Конструирование и расчет базы колонны

Для центрально-сжатых колонн рабочих площадок часто применяют базы, у которых усилия на плиты передаются через сварные швы (рис. 3.4; 3.5; 3.6). Базы с фрезерованным стержнем колонны и плитой базы, когда швы крепления плиты базы назначают конструктивно, могут оказаться более рациональными при усилии в колонне > 5000 кН, а также в многоэтажных и одноэтажных зданиях, где такие базы позволяют организовать более производительный безвыверочный монтаж конструкций зданий.

При конструировании базы следует помнить о том, какое сопряжение колонны с фундаментом принято при определении расчетной схемы колонны (см. п. 5.3.2). При жестком сопряжении величина поворота колонны относительно фундамента должна быть достаточно малой. Для уменьшения поворота диаметры анкерных болтов при жестком сопряжении назначают большими, чем при шарнирном (24–36 мм и 20–30 мм соответственно), и болты затягивают до напряжений, близких к расчетным сопротивлениям. Анкеры при жестком сопряжении следует размещать возможно дальше от центра тяжести сечения колонны, как минимум за габаритами сечения колонны число их принимают, как правило, не менее четырех. При шарнирном сопряжении допускается установка двух анкеров и закрепление их непосредственно к плите базы. При близком расположении анкерных болтов к центру колонны и малом их диаметре деформации плиты и анкеров приближают такое соединение к шарнирному.

По-видимому, и при жестком соединении колонны с фундаментом можно допускать крепление анкеров непосредственно к опорной плите базы [1 т.1], а не к специальным столикам [5], в том случае, если поворот колонны относительно фундамента будет достаточно малым. Для уменьшения деформации плиты ее можно подкрепить ребрами в местах установки анкеров.

Требуемая площадь опорной плиты базы (рис. 3.4а÷3.6б) определяется из условия прочности бетона фундамента

, (3.38)

где – расчетное сопротивление смятию бетона фундамента можно определить по формуле:

, (3.39)

где R_b – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию (призменная прочность) для бетона классов: В10 – R_b = 6 МПа; В12,5 – R_b = 7,5 МПа; В15 – R_b = 8,5 МПа; В20 – R_b = 11,5 МПа.

– отношение площади обреза фундамента к площади опирания плиты, принимаемое равным 1 1,5.

 

 

 

 

Размер плиты в плане в плоскости жесткого сопряжения колонны с фундаментом (рис. 3.5а, 3.6а) должен удовлетворять условию размещения анкерных болтов за габаритами колонны

, (3.40.1)

B ³ h + 2 (t_t + c), (3.40.2)

где b, h – соответственно ширина и высота сечения колонны;

t_t – толщина траверсы (принимается предварительно 10 16 мм и не менее ≥ 0,02b (для рис. 3.4б; 3.5а; 3.6а) и ³ 0,02h (для рис. 3.5б; 3.6б).

Здесь b и h расстояния между вертикальными швами крепления траверсы к колонне);

с – можно назначить по условию размещения анкерных болтов на этих участках c ³ 3 × d_а +30мм; размер b₂ можно принять равным с;

d_а – диаметр анкерного болта.

Для рисунка 3.5б и 3.6б эти же условия запишутся в следующем виде

L=h+2b₂; (3.40.3)

B=b+2(t_t+c). (3.40.4)

Обозначения в формулах из пояснения к формулам (3.40.1 и 3.40.2). Если колонна сопрягается с фундаментом жестко только в одной плоскости (см. рис. 3.6а и 3.6б), то выполняться должно только одно условие (3.40.1 или 3.40.3). Однако в этом случае, если анкерные болты невозможно разместить между траверсами, например, при расстоянии между траверсами меньше 6d_а+60 мм, анкерные болты размещают за габаритами колонны и условия (3.40) должны выполняться и в плоскости шарнирного сопряжения колонны с фундаментом. В этом случае размещение болтов можно выполнить по типу размещения, показанного на рис. 3.5 а,б. В курсовом проекте по согласованию с руководителем изменение расчетной схемы колонны при этом можно не учитывать.

