Центрально-сжатой сплошной колонны

Назначение базы: уменьшение напряжений при передаче усилий от более прочного материала – стали к менее прочному – бетону и создание узла, соответствующего принятой расчетной схеме.

Для более распределённой передачи усилий на бетон фундамента к стержню колонны прикрепляется опорная плита, являющаяся основным элементом базы.

В зависимости от принятой расчетной схемы базы могут иметь шарнирные и жесткие конструкции.

Характерным признаком шарнирной базы колонны является крепление фундаментных болтов непосредственно за плиту (рис. 9), что даёт возможность некоторого поворота колонны в опоре при потере устойчивости.

При усилиях в колоннах до 4000…5000 кН, характерных для рабочих площадок, плиты, как правило, требуют усиления. Усиление достигается постановкой траверс (рис. 9), рёбер, диафрагм ([3], рис. 32).

Алгоритм расчёта базы:

– определяется требуемая площадь опорной плиты;

– определяются ширина и длина плиты;

– производится определение толщины плиты;

– определяется высота траверсы.

Рис. 9. Шарнирная база центрально-сжатой сплошной колонны

Размеры плиты в плане зависят от нагрузки, прочности бетона фундамента, габаритов сечения колонны.

При площади опорной плиты значительно меньшей площади обреза фундамента бетон работает на локальное сжатие (смятие).

Из условия работы на смятие менее прочного материала, бетона [1, 2] требуемая площадь плиты может быть определена как:

где: – усилие в базе, равное расчётному усилию в колонне на уровне фундамента и принимаемое c учётом массы колонны равное ;

– коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки, принимаемый в случае равномерного распределения;

– расчетное сопротивление бетона смятию.

Для бетонов класса ниже В25 расчетное сопротивление бетона смятию может быть определено в зависимости от призменной прочности бетона (табл. 1) как:

, (34)

где коэффициент может быть определен по формуле:

, (35)

где – площадь фундамента (по верхнему обрезу) и плиты.

Табл. 1

Класс бетона	В3,5	В5	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25	В30
	0,21	0,28	0,45	0,6	0,75	0,85	1,15	1,45	1,7

Коэффициент принимают не более 2,5 для бетонов класса выше В7,5 и не более 1,5 для бетонов классов В3,5, В5, В7,5.

Определив требуемую площадь плиты, далее можно конструктивно (рис. 9) определить требуемую её ширину :

, (36)

где:

– ширина полки колонны;

– толщина траверсы, принимаемая в первом приближении 10…12 мм;

– вылет консольного участка плиты, который может быть принят также в первом приближении 100…120 мм.

Окончательно принимают ширину плиты В_пл в соответствии с ГОСТ 82–70* как

(37)

После этого определяется требуемая длина плиты:

Полученная длина позволяет оценить корректность выбора класса бетона фундамента. При центральном сжатии форма плиты в плане близка к квадрату. Отсюда, если плита получается слишком вытянутой, следует увеличить прочность бетона и, наоборот, если плита слишком короткая, необходимо поменять класс бетона на более низкий.

Длину плиты L_пл желательно также принять в соответствии с ГОСТ 82–70*.

Плита работает на изгиб, как пластина на упругом основании, воспринимающая давление, передаваемое через элементы колонны, траверсы, ребра, диафрагмы. Опыты показали, что давление на фундамент распределяется неравномерно, с пиками в местах передачи нагрузки. Однако для простоты расчета, в некоторый запас, давление под плитой принимается равномерно распределенное и определяется как

Таким образом, плиту рассчитывают как пластину, равномерно нагруженную снизу и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны (траверсы, диафрагмы, ребра).

Условия работы участков плиты зависят от конфигурации закрепления и расстояний между закреплениями.

Различают четыре случая закрепления пластин: опёртые по одному, двум, трем либо четырём кантам.

Наибольший изгибающий момент, действующий на полосе шириной 1 см, в пластинах, опертых по один кант, консольных (рис. 9) можно определить как

где – вылет плиты.

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, в пластинах, опертых на три и четыре канта (рис. 9), определяют по формулам соответственно (39) и (40):

, (41) . (42)

Коэффициенты α и β определяются по табл. 2 и 3 в зависимости от соотношений сторон рассчитываемой пластины.

Табл. 2

Коэффициенты для расчета пластин, опертых на три канта

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

Табл. 3

Коэффициенты для расчета пластин, опертых на четыре канта

	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	≥2,0
α	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,091	0,094	0,098	0,125

В формулах (39) и (40) и табл. 2 и 3 приняты следующие обозначения:

а и b – соответственно свободная и закреплённая стороны пластины, опертой на три канта;

и – соответственно короткая и длинная стороны пластины, опёртой на четыре канта.

В рассматриваемой конструкции базы (рис. 9) стороны определяются следующим образом:

(43) (44)

Следует отметить, что в случае отношения значения момента для пластины, закреплённой на три канта, определяют в запас прочности как для консоли вылетом по формуле:

Также следует отметить, что в случае отношения изгибающий момент для пластины, закрепленной на четыре канта, следует определять как для однопролетной балочной плиты по формуле:

По большему, из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов, определяется требуемая толщина плиты:

, (49)

где = 1,2 – коэффициент условий работы, принимаемый по табл. 6, п. 9 [6].

Толщину плиты принимают как в соответствии с ГОСТ 82–70*.

Максимальная толщина плиты должна быть . В случае превышения этой величины следует принять меры по уменьшению соответствующего изгибающего момента или увеличить прочность плиты.

При расчёте траверсы следует помнить, что необходимо обеспечить, во-первых, прочность угловых швов, прикрепляющих её к полкам колонны и, во-вторых, прочность самой траверсы, работающей на изгиб под действием отпора фундамента.

Усилие от стержня двутавровой колонны передается на траверсу через четыре сварных шва, длина которых и определяет высоту траверсы Длина швов может быть определена по формулам:

– из условия работы на срез по металлу шва

– из условия работы на срез по металлу границы сплавления

Катет шва должен быть в пределах от до , определяемых соответственно по табл. 38 и п. 12.8, а [6].

Высоту траверсы следует принимать не более 85 [6, п. 12.8,г].

Рис.10. К расчёту траверсы шарнирной базы

Полученную траверсу следует проверить на прочность, как балку на двух опорах с консолями, работающую на изгиб и срез от нагрузки q_тр, собираемой с грузовой полосы шириной В_пл/2 (рис. 9, 10):

Максимальные усилия, действующие в траверсе (рис.10), определяются как:

– перерезывающее усилие на опоре

– изгибающий момент в середине пролёта

Отсюда проверка прочности по нормальным и касательным напряжениям:

Площадь сечения траверсы и его момент сопротивления определяются по формулам (55) и (56):

(57)

В случае неудовлетворения условий проверок нормальных и касательных напряжений следует увеличить толщину траверсы.

Список вопросов для самоконтроля:

1. Какой характерный признак шарнирной базы? Что отличает жёсткую базу от шарнирной конструкции?

2. Назначение рёбер, диафрагм, траверс с позиции плиты и с позиции стержня колонны?

3. От чего зависит площадь опорной плиты?

4. Что испытывает бетон под плитой?

5. Как работает опорная плита?

6. От чего зависит толщина плиты?

7. От чего зависит высота траверсы, как она работает?

8. Количество швов, прикрепляющих каждую траверсу к полкам колонны?

9. Как определяется катет швов, прикрепляющих траверсу к полкам колонны?

10. Как определяются коэффициенты проплавления, от чего они зависят?

Поиск по сайту: