В промышленном строительстве распорные конструкции в виде деревянных арок и рам находят все более широкое применение в зданиях различного назначения, особенно при возведении зданий с агрессивной средой, например складов минеральных удобрений.
Так как жесткое сопряжение деревянных элементов между собой и с другими конструктивными элементами (например, фундаментами) достаточно сложно в исполнении, чаще всего арки и рамы проектируют трехшарнирными. Наличие конькового шарнира позволяет предусматривать в нем монтажный стык и перевозить арки или рамы к месту установки в виде транспортабельных полуарок (полурам). Некоторые наиболее часто используемые схемы распорных конструкций приведены на рисунке 3.3.1.
Деревянные арки применяют в покрытиях промышленных и сельскохозяйственных зданий пролетами от 12 до 80 м. В зарубежной практике строительства деревянными арками перекрывают пролеты свыше 100 м. Шаг арок обычно принимается от 3 до 6 м. Чаще всего арки выполняют из клееной древесины. Клеедеревянных арки просты в изготовлении и состоят из минимального числа элементов. К достоинствам деревянных арок из клееной древесины следует отнести повышенный предел огнестойкости, достаточно длительное сопротивление загниванию и разрушению в химически агрессивных средах, а также архитектурная выразительность деревянных покрытий.
В промышленном строительстве широко применяются круговые (сегментные), стрельчатые и треугольные арки. Сегментные арки наименее материалоемки и используются для перекрытия значительных пролетов. Применение стрельчатых и треугольных арок наиболее целесообразно при необходимости использования в зданиях подвесного технологического оборудования. Треугольные арки наиболее просты в изготовлении, так как состоят из прямолинейных полуарок, однако их применение при пролетах свыше 30 м нецелесообразно по экономическим соображениям.
Ширину сечения арок назначают не менее 140 мм. Высоту сечения принимают для треугольных арок без затяжек 1/25 - 1/30, стрельчатых арок 1/30 - 1/40, а для арок кругового очертания 1/30 - 1/50 от величины пролета.
Конструктивное решение узлов сопряжения элементов арок зависит от величины перекрываемых пролетов и величины действующей нагрузки.
Опорные и коньковые узлы трехшарнирных арок малых и средних пролетов обычно имеют наиболее простое решение. Их выполняют простым лобовым упором деревянных конструкций между собой или с фундаментом. На рисунке 3.3.2 приведен коньковый узел с деревянными накладками и опорный узел с помощью опорного башмака, включающего опорный лист с отверстиями для анкерных болтов с приваренными к нему стальными листами, имеющими отверстия для болтов крепления опорного конца полуарки.
Рис. 3.3.1. Схемы трехшарнирных распорных конструкций
а – арка кругового очертания; б – стрельчатая арка; в – треугольная арка;
г – рама гнутоклееная; д – клеедощатая рама из прямолинейных элементов;
е – рама с подкосами в карнизных узлах; ж – рама с внутренними опорными подкосами
Рис. 3.3.2. Конструктивное решение конькового и опорного узлов арок малых и средних пролетов
Шарнирные узлы сопряжения элементов большепролетных арок без затяжек имеют более сложное решение с применением валиковых или плиточных шарниров. На рисунке 3.3.3. дан вариант устройства конькового узла с помощью плиточного шарнира и опорного узла с помощью валикового шарнира для арки кругового очертания пролетом 59 м.
Рамы являются одним из основных видов несущих деревянных конструкций. Их форма наиболее рациональна для производственных зданий, однако рамы менее экономичны по расходу древесины на изготовление. В промышленном строительстве в основном применяют однопролетные двускатные рамы пролетами 12 - 24 м. В практике зарубежного строительства встречаются рамы пролетом до 60 м. Шаг рам принимают от 3 до 6м.
Трехшарнирные клеедощатые рамы заводского изготовления являются одним из основных видов деревянных рам. Элементы этих рам могут иметь прямоугольное сечение постоянной или переменной высоты (рис.3.3.1 г - ж). Более экономичным является сечение переменной высоты, т.к. это позволяет экономить древесину и рационально использовать ее прочность.
Трехшарнирные рамы обычно состоят из двух полурам заводского изготовления Г-образной формы.
Гнутоклееная рама (рис. 3.3.1 г) более трудоемка в изготовлении, но имеет более привлекательное очертание.
Рис. 3.3.3. Вариант конструктивного решения узлов круговой клеедощатой арки пролетом 55 м
а – конструкция конькового узла с помощью плиточного шарнира;
б – конструкция опорного узла с помощью валикового шарнира
Клеедощатая рама из прямолинейных элементов (рис. 3.3.1 д) состоит из двух полурам. Полурамы выполняются из прямолинейных стойки и ригеля, которые склеиваются на зубчатый шип в заводских условиях (рис. 3.3.4 а).
Основным недостатком такого решения карнизного узла является то, что стык ригеля и стойки располагается в наиболее нагруженном месте.
Повысить надежность карнизного узла можно путем усиления его фанерными накладками (рис. 3.3.4 б) либо использованием в зоне карниза клеедощатых вставок (рис 3.3.4 в, г). Соединение вставки с ригелем и стойкой выполняется на зубчатый шип, но смещение стыков из наиболее опасной зоны позволяет повысить надежность соединения.
Более удобными при транспортировке являются рамы, собираемые на строительной площадке из отдельных прямолинейных элементов (рис. 3.3.1 е, ж). Решение карнизного узла для рамы с карнизным опорным подкосом приведено на рисунке 3.3.4 д. Узлы подкосных клеедеревянных рам решаются при помощи наклонных лобовых упоров сжатых раскосов в ригели и в стойки, а также накладок и болтов. Карнизный узел подкосной рамы может быть решен с помощью гнутой стальной накладки и винтов, соединяющих наружные кромки стойки и ригеля.
Ширина сечения рамы принимается от 140 до 210 мм. Максимальная высота сечения (h) трехшарнирной рамы из прямоугольных элементов с жесткими карнизными узлами принимается равной 1/15 – 1/24 пролета, а для гнутоклееной рамы 1/30 - 1/40 пролета. Высота сечения в коньковом узле должна быть не менее 0,3 h, а в опорном - не менее 0,4 h.
Коньковые узлы клеедощатых рам пролетом до 24м имеют конструкцию, аналогичную конструкциям коньковых узлов клеедеревянных арок малых пролетов. Опорные узлы выполняют простым лобовым упором в металлический башмак (рис. 3.3.5 а). Распор передается на фундамент через металлический башмак, либо через упорный уступ фундамента (рис.3.4.5 б). Конструктивное решение опорного узла для рамы с внутренним опорным подкосом приведено на рисунке 3.3.5 в.
В большепролетных рамах коньковые и опорные узлы выполняют с помощью валиковых или пластинчатых шарниров, т.е. аналогично решению этих узлов для арок больших пролетов (рис. 3.3.3).
Чтобы избежать конденсационного увлажнения древесины поверхности стальных соединительных элементов следует отделять от древесины арок и рам слоем гидроизоляции.
.
Рис.3.3.4. Варианты конструктивных решений карнизных узлов деревянных рам
а – на зубчатом клеевом соединении; б – с зубчатым соединением и фанерными накладками; в – с пятиугольной клееной вставкой на зубчатом соединении; г – с гнутоклееной вставкой на зубчатом соединении; д – с деревянным подкосом и стальной соединительной деталью
.
| Рис.3.3.5. Варианты конструктивных решений шарнирного сопряжения стоек рам с фундаментом а – простым лобовым упором с помощью металлического башмака; б – с упорным выступом на фундаменте; в – с упорным выступом на фундаменте для рамы с внутренним опорным подкосом |