l. Останні два види клеєних арок (сегментні і стрілчасті) рекомендуються в якості основних.
Поперечний переріз клеєних арок рекомендується приймати прямокутним і постійним по всій довжині. Висота поперечного перерізу призначається від 1/30 ... 1/50 прольоту. Товщина шарів для виготовлення арок при радіусі кривизни до 15 м приймається не більше 4 см.
Клеєні арки мають перспективи застосування в легких покриттях. Вони, як правило, мають трикутну форму і складаються з коробчастих клеефанерних полуарок. Такі арки мають малу масу і дозволяють отримувати істотну економію деревини. Однак, вони вимагають витрати водостійкою фанери, є більш трудомісткими при виготовленні, ніж дощатоклеение і мають менший межа вогнестійкості.
Найпоширенішим і перспективним видом арок є дощатоклеение арки.
Максимальні згинальні моменти виникають зазвичай в перетинах поблизу чверті прольоту арки при дії односторонніх тимчасових навантажень. В трикутних арках моменти від вертикальних навантажень зменшуються за рахунок зворотних моментів М від ексцентриситету е поздовжніх сил N
^ Малюнок 9 - Силові дії в опорному вузлі арки
Найбільші поздовжні сили виникають в перетинах поблизу опор, а найбільші поперечні сили - в перетинах поблизу шарнірів.
Основними вузловими з'єднаннями трехшарнірних арок є опорні і коньковие шарніри.
^ Опорні вузли арок без затягувань виконують, як правило, у вигляді лобових упорів в поєднанні з металевими башмаками зварюванням листової конструкції, що служать для кріплення їх до опор.
Черевик складається з опорного листа з отворами для анкерних болтів і двох вертикальних фасонок з отворами для болтів кріплення полуарок.
^ Рисунок 10 - Опорний вузол
Вузли сегментних і стрілчастих арок, в яких діють згинальні моменти різного знака і незначні поперечні сили, центруються по осях полуарок, а опорний лист черевика перпендикулярний ім.
Вузли трикутних арок, в яких діють в основному позитивні моменти і значні поперечні сили, центруються по розрахунковим осях, розташованим з ексцентриситетом щодо осей полуарок, а опорний башмак перпендикулярний рівнодіюча вертикальної і горизонтальної опорних реакцій.
^ Малюнок 11 - Опорна площадка, яка сприймає опорну реакцію без зсуву
Розрахунок опорного вузла полягає в розрахунку торця полуарки на зминання від дії максимальної стискає сили Nсм. В сегментних і стрілчастих арках вона дорівнює максимальної поздовжньої силі N і діє уздовж волокон. В трикутних арках вона дорівнює рівнодіючої опорних зусиль
і діє під кутом до волокон # 945 ;, який визначається з виразу
Болти кріплення полуарки до фасонок розраховують на дію максимальної поперечної сили Q, як симетрично згинаються, двухсрезная. На цю ж силу розраховуються анкерні болти на зріз і зминання. Бетон фундаменту розраховується на зминання від сили Nсм.
Опорний лист черевика працює на вигин від дії рівномірного тиску лобового торця полуарки.
Опорні вузли великопрольотних арок без затягувань виконують із застосуванням металевих шарнірів хитається типу
^ Рисунок 12 - Опорний вузол з шарніром
Опорні вузли клеєних арок, що працюють в умовах хімічної агресії, можуть бути виконані за допомогою стрижнів, одним кінцем вклеєних в кінець полуарки, а іншим - заанкерованних в фундамент.
^ Опорні вузли арок з затяжками
Опорні вузли клеєних арок з затяжками виконуються зазвичай за допомогою лобового упору і зварних металевих черевиків кілька іншої конструкції
^ Малюнок 13 - Опорний вузол з металевою затягуванням
Опорний вузол сегментной арки з дерев'яною затягуванням на болтах:
^ Рисунок 14 - Опорний вузол з дерев'яною затягуванням
Опорний лист в арках з затяжками розташовується горизонтально, тому арки ставляться на горизонтальну поверхню опор, на які не діє розпір. Вертикальні фасонки можуть спиратися на опорний лист або опорний лист може розміщуватися між фасонки.
При тому, що спирається на бетон опорний лист подовжують за межі фасонок для кріплення анкерів, а при закріпленні на дерев'яну стійку фасонки спирають нижче опорного листа для кріплення їх до стійки болтами. Між фасонки розташовується завзята діафрагма. Нахил діафрагми і центрування вузла виробляються з тих самих міркувань, що й у вузлах арок без затягувань.
Металеву затяжку приварюють до фасонок, дерев'яну распологают між фасонки і кріплять до них болтами.
Розрахунок опорного вузла передбачає:
1) розрахунок діафрагми на вигин як балки забитої в фасонки, на тиск лобового упору # 948; g.
При цьому вигинає момент при ширині 1 см дорівнює
;
2) розрахунок опорного листа на вигин як двухконсольная або забитої в фасонки балки на реактивне тиск фундаментів # 948; б;
3) визначають довжину зварних швів кріплення затяжки або число кріпильних болтів - для дерев'яних затяжок з умови сприйняття або зусилля в затягуванні.
Опорні вузли дощатих арок з затяжками виконується за допомогою цвяхових або болтових з'єднань дощок пояса і затягування.
Затягування з бруківкою арок з арматурної сталі пропускаються через отвори в кінці полуарки і закріплюються гайкою на шайбі.
Розрахунок таких вузлів виробляють на зминання торцевих обрезов.0
^ Малюнок 15 - Опорний вузол арки
Конькові вузли суцільних арок малих і середніх прольотів вирішуються у вигляді прямих або похилих лобових упорів зі сталевими кріпленнями або дерев'яними накладками на болтах. Сегментні і стрілчасті клеєні арки центруються в цих вузлах по осях полуарок, а трикутні - з ексцентриситетами (з тією ж метою, що і в опорних вузлах).
^ Рисунок 16 - Коньковий вузол трикутної арки
Малюнок 17 - Коньковий вузол сегментной арки
Лобові упори конькового вузла розраховують на зминання під кутом або уздовж волокон на дію поздовжньої сили N. Кількість болтів в сталевих кріпленнях визначається в залежності від величини поперечної сили Q з урахуванням кута зминання деревини під болтами. Монтажні болти розраховують на зріз і зминання від дії тієї ж сили Q.
Конькові вузли великопрольотних арок виконуються у вигляді сталевих шарнірів хитається типу
^ Рисунок 18 - Сталевий шарнір хитається типу
Стики елементів арок.
Стики клеєних арок є зубчасті з'єднання дощок по довжині і стики по пласті шарів дощок між собою. Арки великих прольотів з'єднуються по довжині жорсткими стиками за допомогою двосторонніх накладок з профільної сталі та болтів.
Ці стики розраховуються на зусилля, що діють в даному перетині арки.