Распорная система. Общие свойства каменных сводчатых конструкций, страница 5

3.1.  Общие свойства каменных сводчатых конструкций

Свод – в архитектуре тип перекрытия, ограниченного стенами, балками или столбами — конструкция, которая образуется наклонными поверхностями (прямолинейными или криволинейными). Своды позволяют перекрывать значительные пространства без дополнительных промежуточных опор. Арки представляют частный случай, его плоско-пространственная модель. Каждый тип свода может быть представлен как система элементарных арок или полуарок, образующих форму свода и несущих свою часть нагрузки.

Равномерное распределение нагрузки вдоль цилиндрической части свода позволяет обеспечивать каждой его элементарной арке одинаковый режим работы, это означает аналогичные напряжения и деформации. Сосредоточенная нагрузка, деформирующая данный участок, включает в совместную работу и соседние полосы, причем ширина «подключения» зависит от толщины свода, способа кладки и прочности раствора. Сочетание нескольких видов нагрузки вызывает сложную деформацию распорных систем, в которой трудно выделить долю каждого вида, в том числе и преобладающего, так как нередко суммируются несимметричные прогибы.

Расчет любого типа свода в себя включает:

·  выбор оптимальной рабочей схемы, то есть системы главных и второстепенных арочных элементов, которая наиболее соответствовала характеру распределения усилий и действительной значимости каждого элемента;

·  определение габаритов расчетных элементов;

·  сбор и разделение нагрузки;

·  определение реакций R, распора Н и внутренних усилий — момента М и нормальной силы N расчетных элементов;

·  проверку их несущей способности по величине сжимающих напряжений в кладке.

Собственно, расчет каменной арки, являющейся как самостоятельной конструкцией, отдельным деформационным блоком или просто характерной деталью свода, может быть сведен к проверке несущей способности ее сжатой зоны.

Форма арки или свода, при которой любое сечение под действием нагрузки работает в наиболее рациональном для кладки режиме, т.е. симметрично сжато, наиболее рациональна и отвечает условию: Мх= Hfx, то есть безмоментной кривой. Как показывает практика, большинство построенных сводов по разным причинам, а также по эстетическим соображениям не абсолютно рациональны, их сечения обжаты несимметрично.

Растянутая часть сечения в работе не участвует, хотя при наличии упругого раствора способна удерживать растягивающие напряжения до 0,15 МПа. Она может располагаться с внутренней или наружной поверхности свода в соответствии с характером деформации. При центральной нагрузке на свод растяжение наблюдается обычно в центральной трети пролета на нижней поверхности и в боковых третях — на верхней. Глубина растянутой части сечения может расти при деформации свода пропорционально уменьшению высоты работающей сжатой зоны.

Высота сжатой зоны сечения — это основной показатель устойчивости арочной конструкции, сложенной из кирпича или камня. Для любого внецентренно сжатого сечения свода высота сжатой зоны приблизительно равна удвоенному расстоянию от точки приложения нормальной силы N до ближайшего края сечения.

Рабочая схема простого цилиндрического свода представляет систему независимых параллельных арок. О несущей способности и деформациях свода можно судить по работе элементарной арки, служащей рабочей схемой свода, но при условии, что нагрузка вдоль свода не меняется. А если нагрузка вдоль свода меняется ступенчато или существуют местные поперечные утолщения свода в виде гуртов и подпружных арок, то каждой ступени нагрузки или сечения соответствует своя элементарная арка, символизирующая отдельный деформационный блок.