АРОЧНЫЕ ПОКРЫТИЯ
Такие покрытия выгодны тем, что у них нет вспомогательных элементов в виде настила, выполняющего ограждающую функцию.
Отдельные арки складчатого или волнистого поперечного сечения устанавливают вплотную друг к другу и соединяют сваркой арматурных выпусков или заклздных деталей с последующим замоноличи- ванием швов. По конструктивному признаку арки бывают сплошными и составными (из двух или более элементов). Для арочных покрытий принимают стрелу подъема в пределах 1/6 — 1/10 пролета, наиболее целесообразна стрела, равная 1/8 пролета. Увеличение или уменьшение стрелы соответственно сказывается на величинах нормальных усилий и распора в арке, а также изменении объема сооружения. Исследования показывают, что наиболее рациональны арочные покрытия шириной 3 м. Возможную переменную или постоянную высоту поперечного сечения покрытия назначают, исходя из условия жесткости и принимают в пределах 1/30 — 1/40 пролета или 1/4 — 1/5 его ширины.
Если арки пологие, то горизонтальные усилия от распора передаются на затяжки, установленные в каждой арке или через несколько арок. Ви втором случае применяют горизонтальный бортовой элемент, служащий опорой для отдельных арок.
Арочные конструкции могут иметь большую стрелу подъема (в дальнейшем будем называть их сводчатыми, в этом случае горизонтальные усилия, возникающие от распора, могут воспринимать фундаменты, устои или затяжки. При затяжках гто менее эффективно. Конструкции арочного типа в статическом отношении лучше балочных, так как сечения их работают в основном на внецентренное сжатие, при этом растягивающие усилия, вызванные изгибающими моментами, незначительны, в то время, как у балочных конструкций изгибающие моменты вызывают существенное растяжение. Недостаток арочных систем — более значительная, чем у балочных конструкций строительная высота, из-за чего увеличивается объем здания и площадь поверхности покрытия.
Ниже рассматриваемые конструкции выполнялись из мелкозернистого бетона марки 300.
В покрытии торгового зала рынка в Московском районе Ленинграда (рис. 30) распор воспринимают затяжки, связывающие через 6 м железобетонные балки. Арки волнистого поперечного сечения армированы двумя ткаными сетками № 8 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 4 мм. Гребни арки армированы двумя стержнями диаметром 8 мм, а впалина — каркасом из четырех стержней диаметром 6 мм. Вес элемента 2,4 т. Приведенная толщина бетона — 4,1 см, расход стали — 5,4 кг/м2. Арки изготавливали на деревянных формах опалубки. Бетон укладывали вручную.
Здание торгового склада в Ленинграде покрыто двухволновыми армоцементными арками (рис. 31). Армоцементные арки опираются на железобетонные обвязочньте балки, связанные между собой через каждые 5 м затяжками. Арки армированы двумя ткаными сетками № 8 и стержнями, проложенными между ними — по три стержня диаметром 6 мм в гребнях волн и по одному стержню диаметром 4 мм в наклонных плоскостях. Вес арки 1,5 т. Приведенная толщина бетона — 2,33 см, расход стали — 4,6 кг/м2.
Для покрытия Смоленского рынка в Ленинграде разработаны арки, где распор воспринимают затяжки, связывающие бортовые балки (рис. 32). По середине в четвертях арки устроены ребра жесткости. Арки в покрытии чередуются со стекложелезобетонными панелями, опирающимися на верхние гребни арок. Волнообразное сечение армировано двумя ткаными сетками №8 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 3 мм. В нижних гребнях волны расположен сварной каркас из четырех продольных стержней диаметром 10 мм. В верхних гребнях находится по три продольных стержня диаметром 8 мм. Ребра жесткости армированы сварными каркасами. Вес монтажного элемента — 3,5 т, приведенная толщина бетона — 6,3 см, расход стали — 10,2 кг/м2.
Покрытие здания трамвайного парка в Ленинграде выполнено из арок типа «чайка». Поперечное сечение складчатое толщиной 20 мм (рис. 33). Затяжки из двух стержней диаметром 32 мм расположены через 6 м и связывают железобетонные балки. Армированы арки двумя ткаными сетками № 8 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 3 мм. Кроме того, в нижнем гребне установлены три, а в верхних четыре стержня диаметром 12 мм. Вес арки — 2,8 т, приведенная толщина бетона — 4,15 см, расход стали 9,85 кг/м2.
