Вес в противовес

Или как уменьшить моменты в базе арки. 

В одном из объектов требовалось выполнить въездную группу в здание склада в виде арочной конструкции, примыкающей к наружной стене.

Арка представляла собой неполную разомкнутую окружность, жестко опертую на обрез фундамента выше уровня земли.

Из плоскости арок устойчивость и геометрическая неизменяемость каркаса обеспечивалась продольными элементами (прогонами) и преднатяженными вертикальными связями из круглого проката.

Рис.1 Общий вид арочной конструкции

Несмотря на малые геометрические размеры и небольшие постоянные нагрузки, в базах арок возникли ощутимые опорные моменты от совместного действия ветровых и снеговых нагрузок.

Проработка стандартного конструктивного решения опорного узла с расчетом по гл.8.6 [1] показала, что требуется сильно развить базу в длину, чтобы получить приемлемую толщину опорной плиты и сечения анкерных болтов.

Поскольку габариты баз в данной конструкции ограничены не только эстетическими требованиями (конструкции открыты взору), но и обеспечением требований по минимальной ширине проезда, стало ясно, что нужно каким-то образом уменьшить усилие в анкерных болтах и опорной плите.

Т.к. в арке опорные моменты от вертикальных нагрузок (собственный вес, постоянная нагрузка обшивки, снеговая нагрузка) имеют один знак и направлены "наружу", было принято решение сделать базу несимметричной со смещением стойки арки внутрь пролета таким образом, чтобы возник эксцентриситет приложения вертикальной нагрузки к опорной плите.

Рис.2 Вид эпюры моментов от вертикальных нагрузок (собственный вес, постоянные нагрузки от веса ограждающих конструкций, снег)

Рис.3 Вид эпюры моментов от горизонтальных нагрузок (ветер слева)

При этом в базе возникал бы компенсирующий момент от собственного веса конструкций и веса снега, который уменьшит значение изгибающего момента в стойке арки (Рис.4).

Т.к. "внутрь" пролета момент направлен только при действии ветровой нагрузки, и отрывающее усилие "Z" в болте гораздо меньше, с наружной стороны базы был предусмотрен только один анкер.

Рис.4 Схема примененной базы

Для того чтобы получить расчетное сочетание автоматически, соответствующие расцентрвоки были заданы в Лиру (как это сделать корректно, см. статью).

С помощью функции узловых реакций можно проследить, что при смещении центра стойки на 15 см момент уменьшился на 23%.

Рис.5 Сравнение нагрузок на опорные узлы (момент, тсм) с расцентровкой (слева) и без (справа)

Расцентровка в базе привела к некоторому догружению пролетных сечений арки дополнительным моментом.

Это значит, что, при необходимости, можно таким же образом регулировать (уменьшать) усилия в каркасе, увеличивая его в базе и наоборот.

А какие способы регулирования усилий в арочных и рамных конструкциях знаете и применяете Вы ?

1. СП 16.13330.2017 "Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*" (с Поправкой, с Изменением N 1,2,3).