 

 

 

450

450

 

 

При шарнирном сопряжении в обеих плоскостях два анкерных болта иногда можно разместить между траверсами или ребрами (рис. 3.4 а,б). В этом случае условия размещения анкерных болтов будут записаны в виде: для рисунка 3.4 а

мм; (3.40.5)

для рисунка 3.4 б

h мм. (3.40.6)

Если условия (3.40.5) или (3.40.6) не выполняются, то анкерные болты размещаются на консольных участках плиты с.

Меньший размер (обычно В) плиты базы должен соответствовать ширине универсальной стали (приложение Е, часть 1). Длина плиты должна удовлетворять условию и должна быть кратна 1см.

Размеры плиты должны быть не менее габаритов сечения колонны.

Толщина плиты базы определяется из условия прочности плиты при изгибе максимальным изгибающим моментом. Плита рассчитывается как пластина, опертая на торец стержня колонны, траверсы, ребра, и нагруженная снизу реактивным давлением бетона фундамента.

Первоначально плиту базы подкрепляют минимальным количеством ребер или траверс.

При шарнирном, а также при жестком соединении колонны с фундаментом в обеих плоскостях и при отсутствии толстых листов для плит баз целесообразно учитывать равномерное распределение давления бетона по всей площади плиты. Это давление можно определить по формуле:

, (3.41)

где А_р = B · L, здесь B и L – соответственно ширина и длина плиты, принимаемые с учетом приведенных выше рекомендаций (3.40 и далее).

При определении максимального изгибающего момента в плите от нагрузки , в целях упрощения расчета, часто рассматриваются отдельные участки плиты (помеченные на рис. 3.4 а, б; 3.5 а, б и 3.6 а,б цифрами в кружках), без учета влияния на величину момента соседних участков. Для этого края этих участков в местах опирания принимаются шарнирно закрепленными и только при опирании по одной стороне (участок 3 на рис. 3.4 а, б; 3.5 а, б и 3.6 а,б) принимается жесткая заделка.

Расчетная схема участка плиты зависит не только от числа и расположения опорных кантов (сторон), но и от соотношения размеров сторон участка.

При опирании на 4 канта (участок 1 на рис. 3.4б; 3.5а,б и 3.6а,б), с отношением длины большей стороны b₁ к длине меньшей стороны а₁ , отвечающим условию b₁ / а₁ £ 2, расчетный момент, вычисленный для полосы шириной 1см в направлении короткой стороны, можно определить по формуле:

M = a × × а₁ ², (3.42)

где a – коэффициент, зависящий от отношения b₁ / а₁ и принимаемый по таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Значения коэффициентов α

	b1 / а1	1.0	1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.7	1.8	1.9	2.0
a	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,125

 

При опирании на 3 канта с соотношением длины закрепленной стороны пластинки b₂ к свободной a₂ в пределах 0,5 £ b₂ / a₂ £ 2 (участок 2 на
рис. 3.4а,б; 3.5а,б и 3.6а,б) расчетный изгибающий момент в середине свободного края по направлению a₂ можно определить по формуле:

, (3.43)

где b – коэффициент, зависящий от отношения b₂/a₂ и принимаемый по таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Значения коэффициента β

b2/a2	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	2,0	> 2,0
b	0,06	0,074	0,088	0,097	0,107	0,112	0,12	0,126	0,132	0,133

 

При отношении сторон b ₁ / a ₁ > 2 или b ₂ / a ₂ > 2 опирание по коротким сторонам можно не учитывать и расчетные моменты на участках могут определяться как для однопролетной балочной плиты

, (3.44)

где – меньшая из сторон участка, опертого на 3 или 4 канта. Однако, в этом случае часто бывает рационально учесть разгружающее влияние соседних участков, например, для плит по рис. 3.4а,б; 3.5а,б и 3.6а,б изгибающий момент на участках 1 и 2 может быть определен соответственно по одной из формул:

, (3.44.1)

. (3.44.2)

В тех случаях, когда для участков 1 и 2 по рис. 3.4а,б; 3.5а,б и 3.6а,бучитывается опирание по четырем и трем кантам для каждого из этих участков, можно принять меньший из моментов, определяемых по формулам (3.42), или (3.44.1) для участка 1 и (3.43) или (3.44.2) для участка 2.

В тех случаях, когда b₁ / a ₁ > 2 или b ₂ / a ₂ > 2, размеры консолей с можно назначать такими, чтобы максимальный момент на консольных участках 3 и на участках 1 и 2 были равны, это может быть получено в том случае, когда с = 0,354 a₁ или c = 0,354 a₂ для рис. 3.4а и3.4б; 3.5а и 3.5б; 3.6а и 3.6б. Назначив с немного больше, легко определить максимальный момент на этих участках.

При отношении b₂ / a ₂ < 0,5 участки 2 плиты на рис. 3.4а,б; 3.5а,б и 3.6а,б считаются заделанным по одному длинному канту и рассчитываются как консольные участки 3 на рис. 3.4а,б; 3.5а,б и 3.6а,б и максимальный момент на участках 2 и 3 равен

(для участка 2), (3.45.1)

(для участка 3). (3.45.2)

По наибольшему для различных участков плиты изгибающему мо­менту определяют требуемую толщину плиты единичной ширины из условия:

W_пл = 1 × t²_р / 6 = M_max /(R_yg_c); (3.46.1)

t_р ³ , (3.46.2)

где g_c принимается для опорных плит из стали с пределом текучести до 285 МПа (2900 кгс/см²), несущих статическую нагрузку, при тол­щине плиты:

а) до 40 мм − g_c = 1,2;

б) св. 40 до 60 мм − g_c = 1,15;

в) св. 60 до 80 мм − g_c = 1,1.

В курсовом проекте рекомендуется принимать толщину плиты в пределах 20 40 мм. При толщине плиты более 40 мм, а также при резком отличии величин моментов на различных участках плиты в 2 и более раза, иногда рационально внести изменение в схему опирания плиты, чтобы, по возможности, выровнять и уменьшить значения моментов. Часто для этого убирают или ставят дополнительные ребра, траверсы, диафрагмы, меняют их расположение и т. п. Желательно, чтобы такие мероприятия приводили к снижению веса базы и уменьшению трудозатрат.

Часто для уменьшения количества деталей, подкрепляющих плиту, и уменьшения трудозатрат принимают толщину плиты > 40 мм, однако такой. чтобы ее можно было приварить к элементу ее подкрепления.

Вертикальные швы крепления одноконсольных ребер 5 на рис. 3.4 а рассчитываются на момент и поперечную силу:

M_k = q_b × c_k × / 2; (3.47)

Q _k = q_b × c_k × , (3.48)

где – вылет консоли;

c_k – ширина грузовой площади консоли (грузовая площадь заштрихована на рис. 3.4 а)

(3.49)

если , то в формуле (3.49) заменяют на ;

– толщина листа консоли, принимаемая 10-12 мм, но не более толщины полки колонны, и не менее 0,04 ; чтобы не делать скосов листов, желательно выполнить условие мм.

При приварке ребра стыковым швом (рис.3.4 а) проверяют приведенные напряжения

, (3.50)

где б_wx = M_k / W_w; W_w = (h_p – 2t_k)² × t_k / 6, (3.51)

t_wxy = Q_k / A_w; A_w = t_k (h_p – 2t_k), (3.52)

R_wy – расчетное сопротивление стыковых сварных соединений изгибу по пределу текучести, при отсутствии физических способов контроля качества швов R_wy = 0,85R_y;

h_к – высота ребра (рис. 3.4 а), которую можно определить или подобрать по условию (3.50), допуская недонапряжение не более 10%.