Здание птицефермы совхоза «Детскосельский» пролетом 18 м покрыто волнистыми арками шириной 2 м и толщиной 20 мм. Арки опираются на железобетонные обвязочные балки, связанные затяжками через 6 м (рис. 34). Собирали арки из двух волн. Армированы арки двумя ткаными сетками № 8 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 6 мм. В гребнях волн установлено по четыре продольных стержня диаметром 6 мм. Вес монтажного элемента — 2,9 т, приведенная толщина бетона — 3 см, расход стали — 4,1 кг/м2.
По проекту Оргэнергостроя на строительстве Белоярской ГРЭС применялись арки толщиной 15 мм, состоящие из двух половин, соединяемых между собой болтами (рис. 35). Затяжки установлены через 2 м Опоры для арок — железобетонные балки. Волнообразное сечение армировано четырьмя ткаными сетками № 8 и продольными стержнями диаметром 4 мм. В ребрах расположены сварные каркасы. Конструкцию изготавливали из бетона марки 400, вес монтажного элемента — 4 т, приведенная толщина бетона 4,3 см, расход стали — 7,03 кг/м2.
Склад соды Саратовского завода технического стекла покрыт армоцементными арками волнообразного сечения типа «волна» (рис. 36). Арки, связанные затяжками, воспринимающими горизонтальный распор, опираются на железобетонные балки. Арматура арок состоит из двух тканых сеток № 10, а по гребням и впадинам уложены отдельные стержнм диаметром 8 мм. Вес монтажного элемента 7,5 т, приведенная толщина бетона — 4,4 см, расход стали — 9,6 кг/м2.
Проектный институт № 1 Минстроя РСФСР совместно с бывшим Ленинградским филиалом АСиА СССР запроектировал покрытие для производственных зданий с сеткой колонн 24 х 12 м. Конструкция состоит из двух полуарок пролетом 24 м складчатого поперечного сечения шириной 3,15 и толщиной: наклонных плоскостей — 25 мм, горизонтальных — 60-80 мм (рис. 37). Через каждые 3 м расположены диафрагмы арки, связанные железобетонными затяжками, уложены с интервалом 3 м на железобетонные подстропильные балки. Пространство между арками заполнено стекложелезобетонными панелями, опирающимися на продольные ребра арок. Наклонные плоскости полуарок армируют двумя ткаными сетками № 5 и одной сварной сеткой между ними из проволоки диаметром 6 мм. Ребра и опорный блок армируют сварными сетками и каркасами. Затяжку выполняют из предварительно напряженной арматуры. Вес монтажного элемента 4,8 т. Приведенная толщина бетона — 4,5 см, расход стали — 10 кг/м2.
Институтом Гипростекло предложена конструкция волнистого арочного покрытия «бочарного» типа Секцию 24 х 6 м собирают из шести полуарок, стягивают двумя металлическими затяжками и опирают на железобетонные подстропильные балки (рис. 38). Швы между элементами замонолнчнвают. Арка армирована двумя ткаными и одной сварной сетками. В ребрах «бочар» находятся сварные каркасы. Вес одной арки — 5,8 т, приведенная толщина бетона — 5 см, расход стали — 11 кг/м2.
НИИСК Госстроя СССР разработал конструкцию покрытия пролетом 24 м. Монтажный элемент собирают из двух полуарок. В четвертях пролета имеются диафрагмы (рис. 39). Вверху полуарки соединяют болтами и стягивают металлической затяжкой. Опираются арки как на стены, так и на подстропильные балки. Полуарки армируют двумя ткаными сетками № 8 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 4 мм. В гребнях волн расположены стержни: вверху два диаметром 10 мм, внизу — два диаметром 12 мм. Промежуточные и торцовые диафрагмы армируют сварными каркасами. Между собой арки соединяют сваркой закладных деталей с последующим замоноличиванием швов. Полуарки изготавливали вибропрофилированием. Вес арки — 3,2 т, приведенная толщина бетона — 3,2 см, расход стали — 8,6 кг/м2.
