Как рассчитать радиус окружности арки

Зачастую перед строителем возникает задача выстраивания арочного перекрытия, обустройства куполообразной кровли или оригинального «горбатого» мостика над водоемом, который становится все более популярной малой архитектурной формой. При этом, в большинстве случаев мастера не утруждают себя сложными расчетами, используя две величины, которые известны даже семикласснику. Такими величинами являются ширина пролета, впоследствии перекрываемая аркой, и высота подъема арки, которая рассчитывается путем определения расстояния между воображаемой горизонтальной линией, проведенной между точками, на которые осуществляется упор арки, и наивысшей точкой арки. По мнению специалистов, данных величин недостаточно, чтобы обустроить надежную арку с высокими эксплуатационными характеристиками. Основная роль при конструировании арочного перекрытия отводится выбору материалов, из которого будет сооружаться арка, и связанному с ним расчету арки, правильность проведения которого определяет ее последующие эксплуатационные характеристики. Следуя данным рекомендациям, вы сможете сконструировать надежное арочное перекрытие, которое станет отличным решением и не только разнообразит дизайн квартиры, но и станет отличным украшением ландшафтного дизайна сада. Специалисты в данной сфере без труда произведут все необходимые расчеты, но что делать, если нет возможности воспользоваться их услугами, и приходится выполнять все работы самостоятельно? В этом случае воспользуйтесь нашими рекомендациями, которые помогут вам максимально эффективно справиться с поставленной задачей.

Содержание

Арочные системы с точки зрения профессионала

С точки зрения специалистов инженеров, арочными конструкциями называются системы ломаного или криволинейного характера, на опорные элементы которых действуют вертикальные нагрузки, приводящие к наклонным реакциям, направленным внутрь проема. Горизонтальной составляющей подобной опорной реакции является распор, что свидетельствует о том, что арочные системы являются распорными конструкциями. Это и является их основным отличием от балок, которые испытывают только нормальное механическое напряжение. В современном строительстве арки используются в качестве основных несущих конструкций сооружений различного назначения, будь то хозяйственные, промышленные или сельскохозяйственные постройки, пролетом от 12 до 70 м. Что касается зарубежного строительства, то в данной отрасли конструирование арочных пролетов еще более развито, что позволяет сооружать арки высотой до 100 м и более.

Классификация арок: основные разновидности

В соответствии со статической схемой, различают бесшарнирные, двухшарнирные и трехшарнирные арки;

Также опорные конца арки можно соединить горизонтально расположенным стержнем, воспринимающим горизонтальную нагрузку и называемым затяжкой. Расчет арки с затяжкой несколько отличается от расчета двухшарнирной арки или трехшарнирной арки без затяжки.

Для каждого из этих типов характерны свои достоинства и недостатки, в связи с чем, выбор конструкции осуществляется инженером-проектировщиком, который осуществит расчет трехшарнирной арки с учетом прочностных требований, предъявляемых к ней, материалов, используемых для ее конструирования, и архитектурных задач, которые возлагаются на ту или иную конструкцию.

В соответствии со схемой опирания, выделяют арки с затяжкой и арки без затяжки. Если первые воспринимают распор, то распор последних передается на опоры. Изготовление затяжки осуществляют из профильной стали или арматуры. Если эксплуатация арки будет осуществляться в условиях агрессивных сред, способствующих коррозии металла, допускается использование деревянных клееных затяжек.

По форме различают:

• Треугольные арки, состоящие из прямых полуарок. Расчет треугольной арки не представляет сложностей, и вы сможете произвести его самостоятельно;

• Пятиугольные арки;
• Сегментарные арки, оси полуарок которых располагаются на общей окружности;
• Стрельчатые арки, состоящие из нескольких полуарок, оси которых расположены на двух окружностях;

Как осуществить расчет трехшарнирной арки с затяжкой: рекомендации специалистов

Если вы планируете осуществить монтаж небольшой арки, расчет и конструирование не доставят вам особых сложностей, так как для их производства предпочтительнее использовать листы строительного материала огромных размеров, такого как фанера, гипсокартон или OSB-плиты. Наибольшие показатели их длины ширины составляют 250 и 120 см соответственно, что позволяет просто начертить арку на листе материала и выпилить как минимум две составляющие детали несущих балок. В завершение такие арки обшивают листовым материалом, после чего можно считать, что арка готова. Несмотря на быстроту и простоту монтажа арок данным методом, для него характерны и свои недостатки, среди которых большое количество материала, затраченного на отходы, декоративность готовой арки и неспособность конструкции нести нагрузки.

Обустройство арочных конструкций существенно усложняется, если перед мастером стоит задача монтажа арки над большим просветом (до нескольких метров) или арки, способной выдерживать высочайшие нагрузки. В связи с тем, что на строительном рынке трудно найти материалы, размеры которых позволяют осуществить монтаж такой арки, она конструируется как наборная конструкция, состоящая из нескольких деталей. В связи с этим, перед мастером встает задача точного расчета арки и определения размеров ее деталей.

Как уже упоминалось ранее, арки различают в соответствии с такими параметрами, как форма, размер и высота, и прежде, чем реализовать проект расчета деревянной арки, необходимо четко представлять себе конструкцию и приблизительные размеры желаемой арки. С учетом данных параметров, легче определиться с выбором материалов для ее монтажа и последующим проведением расчетов.

Дилетанты, услышав словосочетание «расчет арки» зачастую пугаются, однако расчеты в данном случае несложные и основаны на использовании школьных формул из геометрии. Кроме того, чтобы облегчить проведение расчетов, необходимо начертить на миллиметровой бумаге контур арки в несколько уменьшенном масштабе. После этого изготавливают шаблон арки в реальном размере, имея который, вы сможете наиболее эффективно провести дальнейшие расчеты, так как сможете приложить так называемую копию арки к месту ее монтажа и оценить правильность проведенных расчетов. Для изготовления шаблона можно использовать плотный картон, фанеру или лист ДВП.