Высота траверсы 7 (рис. 3.4 б; 3.5 а, б; 3.6 а, б) определяется по условию прочности шва

h_t = Q _m / (4k_f × R_wm) + 1см, (3.53)

k_f – не больше , а для ветвей из двутавров не больше значений, приведенных в [1, т.1, с.163], но не меньше по приложению И, часть 1.

Здесь число 4 соответствует количеству швов, которыми крепится траверса к стержню колонны; иногда траверсу можно приваривать восемью швами, если внутренние швы доступны для сварки [1, т.1, рис.6.60. с.406, рис. 4.21 с. 163].

Q_m – усилие, воспринимаемое всеми швами крепления траверсы к колонне, можно определить по формуле

Q_m = N – 2q_b × A_b, (3.54)

где 2A_b – грузовая площадь, с которой реактивное давление бетона фундамента передается непосредственно на обе ветви сквозной колонны
(A_b заштрихована на рис. 3.5а и 3.6а) или на всю сплошную колонну (A_b обведена пунктиром на плане плиты на рис. 3.6 б).

Высоту траверсы принимаем не более и не более мм, чтобы скрыть ее под полом. H_f – по заданию.

Изгибающий момент и поперечная сила в траверсе 7 определяются как в двухконсольной балке, опирающейся на ветви колонны в местах вертикальных швов.

Траверса 7 в месте ее крепления к колонне проверяется по приведенным напряжениям

, (3.55)

где – напряжение от максимального изгибающего момента на консоле траверсы

; (3.56)

, (3.57)

M_k – максимальный изгибающий момент на консоли траверсы,

– вылет консоли, равный расстоянию в плане от шва ее крепления к ветви до конца траверсы, для рис. 3.4 б, 3.5 а; 3.5 б; 3.6 а; 3.6 б; , при ветвях из двутавров

;

b – ширина полки двутавра;

с_k – ширина грузовой площадки траверсы.

,

если , то заменяют на ;

момент сопротивления траверсы, равный ;

– толщина траверсы принимаемая не менее 1см и не менее 0,02();

– средние по высоте касательные напряжения в траверсе, определяемые по максимальной поперечной силе

t = Q_max / A_t R_s, (3.58)

где Q_max – большая из поперечных сил со стороны консоли или пролета:

;

,

где с_p – меньшее из значений, или ;

.

Кроме того, необходимо проверить прочность траверсы на изгиб в пролете между ветвями колонны по формуле:

= M_р / W_t £ R_y, (3.59)

где .

Угловые швы крепления плиты базы назначаются не меньше минимальных (приложение И, часть 1) в зависимости от наибольшей толщины свариваемых элементов, но не больше максимальных, определяемых для самого тонкого привариваемого листа k_f £ 1,2 t, здесь t – минимальная толщина свариваемых элементов. При большой разности толщин свариваемых элементов допускаются швы с неравными катетами, причем отношение большего катета к меньшему не должно превышать 1,5. Если отношения катетов окажутся более 1,5, надо либо уменьшить толщину плиты, подкрепив ее дополнительными элементами, либо увеличить толщину, привариваемого элемента на длине 10 t, где t – увеличенная толщина привариваемого элемента на тонкие стенки ветвей (рис. 3.4 б; 3.5 а; 3.6 а можно наварить более толстые накладки на участках с большими грузовыми площадями).

Швы, которыми привариваются к опорной плите 4 базы ребра, траверсы, диафрагмы, элементы стержня колонны, проверяются на прочность по формуле:

Q_n / k_f £ R_wm, (3.60)

где R_wm – определяется по формулам (3.29);

Q_n – наибольшее для данного катета шва усилие, приходящееся на 1 см длины;

Q_n = q_b × c_m, (3.61)

где c_m – максимальная ширина грузовой площади, с которой нагрузки передаются через данный шов, например, для шва крепления траверсы (рис. 3.6 б) c_m принимается равной большему из значений c_к или c_р. Швы, навариваемые на плиту, должны быть доступны для сварки [1, т.1, с. 162].

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: