По архитектурному замыслу шпиль является конструкцией, поперечные размеры которой малы по сравнению с продольными. Геометрически форма шпиля представляет пирамиду, основанием которой является правильный равносторонний многоугольник с числом сторон от 4 до 8
Несущий каркас шпилей
Несущий каркас шпилей состоит из поясов, решетки и диафрагм, обеспечивающих пространственную жесткость.
Решетка состоит из горизонтальных стоек и раскосов. Диафрагмы проектируются в виде плоских треугольных решеток по числу граней шпиля и увязываются с габаритами лестничных площадок и маршей; наружный, периметр диафрагм образуется стойками решетки.
Некоторые схемы шпилей приведены на рис. 1.
Простейшей является схема (рис. 1, б) шпиля, в основу которого положена восьмигранная усеченная пирамида.
На рис. 1, а изображена конструкция из двух усеченных пирами с квадратными основаниями, лестниц внутри шпиля нет.
Иногда восьмигранный шпиль устанавливается на квадратном основании; тогда нижняя часть шпиля выполняется как переходная от четырехгранника к восьмиграннику (считая только видимые извне грани) в форме небольшого купола, имеющего четырехугольное нижнее и восьмиугольное верхнее кольцо; схема несущего, каркаса такого шпиля показана на рис. 1, в.
Рис. 1. Схемы шпилей
Профили для стержней несущего каркаса шпиля выполняются из прокатной уголковой стали, из гнутых профилей листовой стали, а также из сплавов алюминия, позволяющих максимально снизить вес шпиля. При: использовании гнутых и прессованных профилей решетка может прикрепляться к поясам без фасонок. что значительно упрощает конструкцию шпилей. Стержни решетки могут быть выполнены из уголковых, тавровых или швеллерных профилей. Центрирование стержней решетки в узлах не требуется, так как усилия в решетке невелики.
Вершина шпиля, в которой сходятся пояса, должна содержать деталь для крепления флагштока или стержня, несущего скульптурное украшение. Для этого в верхнем узле заделывается отрезок трубы соответствующего диаметра, на который надевается флагшток.
Опорные узлы шпиля состоят из плит толщиной 20—24 мм и ребер жесткости. Прикрепление плит к основанию осуществляется двумя анкерными болтами, глубина заделки которых должна быть такой, чтобы расчетный вес кладки стены, приходящийся на наиболее растянутый болт, превосходил бы расчетное усилие в нем.
Рис. 2. Расчетная схема шпиля
Расчет шпилей
Расчет шпилей ведется на действие собственного веса и ветра. Сочетание нагрузок рассматривается как дополнительное. Нормативный собственный вес конструкций шпиля, включая обрешетку и кровлю, принимается равным 30 кг/м3 его внешнего объема. Расчетное ветровое давление ориентировочно принимается равным 200 кг/м2.
В расчетной схеме (рис. 2) шпиль представляется как защемленный в основании вертикальный стержень переменного сечения, загруженный распределенными вертикальными и горизонтальными силами. Усилие в поясах
Nn = ( N + 2M/r) 1/ n cos a
усилие в раскосах Np = 2Q / n cos b
где N — вес части шпиля, расположенной под расчетным сечением;
М и Q — соответственно изгибающий момент и поперечная сила в расчетном сечении от ветровой нагрузки;
г — расстояние от центра тяжести сечения пояса до оси шпиля;
п — количество поясов в шпиле;
а — угол наклона поясов к вертикали;
b — угол наклона раскосов к горизонтали.
Проверку шпилей по второму предельному состоянию на стадии эскизных расчетов можно не производить.