Арочные конструкции занимают обширную нишу в архитектуре, и их использование – широчайшая тема, объять которую невозможно в одной статье. В настоящем материале мы рассмотрим изготовление арки в квартире или частном доме, так как традиционный прямоугольный проем, оформленный в виде арки, станет эксклюзивной деталью интерьера квартиры, выгодно отличающей ее от других квартир.

Рассмотрим пример расчета трехшарнирной арки:

В большинстве случаев, независимо от опыта мастера, ему известны три параметра арки, среди которых ширина пролета, перекрываемого аркой, высота арки, а также глубина (ширина) стены. Перед мастером при этом стоит задача рассчитать параметры деталей арки, собрать их в единую арочную конструкцию и прочно закрепить ее.

Способ № 1 — эмпирический

Несмотря на то, что любой расчет арки начинается с вычисления радиуса ее окружности, арка не всегда представляет дугу окружности. Существуют ситуации, когда арка состоит из двух дуг (это относится к аркам, выполненным в готическом стиле) или характеризуются несимметричными очертаниями. В этом случае расчет каждой дуги арки производится отдельно. Но, вернемся к расчету окружности арки. Его удобнее производить на бумаге, при этом уменьшив размер, в масштабе, например, 1: 50. Подготовив бумагу и циркуль, чертим на листе дверной проем с учетом масштаба и проводим ось симметрии, делящую проем пополам. После этого ось циркуля необходимо изменить, поставив ножку с иглой непосредственно на ось симметрии. Далее нужно начертить несколько дуг и, остановив свой выбор на наиболее оптимальной, остальные убрать с помощью ластика.

Чтобы нагляднее продемонстрировать данный пример, изобразим дугу арки:

где R – радиус окружности арки, а L представляет собой половину хорды дуги, тогда как размер хорды соответствует длине арочного просвета. Что касается H, то данный показатель отображает высоту подъема арки.

Способ № 2 — математический

Чтобы осуществить математический расчет радиуса окружности арки, воспользуйтесь теоремой Пифагора, в соответствии с которой:

R= L2 + (R2 — H2)

R= L2 + (R — H)2

Разложив двучлен, преобразуем выражение в вид:

R2 = L2 + R2 – 2HR + H2

Вычтем из обеих частей R и получим:

L2 + H2 — 2HR = 0

Перенесем слагаемое с R за знак равенства:

2RH = L2 + H2

И, наконец, получим искомый R:

R = (L2 + H2)/ 2H

Важно! Формула для вычисления радиуса окружности арки: R = (L2 + H2)/ 2H, где R – радиус окружности арки, H – высота подъема арки, L – половина хорды дуги (длина арочного просвета).

В связи с тем, что арка состоит из нескольких частей, для изготовления которых придется использовать доску определенной ширины, произведем расчет размеров детали, которую можно изготовить из доски с конкретными размерами. Для этого необходимо решить обратную задачу. С учетом известного радиуса арки и высота ее подъема (в данном случае это ширина доски), рассчитаем максимально возможную длину детали, которую можно изготовить из доски с определенной шириной, то есть произведем расчет длины арки. В связи с тем, что из предыдущих расчетов нам уже известны определенные соотношения, выведем следующую формулу:

L2 = 2RH – H2

HR – H2

Чтобы правильно изготовить арку, необходимо подготовить несколько больше деталей, с учетом того, что в процессе монтажа их придется стыковать. Способ стыковки выбирается в зависимости от назначения арки. Практикуется использование накладных деталей по «щекам» арки и стыковка двух арок, с учетом сдвига на полдетали.

В процессе расчета деталей необходимо учитывать то, какая сторона арки, в зависимости от ее расположения по отношению к деталям, больше всего нас интересует (внутренняя или внешняя). Проще говоря, нам необходимо понять, как будут располагаться несущие детали арки по отношению к самой арке. Например, при обустройстве куполообразной кровли, несущие детали арочной конструкции будут располагаться ниже арки, а при монтаже арочного свода – выше. Возникают ситуации, когда необходимо обустроить двустороннюю арку. В последнем случае расчет деталей арки произведет по наименьшему закруглению.

Если в процессе эксплуатации, арка будет нести высокие нагрузки, необходимо произвести ее усиление с помощью различных балок и затяжек, установленных между узлами арки. Таким образом, вы сможете обустроить несущую ферму, которая способна выдержать повышенные нагрузки.

Если вы решили обустроить арку в готическом стиле, вам необходимо максимально точно определить радиус закругления арки на концах. В этом случае вы облегчите себе задачу, используя эмпирический способ расчета арки, с помощью которого вы экспериментальным путем подберете точку закругления арки, далее из этой точки вниз проведете линию, идущую параллельно стене, измерите полученное расстояние и проведете линию такой же длины с другой стороны. Затем ножку циркуля ставят на эту линию, определяют расстояние (радиус) и, двигаясь вниз или вверх параллельно линии, определяют точку, где линия стены и дуга арки сомкнутся посредством второй (меньшей) дуги. На второй стороне чертежа необходимо произвести то же самое.

Чтобы облегчить себе задачу и максимально эффективно произвести расчет арки, вы можете сделать несколько чертежей и выбрать наиболее подходящий. Как вы уже поняли, приведенные примеры расчета арки далеко не единственные, и существуют другие способа расчета, однако эмпирический способ наглядно вам демонстрирует, как будет выглядеть арка после осуществления монтажа. Кроме того, в процессе осуществления расчетов вы сможете легко корректировать чертеж до тех пор, пока не достигнете желаемого результата.

Сделав чертеж и удостоверившись в его правильности, необходимо изготовить шаблон арки, используя который, вы без труда осуществите монтаж любой арочной конструкции.

Несколько слов о выборе материала для арки

Для изготовления арки можно использовать различные материалы, в том числе и металл (расчет металлической арки производится несколько иначе), а также кирпич и бетон, однако наиболее простым и дешевым способом является изготовления арки из гипсокартона. В связи с тем, что арка, изготовленная из кирпича и бетона, будет очень тяжелой, для нее необходимо монтировать арматурный каркас. Арматура легко поддается сгибанию, и вы без труда сможете сварить из нее каркас. После этого, используя перфоратор, в стенах необходимо просверлить отверстия, вбить в них штыри и приварить к ним арочный каркас.

Изготовление арки из гипсокартона осуществляется намного проще и быстрее, однако готовая конструкция будет менее прочной, чем ее кирпичные или бетонные аналоги. Для этого необходимо изготовить каркас из жестяных профилей, по бокам обшить их гипсокартоном, а для обшивки внутреннего проема использовать сегменты(для их изготовления гипсокартон разрезают с одной стороны, выгибают и в заключение закрепляют саморезами). Образовавшиеся грани необходимо сгладить шпаклевкой.

Расчет кирпичной арки: основные моменты

Чтобы осуществить расчет кирпичной арки, также необходимо изготовить шаблон из ДВП, качество которого во многом определяет эксплуатационные характеристики и внешний вид будущей кирпичной арки. В первую очередь необходимо рассчитать размеры шаблона, для чего потребуется знание ширины арочного проема. Например, ширина арочного проема составляет 15000 мм.

Так как ширина шаблона должна быть на 5 мм меньше, значит, она составит 1495 мм. Даже если произойдет разбухание шаблона от влаги, вы сможете без труда осуществить его демонтаж на финальных стадиях работы. Высота шаблона должна соответствовать высоте арки, в нашем случае пусть будет 168 мм. Так как целый лицевой кирпич рекомендуется класть в верхней части арки, необходимо произвести расчет числа кирпичей. Так как высота одного ряда составляет около 72 мм (высота кирпича + высота шва), а общее число рядов равно 4, арочная высота составляет 72*4 – 120 = 168мм. (120мм при этом – высота кирпича, уложенного на ребро).

И в заключение

Чаще всего монтаж арочных конструкций осуществляется для декоративного оформления помещения, независимо от его предназначения. Это может быть и дом, и квартира, и офис.

Зачастую с помощью арки оформляют дверной проем между кухней и гостиной. Однако монтаж арки может использоваться и в процессе более масштабных видов строительства. Если вы планируете оформить с помощью арки внутреннее убранство помещения, специалисты рекомендуют изготовить арочную конструкцию из гипсокартона, так как это намного дешевле, проще и менее трудозатратно. При этом готовая конструкция ничуть не уступит аркам из кирпича или дерева. Чтобы не разочароваться в красоте и правильности арки, специалисты рекомендуют подойти к монтажу арочной конструкции с должной тщательностью и провести расчет арки, что можно осуществить несколькими способами. В нашей статье мы предложили вам два наиболее распространенных и эффективных способа расчета арки, воспользовавшись которыми, вы сможете соорудить надежную и эстетически привлекательную арку.

Видео:Задача про арку Как рассчитать высоту опор арочного мостаСкачать

Как правильно рассчитать радиус арки?

Видео:Радиус и диаметрСкачать

Как правильно рассчитать полукруг?

Полукруг — это половина круга. Для вычисления площади полукруга необходимо найти площадь полного круга, а затем разделить ее на два.
.
Вот как это делается:

1. Площадь = (πr2)/2.
2. Площадь = (π x 5 см x 5 см)/2.
3. Площадь = (π x 25 см2)/2.
4. Площадь = (3,14 x 25 см2)/2.
5. Площадь = 39,25 см

Видео:Как Найти Радиус Сегмента на Потолке. Радиус Окружности По Хорде И Высоте СегментаСкачать

Как правильно рассчитать длину арки?

длина эллипса (L) равна произведению суммы его полуосей (a, b) на число π(пи). Полученное делим на два и получаем половину длины всего эллипса или длину нашей арки.

Видео:Сегмент круга и столяркаСкачать

Как узнать высоту арки?

Среднестатистическая ориентировка на высоту арки — 10 процентов ширины двери над ее проемом. Радиус арки удобнее рассчитать при помощи школьной формулы: R = (L+H) / 2H. Н – высота арки от точки L. L – центр ширины, расстояние до центра ширины арки от края к середине, точка L делит всю ширину ровно пополам.

Видео:+Как найти длину окружностиСкачать

Как правильно рассчитать арку из гипсокартона?

Тем, кто всё же предпочитает только математическую точность, радиус поможет высчитать такая формула: R=L²+H²/2H, где R – обозначает радиус окружности арки, L – половина хорды дуги, H = высота подъёма арки.

Видео:Как рассчитать сегменты .Скачать

Как считать радиус круга?

Радиус круга рассчитывается по следующим формулам:

1. Если нам известна длина: Формула для расчета радиуса круга через его длину: R=P/(2π)
2. Если нам известна площадь: Формула для расчета радиус круга через площадь: R=√S/π
3. Если нам известен диаметр: Формула для расчета радиус круга через диаметр: R=D/2.

Видео:Длина окружности. Математика 6 класс.Скачать

Как измерить длину дуги?

Если измерение дуги (или центрального угла) задано в радианах, то формула для длины дуги окружности является произведением радиуса и измерения дуги. где r-радиус окружности, а m-мера дуги (или центрального угла) в градусах.