Для покрытия спортивного манежа института физкультуры в Ленинграде институтом Ленпроект запроектирована конструкция пролетом 30 м, состоящая из двух полуарок волнистого поперечного сечения шириной 1,5 м, толщиной наклонных стенок 30 мм и горизонтальных полок от 40 до 60 мм (рис. 40). Арки опираются на железобетонные бортовые балки, горизонтальный распор воспринимают металлические затяжки. Сечение полуарок армируют двумя ткаными сетками № 10 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 3 мм с ячейкой 100 х 100 мм. В торцовых диафрагмах располагают сварные каркасы. Вес монтажного элемента — 5 т, приведенная толщина бетона — 8,9 см, расход стали — 12 кг/м2.
Ворошиловградским филиалом НИИСП Госстроя УССР разработаны конструкции покрытий промышленных зданий пролетами 18, 24, 30 м. Пространственные арки складчатого поперечного сечения шириной 2 м, высотой от 500 до 800 мм в зависимости от пролета и толщиной 20 мм собирают из двух полуарок. Сечение армируют двумя ткаными сетками № 8 и одной сварной сеткой из проволоки диаметром 5 мм. В полках устанавливают стержневую арматуру диаметром 12 мм. Диафрагмы армированы сварными каркасами.
Нужно отметить, что почти все арочные покрытия, состоящие из одного или двух элементов, сложно изготавливать из-за двойной кривизны конструкции. В этих случаях, как правило, имели место значительные трудозатраты. Поэтому дальнейшим шагом усовершенствования конструкций стало членение арок на прямолинейные элементы длиной 6—9 м и замена криволинейного сечения складчатым. Проект сборных покрытий из армоцементных унифицированных прямолинейных элементов разработан трестом Оргтехстрой Ленсовнархоза. У арок пролетами 18—24 м, складчатого поперечного сечения шириной 2 м высота постоянная (рис. 41). Элементы одинаковой длины (6,19 м) по армированию делят на нормальные и усиленные — последние устанавливают у опор. Сопряжение элементов производят на болтах, после чего арку стягивают металлической затяжкой, воспринимающей распор. Опорами арок могут служить подстропильные балки или стены. Положительная черта этой конструкции то, что все элементы можно изготавливать в одной оснастке с полной механизацией всех производственных процессов. Элементы удобно складировать один на другой и в таком положении транспортировать. Элементы сопрягаются в конструкцию механической сборкой.
Разработано покрытие из отдельных пространственных арок складчатого очертания. Арки пролетом 18, 24 и 30 м, шириной 2,9 м и толщиной наклонных плоскостей 20 мм, горизонтальных — 60 мм собирают из унифицированных армоцементных элементов двух типов: среднего — складчатого сечения (одинакового для всех пролетов) и крайнего — переходящего от складки к плоской плите (отличающегося длиной и углом наклона в каждом пролете). Сопряжение элементов производят на болтах. Высота арок меняется в зависимости от пролета (рис. 42). Горизонтальный распор воспринимают металлические затяжки. Опираются арки на подстропильные конструкции. Армируются двумя ткаными сетками № 8 и одной между ними сварной сеткой из проволоки диаметром 4 мм с ячейкой 200 х 200 мм. В полках располагают сварные каркасы с продольными рабочими стержнями — внизу четыре стержня диаметром 12 мм, вверху по два стержня того же диаметра. Приведенная толщина бетона и расход стали зависят от пролета, приведенная толщина бетона при высоте пролета 18 ж — 6,27 см, 24 м — 5,42 см и 30 м — 5,2 см, расход стали при 18 м — 11,2 кг/м2, 24 м — 10,8 кг/м2 и 30 м — 10 кг/м2. Положительные свойства вышеописанного покрытия присущи и этой конструкции. Недостаток данного решения — стыкование торцов элементов друг к другу примыканием без промежуточных опор. При толщине элементов 20 мм этот процесс требует высокого качества изготовления и монтажа.
Институтом Ленпромстройпроект разработаны арочные покрытия для пролетов 18, 24, 30 и 36 м при шаге колонн 6 м из унифицированных армоцементных элементов шириной 6 м, длиной 3 м и толщиной 30 мм. Средние элементы для всех пролетов одинаковы, а опорные — различные. Сечение элементов поперечное, волнистого профиля с контурным ребром высотой 300 мм. Стык элементов фланцевый с замоноличиванием швов. Горизонтальный распор воспринимают предварительно напряженные железобетонные затяжки, установленные через каждые 6 м. Арки опираются на колонны аналогично типовым железобетонным балкам или фермам. Недостаток этой конструкции — необходимость устройства мокрых стыков при сопряжении элементов.
Для пролетов 24—36 м (рис. 43) СибЗНИИЭП разработал арочные покрытия, собираемые из отдельных унифицированных элементов одного размера. Волнообразное поперечное сечение элементов с горизонтальным ребром 18 см наиболее жесткое и исключает концентрацию напряжений в местах пересечения плоскостей складки. Панели стыкуются сваркой закладных деталей и замоноличиванием швов между ребрами. Арки опираются на бортовые элементы (рис. 44), связанные металлическими затяжками, последние воспринимают горизонтальный распор и располагаются на расстоянии, равном шагу колонн (6 или 12 м). Панель армируют по всему сечению двумя сварными или ткаными сетками и стержневой арматурой диаметром 10 мм. В ребрах устанавливают сварные каркасы. Такие покрытия можно собирать блоками размерами 12 х 24; 12 х 30 или 12 х 36 м и монтировать целиком; вес блока 12 х 36 м — до 60 т. Монтаж покрытия можно осуществлять полуарками с опорой на промежуточную башню. Вес полуарки от 2,7 до 4,5 т. Для блока 12 х 24 м приведенная толщина бетона — 4,4 см, расход стали — 7,5 кг/м2. Разработан и второй вариант покрытия для тех же пролетов из элементов шириной 3 м, длиной 7,34 м и толщиной 20 мм. Армирование элементов аналогично вышеприведенному. Одно из преимуществ второго варианта покрытия перед вышеописанными — меньшее количество типоразмеров и стыков элементов.
НИИЖБ разработал конструкцию арочного покрытия пролетом 36 м из сборных армоцементных элементов складчатого сечения. Монтажный блок состоит из двух арок шириной 3 м. Горизонтальный распор воспринимают железобетонные предварительно напряженные затяжки, которые располагаются в промежутках через 3 м. Арки опираются на подстропильные балки (рис. 45). Сечение элементов армировано двумя ткаными сетками № 8 и продольными стержнями диаметром 7 мм из стали марки 25ГС. Элементы изготовляются по стендовой технологии гнутьем на листогибочном поддоне. Кроме армо- цементных элементов, в состав блока входят пять вставных железобетонных диафрагм сечением 1,22 х 3 м, толщиной 40 мм, две коробчатые бортовые балки длиной 3 м, две железобетонные затяжки сечением 160 х 220 мм с двумя каналами для арматурных пучков и десять железобетонных подвесок. Вес блока — 32 т. Приведенная толщина бетона — 6,8 см, расход стали — 11,8 кг/м2.
Ленинградским отделением института Теплоэлектропроект совместно с бывшим Ленинградским филиалом АСиА СССР запроектировано покрытие для пролетов 30—45 м машинного зала ТЭЦ. Арки собирают из сборных (двух типоразмеров) различной высоты и складчатого сечения элементов и стягивают железобетонной предварительно напряженной затяжкой (рис. 46). Между собой арки соединяют выпусками арматуры и замоноличиванием швов. Армоцементные панели имеют продольные ребра сечением 60 х 250мм. Армируют панели четырьмя сетками № 8 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 5 мм с ячейкой 200 х 200 мм. В верхних ребрах располагают сварные каркасы с четырьмя продольными стержнями диаметром 16 мм. Вес укрупненной арки пролетом 45 м — 23 т. Приведенная толщина бетона — 7,96 см, расход стали — 13,3 кг/м2.
Покрытие главного корпуса ГРЭС мощностью 2,4 млн. квт, предложенное Куйбышевским Оргэнергостроем, предусматривается выполнить пролетом 36 и 45 м. Первый вариант покрытия запроектирован из армоцементных унифицированных панелей складчатого сечения длиной 7 м. Поперечное сечение складки образует замкнутый контур, внутри которого уложен утеплитель. По второму варианту арки собирают из армоцементных унифицированных панелей размерами 3 х 12 м открытого профиля. Горизонтальный распор в обоих вариантах воспринимают железобетонные предварительно напряженные затяжки.
Конструкция сборно-монолитного покрытия зданий котельной и машинного зала ТЭЦ типа «бочарный свод» для пролетов 30—45 м разработана Ленинградским отделением института Теплоэлектропроект (рис. 47). Арку шириной 6 м собирают из армоцементных настилов, уложенных по сегментным железобетонным фермам. Варьирование количеством настила разнообразит пролеты (30, 36, 39 и 45 л<). Настилы соединяют между собой сваркой выпусков арматуры с последующим замоноличиванием швов. К фермам настилы крепятся сваркой закладных деталей. Армоцементный настил одинарной кривизны окаймлен по контуру ребрами, армирован двумя тьаными сетками №8 и между ними одной сварной сеткой из проволоки диаметром 4 мм с ячейкой 200 х 200 мм. В ребрах расположены сварные каркасы. Максимальный вес монтажного элемента 8,3 т. Приведенная толщина бетона — 7,88 см и расход стали — 13,4 кг/м2.
Институт Оргэнергострой для покрытий пролетом 45 м машинного зала ТЭЦ разработал проект полигональной сводчатой арки (рис. 48) шириной 3 м. Конструкцию собирают из прямолинейных армоцементных панелей складчатого сечения. По короткой стороне панели окаймлены ребрами. Стыкуют панели между собой ванной сваркой выпусков арматуры с замоноличиванием швов. Горизонтальный распор воспринимает затяжка, состоящая из двух стержней диаметром 25 мм, которая стягивает железобетонные бортовые балки. Панель армирована двумя ткаными сетками № 8 и проложенными между ними по короткой стороне через каждые 50 см отдельными стержнями диаметром 6 мм. В продольном направлении в полках располагают сварные каркасы с продольными стержнями диаметром 10 мм. Ребра также армируют сварными каркасами. Вес собранной арки 25 т. Приведенная толщина бетона — 6,2 см, расход стали — 18,2 кг/м2.
Для покрытий зданий тепловых электростанций Куйбышевским Оргэнергостроем разработан проект арочной полигональной конструкции складчатого сечения (рис. 49). Арка пролетом 45 м и шириной 6 м состоит из восьми армоцементных панелей двух типоразмеров. Средние панели — складчатого сечения, крайние — корытного типа, заканчивающиеся опорной частью. Горизонтальный распор воспринимают две металлические затяжки из двух стальных тросов диаметром 28,5 — 31,5 мм. Панели длиной 6 м, шириной 6 м, толщиной наклонных стенок 20 мм и горизонтальных полок — 50 мм стыкуют между собой сваркой выпусков арматуры с замоноличиванием швов. Армированы панели четырьмя ткаными сетками и положенными между ними отдельными стержнями диаметром 3 мм. В полках располагают плоские сварные каркасы. Крайняя панель дополнительно армирована сварными каркасами и сетками, расположенными в зоне опорной плиты. Сечение панели допускает ее изготовление вибропрофилером или формованием при помощи скользящего виброштампа на стендах. Сборку арки осуществляют на подмостях, затяжку натягивают усилием, равным распору от веса арки до момента отрыва панелей от подмостей. После снятия арки с подмостей затяжку натягивают до расчетного усилия. Вес укрупненной монтажной единицы — 25 т. Приведенная толщина бетона — 6,3 см, расход стали — 13,3 кг/м2.
Конструкция тонкостенного покрытия коробчатого сечения пролетом 75 м разработана институтом Ленпромстройпроект и применена на строительстве Красноярского текстильного комбината (рис. 50). Арку собирали из пяти армоцементных панелей. На панелях волнистого поперечного сечения через каждые 3,5 м установлены замкнутого профиля диафрагмы. Крайние элементы арки упираются в предварительно напряженные горизонтальные железобетонные балки, которые воспринимают горизонтальный распор и одновременно служат покрытием боковых пролетов здания. Предварительно напряженные затяжки расположены по торцам цеха. Выпуски арматуры в процессе сборки панелей на отдельных опорах сваривали, а швы омоноличивали. Армированы панели пятью ткаными сетками и продольными стержнями, уложенными в гребнях волн. Арматура диафрагм — сварные каркасы из стержней диаметром 12 мм. Вес монтажного элемента — 8,5 т. Для изготовления панелей применяли бетон марки 400. Приведенная толщина его 13,2 см, расход стали — 17 кг/м2.