Видео:Как найти центр и радиус нарисованной окружности #математика #егэ2023 #школа #fyp #shortsСкачать

Как рассчитать длину дуги для теплицы?

Как рассчитать длину дуги для теплицы?

1. Приравниваем ширину будущей конструкции к диаметру половины дуги. В этом случае высота теплицы будет равна радиусу. То есть: R=D/2=1м/2=0,5м.
2. Теперь вычисляем длину дуги, как половину длины окружности, диаметр которой составляет 1 м. L=0.5x*πD=1,57 м.

Видео:КАК НАЙТИ РАДИУС КРУГА (ОКРУЖНОСТИ), ЕСЛИ ИЗВЕСТНА ДЛИНА ОКРУЖНОСТИ? Примеры | МАТЕМАТИКА 6 классСкачать

Как рассчитать дугу арки?

Важно! Формула для вычисления радиуса окружности арки: R = (L2 + H2)/ 2H, где R – радиус окружности арки, H – высота подъема арки, L – половина хорды дуги (длина арочного просвета).

Видео:расчет аркиСкачать

Как посчитать длину дуги зная радиус?

Формулы для нахождения длины дуги сектора

Длина (L) дуги сектора равняется числу π, умноженному на радиус круга (r), умноженному на центральный угол в градусах (α°), деленному на 180°.

Видео:Найти центр кругаСкачать

Какой высоты должна быть арка в квартире?

Ширина проема может быть выбрана произвольно, а вот высота всегда ограничивается перекрытием потолка. При высоте потолочного перекрытия в 2500 мм арка должна быть не выше 2200 мм, а для потолка высотой 3200 мм подойдет арка в 2600 мм.

Видео:Как измерить радиус детали по длине хорды и высоте сегментаСкачать

Как рассчитать материал для строительства теплицы?

Формулы расчета полукруглой теплицы

1. Площадь полукруглой теплицы (м2) = X/1000*Z/1000;
2. Периметр полукруглой теплицы (м) = X/1000*2+Z/1000*2;
3. Объем полукруглой теплицы (м3) = X/1000*Z/1000*(Y/1000-(X/1000)/2)+((3.14*X/1000/2*Z/1000/2)/2)*Z/1000;

Видео:Расчет сегмента окружности по хорде и длине цилиндрической поверхности (трансцендентное уравнение)Скачать

Что такое правильная арка?

Арочные окна могут быть как глухими, так открывающимися.

Наиболее распространенным видом арочных окон является правильная арка. Правильная арка — это арочная конструкция, в которой высота равна половине ширины. Такая арка будет цельной и исключается необходимость сварки арки с прямыми частями окна.

Видео:Сегмент окружности - как найти площадь фермы для кровли.Скачать

Как сделать арку из гипсокартона в дверном проеме?

Сделать арку из гипсокартона в дверном проеме можно двумя способами.

1. Первый способ: Сначала полностью сделать каркас из профилей, а затем обшить каркас гипсокартоном. .
2. Второй способ: Раскроенный гипсокартон закрепить на установленных направляющих, а каркас собирать по полукруглым линиям гипсокартона.

Видео:Найти радиус. Задача на вниманиеСкачать

Сколько стоит сделать арку из гипсокартона?

Цена монтажа арки из гипсокартона без стоимости материалов и малярных работ — от 2000 до 45000 руб.

Видео:Длина окружности. Площадь круга - математика 6 классСкачать

Как рассчитать радиус арки

Видео:КАК ИЗМЕРИТЬ ДЛИНУ ОКРУЖНОСТИ? · ФОРМУЛА + примеры · Длина окружности как найти? Математика 6 классСкачать

Рубрика: «Домашнему мастеру»

Видео:Деление окружности на 3; 6; 12 равных частейСкачать

Как сделать арку своими руками?

Начнем с того, что арки бывают разные, по высоте, по форме, и прежде чем приступить к реализации надо четко себе представлять какую именно арку вы хотите у себя сделать. В зависимости от этого, можно определиться с какого материала ее лучше сделать, а затем уже делать конкретные расчеты.

Сами расчеты не сложные, надо вспомнить некоторый формулы из геометрии, а после начертить контур арки на бумаге (миллиметровке) в уменьшенном масштабе. Далее изготовляем шаблон арки, в негативном отображении и уже в реальную величину.

Шаблон можно изготовить из ДВП, фанеры или плотного картона. Имея шаблон, делать остальные расчеты уже намного проще, ведь его можно приложить к месту и обозначить крепление арки и рассчитать другие элементы.

Понятно, что арочные конструкции и перекрытия используются очень широко в архитектуре и это обширная тема. В данной статье рассмотрим лишь как сделать арку в частном доме или квартире. Ведь сделанный в виде арки стандартный прямоугольный проем станет тем эксклюзивом, который выгодно будет выделять вашу квартиру от других.

Итак, как делаются расчеты арки?

Мастеру, как правило, известно только три параметра — ширина пролета, который надо перекрыть аркой, высота самой арки и толщина стены (глубина). Наша задача — рассчитать и сделать детали арки, собрать и прочно закрепить ее.

Расчет надо начинать с вычисления приемлемого радиуса окружности арки. Это хорошо делать на бумаге в уменьшенном размере, в масштабе, к примеру 1:50. Берем циркуль, бумагу и чертим сначала в масштабе сам проем, проводим ось симметрии, а затем меняя радиус циркуля, поставив ножку циркуля с иглой на ось симметрии, проводим легкой линией несколько дуг. Подобрав оптимальную, остальные дуги стираем.

Хотя, арка не всегда представляет собой одну дугу окружности. Она может менять изгиб по краям (как в готическом стиле), состоять из 2-3 дуг разного радиуса. И не обязательно арка должна быть симметричной, в таком случае надо рассчитывать каждую дугу отдельно.

Выше описан самый простой способ расчета арки, графический, методом подбора радиуса, но если кому-то ближе математический способ расчета арки — тогда используйте формулу из теоремы Пифагора:

А из нее выводим формулу расчета радиуса окружности арки:

Где, r — это радиус окружности арки, L — половина хорды дуги, h – высота подъема арки.

Если же вы решили сделать арку в готическом стиле, тогда вам надо найти радиус закругления арки на концах. Используя первый способ — это сделать не сложно, надо экспериментальным путем подобрать точку закругления арки и с этой точки провести вниз параллельно стене линию, замерить расстояние и провести точно такую же линию с другой стороны.

Теперь ставим ножку циркуля на эту линию, снимаем расстояние (выставляем радиус) и двигаясь параллельно линии вверх или вниз находим точку где дуга арки и линия стены будут смыкаться второй (меньшей) дугой. То же проделываем на второй стороне чертежа. Все — контур арки готов!

Можно поэкспериментировать, сделать несколько чертежей, тогда будет из чего выбрать. Этот метод расчета арки хорош тем, что вы наглядно видите, как будет выглядеть арка и если надо, можно корректировать чертежи до достижения желаемого результата.

Далее, согласно выбранному масштабу, увеличиваем чертеж в реальную величину, т.е. делаем шаблон, как уже писалось выше, а по шаблону любой мастер может уже изготовить арку.

Материал для арки можно использовать разный, самый простой и дешевый способ, как мне кажется — это гипсокартон. Можно сделать арку и из бетона или кирпича, но поскольку она будет тяжелая, надо делать каркас из арматуры. Арматура легко выгибается, из нее надо сварить каркас, затем посверлить в стенах перфоратором дырки, вбить туда штыри и приварить (закрепить) к ним каркас арки.

Арматурный каркас арки делаем таким образом, чтобы его можно было заполнить кирпичами (просунуть кирпич) или кусками кирпичей с цементным раствором 1:3. Далее, после того как все это схватится, штукатурим арочный проем, подгоняя под шаблон (за несколько подходов).

Из гипсокартона арку делать проще, но она конечно будет не такая прочная и долговечная как из арматуры и кирпича. Из жестяных профилей делается каркас, обшивается гипсокартонном по боках, а внутренний проем (изгиб) обшивают сегментами (разрезают гипсокартон с одной стороны, выгибают и закрепляют саморезами), а затем образовавшиеся грани сглаживают шпатлевкой под шаблон.

Вот собственно и все! Как видите сделать арку своими руками не сложно, хотя поморочиться придется. Но оно того стоит, обыденность уже всем надоела.

Виктор Донской
www.masteru.org.ua

Видео:найти радиус окружности, описанной вокруг треугольникаСкачать

Конструктивный расчет арки

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ КЛЕЕДЕРЕВЯННОЙ ТРЕХШАРНИРНОЙ АРКИ КРУГОВОГО ОЧЕРТАНИЯ

Исходные данные

Основной несущей конструкцией покрытия является трёхшарнирная клееная деревянная арка кругового очертания. Пролёт арки 24 м, стрела подъема 4 м, шаг арок – 5,3 м. Несущие конструкции выполнены из древесины второго сорта. Ограждающие конструкции – клеефанерные плиты с одной нижней обшивкой, кровля выполнена из металлочерепицы «Элит». Район строительства – город Ивацевичи.

Геометрические характеристики арки

Арка состоит из двух полуарок кругового очертания.

Радиус арки определяется по формуле

где l – пролет арки;

f – стрела подъема арки.

Центральный угол дуги полуарки определяем по формуле:

Длина дуги арки:

Геометрические характеристики оси арки представлены на рисунке 2.1.

Рис. 2.1 — Геометрические характеристики оси арки.

Для определения расчетных усилий разобьем полуарку на 10 равных участков. Принимаем за начало координат левый опорный шарнир арки.

Сбор нагрузок

На арку действуют постоянные нагрузки (вес всех элементов покрытия и собственный вес арки) и временные (вес снега и давление ветра).

Постоянные равномерно распределенные нагрузки от покрытия на 1м 2 горизонтальной проекции арки определяем с введением коэффициента

учитывающего разницу между длиной арки и ее горизонтальной проекцией.

Сбор нагрузок представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 Постоянные нагрузки, действующие на арку

Нормативное значение от собственного веса арки:

где g_1.k — постоянная нормативная нагрузка от покрытия, кН/м 2 ;

q_s.k – полное нормативное значение снеговой нагрузки, кН/м 2 ;

k_s.w– коэффициент собственного веса конструкции, определяемый по таблице 1.5 /1/;

l – пролёт арки, м.

Постоянная нагрузка, действующая на 1м арки:

Снеговая нагрузка.

Город Ивацевичи находится в IБ снеговом районе, для которого, согласно таблице 1.7 /1/, нормативное значение веса снегового покрова на 1м 2 горизонтальной поверхности равно

Возможны следующие варианты распределения снеговой нагрузки, для которых определяются значения коэффициентов µ₁ и µ₂ по таблице 1.9/1/:

Расчетное значение снеговой нагрузки определяется по формуле

где γ_q – коэффициент надежности для снеговой нагрузки.

Расчетная снеговая нагрузка, действующая на 1 м арки:

2.2. — Варианты распределения снеговой нагрузки.

Ветровая нагрузка.

Нормативное значение средней составляю­щей ветровой нагрузки w_m на высоте z над поверх­ностью земли следует определять по формуле

где w₀ — нормативное значение ветрового давления (см. п. 6.4/3/);

k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (см. п.6.5/3/);

с — аэродинамический коэффициент (см. п. 6.6/3/).

Для первого снегового района

Коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте (для местности типа В):

— аэродинамические коэффициенты.

Коэффициент надежности по ветровой на­грузке γ_f следует принимать равным 1,4.

Расчетные значения ветровой нагрузки представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 Определение расчетной ветровой нагрузки

Схема действия ветровой нагрузки показана на рисунке 2.3.

Видео:РАДИУС ОКРУЖНОСТЬ ДИАМЕТР КРУГ / 3 КЛАСС МАТЕМАТИКА. ЧТО ТАКОЕ ОКРУЖНОСТЬ ? ЧТО ТАКОЕ РАДИУС ?Скачать

2.2. Пример расчета круговой арки

2.3. — Схема действия ветровой нагрузки.

Статический расчет арки

Произведем расчет арки по следующим сочетаниям нагрузок:

1. Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет (вариант 1);

2. Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет (вариант 2);

3. Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет (вариант 1) + ветровая с коэффициентом сочетания (0,9);

4. Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет (вариант 2) + ветровая с коэффициентом сочетания (0,9);

Статический расчет арки выполняем в программном комплексе “Raduga”.

Основная система: статически определимая трехшарнирная арка.

Рис. 2.4. – Постоянная нагрузка.

Рис. 2.5. – Снеговая нагрузка (вариант 1).

Рис. 2.6. – Снеговая нагрузка (вариант 2).

Рис. 2.7. – Ветровая нагрузка.

Наиболее неблагоприятное сочетание №1 Постоянная нагрузка + снеговая нагрузка на весь пролет (вариант 1).

Конструктивный расчет арки

Для изготовления арок принимаем пиломатериал из лиственницы европейской 2 сорта 40х275 мм.

Оптимальная высота сечения арки находится в пределах (табл. 1.5./1/):

Принимаем поперечное сечение арки 265х748 мм из 22 слоев толщиной 34мм (с учетом припусков на фрезерование):

Согласно табл. 6.4 /2/ расчетное сопротивление сжатию и изгибу:

коэффициент условий работы к_mod= 0,95;

коэффициент, учитывающий температурный режим здания k_t=1;

коэффициент, учитывающий изменение высоты поперечного сечения: при h =748 мм k_h= 0,916;

коэффициент, учитывающий изменение расчетных сопротивлений в зависимости от толщины слоев в клееных элементов: при d = 34мм к_δ=0,994;

коэффициент, учитывающий изменение расчетных сопротивлений материалов при их пропитки различными химическими составами: k_s= 0,9;

С учетом коэффициентов расчетные сопротивления сжатию и изгибу равны:

Расчет арки на прочность

Для расчета арки выбираем наиболее опасное сечение.

В соответствии с п. 7.6.1 /2/ при изгибе с осевым сжатием должно удовлетворяться следующее условие 7.21 /2/:

где — изгибающий момент от действия поперечной нагрузки;

— расчетное сопротивление древесины сжатию;

— расчетный момент сопротивления поперечного сечения;

— площадь расчетного сечения нетто;

— коэффициент, учитывающий дополнительный момент от продольной силы вслед­ствие прогиба элемента.

Согласно п.7.6.2 /2/:

В соответствии с п.7.3.3 /2/ гибкость элемента определяется по формуле:

где — радиус инерции сечения;

Полученная гибкость не превышает предельную (таблица 7.7 /2/).

припо формуле 7.6 /2/ – коэффициент продольного изгиба;

В случае, когда эпюра изгибающих моментов не соответствует очертанию, указанному в 7.6.2 /2/, коэффициент следует умножать на поправочный коэффициент определяемый по формуле

где — коэффициент, учитывающий очертание эпюры изгибающих моментов, определяется по таблице 7.6 /2/.

;

Тогда, подставляя все найденные значения в формулу 7.21 /2/, получим:

Условие прочности выполняется, следовательно, запроектированная конструкция арки с сечением удовлетворяет требованиям прочности.

Изогнутая гипсокартонная конструкция, имеющая в основе полукруглую форму с правильным радиусом, называется аркой.

Если арочная конструкция из гипсокартона не имеет правильного радиуса, это будет уже сегментальная арка, в основе которой не лежит правильный радиус, а сегмент от круга произвольного радиуса.

В большинстве случаев монтируют не сегментальную арку, а правильную форму арку, так как она смотрится лучше и в отличии он сегментальной арки, концы плавно переходят в прямые линии.

В нашем примере мы научимся монтаж арки из гипсокартона только с правильным радиусом. Но перед этим, давайте разберемся, где какая арка.
На рис 1, представлена арка с правильным радиусом. С рисунка мы видим, что радиус арки, равен половине длины проема, и центр размещен посередине. Таким образом, на рис 1 , значение R, одинаково по всей окружности арки. Зеленым цветом обозначена сама арка, а синим цветом прямые линии, окончание арочной конструкции.

На рис 2, показана сегментальная арка. Так же как и на первом рисунке, зеленым цветом показана сама арка, а синим цветом прямые линии, окончание арочной конструкции.

Радиусы R1 и R2, разные по значению.

Как рассчитать арку из гипсокартона

Если сравнивать две формы арок, сразу же можно увидеть, что на рис 1, зеленый цвет, плавно переходит в синий, что нельзя сказать про рис 2. Таким образом, правильный размер арки, показан на рис 1.

Если присмотреться к старым зданиям, где присутствуют арки или декорации, монтаж арки сделано с правильными размерами, то есть по определенному радиусу.

Мы разобрались, что такое арка и отличие между ними. Также арки бывают не прямые, а с так называемым “зубом”, как показано на рис 3, но данная конструкция относится к правильной формы арок и встречается довольно редко.

Арочные конструкции из гипсокартона, как и гипсокартонные потолки, стены из гипсокартона, гипсокартонные перегородки, состоят из металлического каркаса, скрученного между собой и зашитых гипсокартонном. Отличие только в том, что в данной гипсокартонной конструкции имеются профиля, не только выставлены по прямых, а и по изогнутых линиях необходимого радиуса.

Для устройства каркаса арок из гипсокартона, рекомендуется применять холодногнутые оцинкованные металлические профиля, толщиной не меньше 0,55-0,8 мм. Применение более тонких профилей,
может привести к деформации целой конструкции. Профиля и гипсокартонные плиты, следует использовать одного производителя. Наиболее употребляемая длина профилей, 3000 и 4000 мм, но при необходимости, можно использовать профиля, другой длинны. Для монтажа арок из гипсокартона своими руками, используются два типа профилей, потолочный направляющий профиль UD-27 рис 4 и потолочный профиль (каркасный) CD-60 рис 5.

Для облегчение монтажа, в направляющим профиле UD-27, чаще уже есть отверстия под дюбель. Но при необходимости, перфоратором можно без труда сделать отверстия и в другом необходимом месте.

Для зашивки гипсокартонной арки, чаще используют листы толщиной 9,5 мм, шириной 120 мм и длинной 2500 мм, 2600 мм. В этом разделе мы рассмотрим, расчет и монтаж арки, необходимое количество материалов, как правильно стыковать гипсокартонные листы,
а также некоторые секреты и нюансы, что касается монтажа арочных конструкций.

Необходимость арки, и зачем монтировать арку из гипсокартона?

Прежде всего, монтаж арки необходим для декорации и украшение помещений.

Это может быть дом, квартира, или даже офис. Очень часто оформление арки в квартире, используют на переходе между кухней и столовой (прихожей). В большинстве случаев, внутри помещений, построение арки намного проще и быстрее сделать из гипсокартона, в отличие от кирпичной арки, или гипсовых шаблонов. Дальше мы рассмотрим, как сделать дверную арку, на место обычного дверного проёма. Также арки из гипсокартона монтируют на ранее установленных гипсокартонных перегородках, или вмести с ними. В данном разделе, ми рассмотрим разные варианты монтажа правильных арок из гипсокартона.

Программа предназначена для расчета трехшарнирной арки (очертание оси парабола или окружность) и может быть использована для выполнения расчетно-графической работы по дисциплине «Строительная механика».

Программа обеспечивает выполнение следующих функций:

ввод и корректировка исходных данных для расчета арки в диалоговом режиме;
проверка результатов ручного расчета; поиск и локализация ошибок в ручном расчете; вывод результатов расчета в графическом виде (эпюры внутренних усилий в арке);
вывод результатов расчета в табличном виде (для каждого сечения выводятся геометрические параметры и внутренние усилия в арке и в заменяющей балке).

Расчет длины дуги

Формула Пепина для расчёта длины дуги АРКИ

Формула Пепина для расчёта длины дуги АРКИ.

На днях исполнится мне 54 года. На очереди 54 статья по счётчику «Прозы». В свёртке число 54 даёт простое число 9 – точно такое же число получается при свёртке моего полного настоящего ФИО. Пришла идея «отметить» такое совпадение чисел интересной статьёй. Решил опубликовать мою формулу для расчета длины дуги арки. (Первую арку я изготовил, как ни странно, тоже 9 лет назад.)
Кому это нужно?
Это нужно таким же, как я людям, которые при изготовлении металлоизделий: арочных козырьков, беседок, теплиц и разного рода крыш — сталкиваются с необходимостью расчетов заготовок для гнутья дуг, скажем из профильной трубы разного размера.
Арки из металлопрофиля изготавливаются прокатыванием металла в трёхвалковых вальцах.

Совет 1: Как рассчитать арку

За счёт многократного прокатывания «туда-обратно» прямая заготовка металла приобретает форму части дуги окружности. Дуга получается, конечно, неточной геометрической копией части окружности. Но вполне достаточным приближением к окружности. Точность зависит от нескольких факторов: от однородности трубы, от степени износа валов вальцов, от расстояния между валами вальцов и от количества проходов – количества раз прокатывания « туда-обратно». Ну, и конечно от искусства и навыков изготовителя.
Но моя идея состоит в том, что если знать длину заготовки металла для конкретной дуги, то при прокатывании заготовки нужно только замерять расстояние между концами заготовки. И когда при изготовлении дуги расстояние между концами заготовки совпадёт с размером основания дуги (прямой, ограничивающей сегмент дуги снизу), то дуга обретает заданные размеры, она готова.
Но как рассчитать длину дуги, когда обычно для козырька или беседки задаются величина основания сегмента дуги и высоте дуги? Хорошо, если уже есть готовый чертёж, который нарисован архитектором, дизайнером или рекламщиком. Там хотя бы есть радиус дуги. И тогда можно на подходящей поверхности начертить часть окружности с таким радиусом. При изготовлении первых дуг так приходилось делать: чертить дугу на земле или на полу. И замерять длину заготовки для дуги, прикладывая к нарисованной дуге рулетку. Потом отрезать заготовку такой длины и прокатывать до совпадения с размером основания сегмента дуги.
Глядя на то, как красиво вырисовываются дуги в графических редакторах на компьютере, мне всё время думалось, что должна быть такая формула, по которой можно высчитать длину дуги, зная только размеры основания и высоты дуги. Перекопав доступную литературу по математике и по строительству, я не смог найти такую формулу. НО думаю, что, наверное, она где-то есть. Поэтому решил попробовать самому вывести эту формулу. Благо дети учились в старших классах школы и были учебники по геометрии. И… Вот, с помощью учебника геометрии 10 или 11 класса, точно уже не помню, мне удалось вывести такую формулу. Само доказательство, даже уже приготовленное в виде статьи ещё году в 2005-ом, сгинуло вместе со всей информацией, когда «сдох» очередной жёсткий диск компьютера, но сам способ вычисления длины дуги сегмента остался в виде алгоритма записанного в рабочей тетради, благодаря тому, что я этим алгоритмом постоянно пользуюсь.
Вот этот метод вычисления длины дуги по основанию и высоте дуги и свою формулу я предлагаю всем заинтересованным людям.
Посмотрим на рисунок. Допустим нам нужно найти длину верхней дуги изображённой арки. Рисуем на этой арке прямоугольный треугольник. Одним катетом является высота арки – это катет b (катет противолежащий углу альфа). Он же является частью радиуса. Второй катет – a (катет прилежащий к углу альфа), является половиной основания сегмента арки.
Исходя из величин катетов этого треугольника, мы можем найти длину дуги арки (сегмента) по формуле (3) , которую я нескромно назвал формулой Пепина. (3)
Как видим, для получения величины длины дуги нам нужно знать угол альфа. Величину этого угла мы можем найти через отношение известных нам размеров катетов, то есть через тангенс угла альфа. Для этого мы согласно формуле (1) поделим величину катета b на величину катета a.
Сократив (округлив) полученное значения тангенса до тысячной мы по сокращённой таблице тангенсов Брадиса, приведённой на рисунке, находим значение угла альфа. В колонках tg ; приведена только дробная часть тангенса (для простоты отброшено 0 целых). Как показывает мой опыт, что для удовлетворительной точности изготовления дуги достаточно знать величину градуса с десятой частью угла. Но у нас таблица только с целыми значениями градусов. Если привести с десятыми, то величина таблицы увеличиться тоже в 10 раз. Мне показалось, что тогда долго искать придётся. Желающие, конечно, могут взять полную таблицу тангенсов Брадиса и пользоваться ей. Я поступаю, так нахожу десятую часть градуса с помощью прикидки «в уме». Между целыми градусами разница от 18 до 34 тысячных градуса. Разделив эту разницу на 10, я получаю значение тангенса для десятой доли угла альфа. И уже, прикинув, сколько не хватает или лишку до ближайшего целого градуса, я нахожу десятичное значение градуса угла альфа. Кто-то, может быть, построит себе таблицу с точностью до десятой доли градуса.

Далее нам нужно рассчитать величину радиуса дуги R. Для этого выведена формула (2)

Далее, значения угла альфа и радиуса подставляем в формулу Пепина (3) и получаем длину дуги. Потом, режем заготовку металла такой длины и прокатываем до тех пор, пока расстояние между концами заготовке не станет равным величине основания дуги.
Прежде чем рассмотреть конкретный пример, напомню, что если у вас дуга равна точно полуокружности, то вы можете воспользоваться классической формулой длины окружности которая равна Пи R (полуокружность).
Рассмотрим пример. Пусть у нас высота арки 87 сантиметров , а ширина (величина основания сегмента 256 сантиметров ( 2 метра 56 сантиметров)

Шаг 1. Формула (1)
Ищем тангенс угла альфа. Для этого поделим 87 сантиметров на половину основания, то есть на 128 сантиметров. Получаем 0,6796875. Округляя до тысячной – получаем 0, 680. Это значение попадает между 34 и 35 градусами. Между ними разница в 25 «единиц». Значит одной десятой градуса соответствует 2, 5 «единицы». Между значением 34 градуса = 0, 675 и полученными 0, 680 всего пять «единиц». 5 «единиц» поделим на 2, 5 и получаем, что к 34 градусам нужно добавить 2 десятых градуса. Значит, искомая величина угла альфа равна 34, 2 градуса.

Шаг 2. (Формула (2)
Вычисляем значение радиуса. Катет b = 0.87 метра, В квадрате это будет 0,7569. Катет a = 1.28 метра, следовательно, в квадрате это будет =1, 6384. Сумма квадратов катетов = 2,3953. Теперь это число поделим на удвоенный катет b , что соответствует 1.74 метра. Получаем в результате значения радиуса равное 1.3766.. метра. Нас устроит такое значение, и даже значение 1,38 метра.
Шаг 3 Формула (3)
Подставляем полученные значения в формулу Пепина.
Угол 34,2 градуса помножаем на радиус 1.38 метра и помножаем на коэффициент 0.07 (семь сотых) и получаем величину длины дуги = 3, 30372… Для практических целей берём заготовку длиной 3 метра 30 сантиметров.
Практически у каждых вальцов дуга не прокатывает самые концы дуги из-за того, что между валами вальцов есть расстояние.

У меня на небольших вальцах это непрокатываемое расстояние всего по семь сантиметров с каждого конца. На качество изделия эти прямые части не влияют. Поэтому я беру заготовки по рассчитанной по формуле (3) величине. Тем, кто хочет иметь более полное соответствие дуги геометрии окружности, или у кого большие не прокатываемые концы, то для этого следует к рассчитанной длине дуги прибавить удвоенное расстояние не прокатываемого конца, и замерять величину основания с учетом (вычетом) этого удлинения заготовки.
Всем успехов в работе и построение арок, которые находят всё большее и большее применение в нашей жизни!
Жжуков Иван. 20 октября 2012 года. г. Орёл.

Дня через два опубликую эту статью на сайте Гайдпарк, там она будет иметь более удобный для чтения вид.

© Copyright: Иван Жжуков, 2012
Свидетельство о публикации №212102100256

Список читателей / Версия для печати / Разместить анонс / Заявить о нарушении