Расчет базы круглой колонны с болтами по окружности

База — это узел крепления колонны к фундаменту (рис. 6.4). Через базу нагрузка с колонны передается на фундамент.

База передает нагрузку с колонны на фундамент.

Конструктивное оформление базы колонны зависит от:

• — поперечного сечения колонны (сплошная или сквозная);
• — сопряжения колонны с фундаментом (шарнирное или жесткое)
• — метода монтажа колонны (с выверкой или безвыверочный)

База колонны состоит из 2 основных элементов -__________ опорной плиты и траверс.__________

Опорная плита распределяет усилие по своей площади, необходимой для восприятия его материалом фундамента.

Траверсы воспринимают нагрузку со стержня колонны и передают ее на плиту.

Рис. 6.4. Базы колонны:

• а) при шарнирном сопряжении колонны с фундаментом;
• б) при жестком сопряжении колонны с фундаментом

Кроме траверс база может быть укреплена консольными ребрами (рис. 6.5). Назначение ребер аналогично назначению траверс.

Расчет опорной плиты базы включает определение площади и размеров плиты в плане, а также определение ее толщины. Расчет траверсы состоит из определения ее высоты и проверки прочности на изгиб и на срез.

Конструкция базы должна соответствовать принятой в расчетной схеме колонны сопряжению с фундаментом (шарнирному или жесткому) (см. рис. 6.4).

Рис. 6.5. Жесткое сопряжение колонны с фундаментом

При шарнирном и жестком опирании расчет базы колонны одинаков. Разница лишь в креплении анкерных болтов и конфигурации траверс и ребер.

При шарнирном сопряжении колонны с основанием анкерные болты ставят лишь для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа (см. рис. 6.4,а). Диаметр болтов конструктивно принимают равным 20 30 мм.

При жестком опирании анкерные болты прикрепляют к стержню колонны через выносные консоли (траверсы или ребра) и затягивают, закрепляя на анкерных плитках (см. рис. 6.4,6 и 6.5). Это устраняет возможность поворота колонн.

Диаметр анкерных болтов при жестком опирании центральносжатых колонн принимают равным 24 + 36 мм.

Шарнирное сопряжение колонны с фундаментом, отвечающее нашим расчетным предпосылкам, представлено на рис. 6.6. Есть иные конструктивные схемы шарнирных узлов, отвечающие расчетной схеме, но они сложны в изготовлении и монтаже. Более подробно см. работы [3, 4].

Рис. 6.6. Опорный шарнир колонны в дебаркадере железнодорожного вокзала (XIX век)

Узел представленный на рис. 6.4,а принято считать шарнирным, так как может иметь некоторый поворот относительно фундамента. Однако этот узел обладает достаточной жесткостью и может в отдельных случаях при небольших нагрузках применяться как жесткий.

7.2.1. Расчет плиты базы

Плита базы работает как пластинка на упругом основании. Она воспринимает давление от колонны и передает его на фундамент. Давление на фундамент (реактивный отпор бетона) для простоты расчета принимают равномерно распределенным q _6em (см. рис. 6.4).

Плиту рассчитывают как пластину, нагруженную снизу равномерно распределенным давлением фундамента

• Требуемую площадь плиты А_пл назначают такой, чтобы давление плиты на бетон фундамента не превышало прочности бетона фундамента

где R_h — прочность бетона на сжатие (см. СНиП [6] или прил.10);

у_Ь2 = 0,9 — коэффициент, учитывающий длительность действия нагрузки;

Ц/ _h — коэффициент равный где Аф — площадь обреза фундамента.

Требуемая площадь плиты

В нашем примере определяем требуемую площадь плиты

где R_b = 0,75 кН/см — расчетное сопротивление бетона фундамента

класса В 12,5 по прочности на осевое сжатие (см. прил.10).

Определив требуемую площадь плиты А_тр, находим размеры плиты в плане (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Расчетные участки плиты базы

Размер В_пч назначают конструктивно, исходя из ширины полки колонны Ь_п; толщины траверс t_mp, которую обычно принимают 10+14мм’, и вылета консольной части плиты с, который принимают 40+120мм (см. рис. 6.7).

где с — консольный свес. Принимаем с = 60 мм;

В нашем примере

В соответствии с сортаментом широкополосного универсального проката (см. прил.4), принимаем В_п1 = 500 мм.

Уточняем размер консольного свеса с (рис.7.8)

Размер одной из сторон В_пл или Ь„_л принимают по сортаменту широкополосного универсального проката (см. прил. 4), размер другой стороны округляют до 10мм.

Длина плиты равна

В нашем примере определяем размер Ь_пл

Принимаем = 540 мм.

Фактическая площадь плиты базы

где В_пл и Ь_пл — имеют уточненные размеры плиты в плане.

Плиту рассчитывают как пластину, опертую на элементы колонны, траверсы и ребра. Пластина нагружена снизу реактивным отпором бетона фундамента.

Реактивный отпор бетона

В нашем примере

Ф =—=—-= 0,86 2

Рис. 6.8. К расчету плиты базы

• — консольные- (участки -I);
• — опёртые на 3 канта -(участки — 2);
• — опёртые на 4 канта -(участки — 3).

Размеры участков определяют в зависимости от размеров плиты в плане и размеров колонны и траверс.

Для нахождения толщины плиты определяют наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 7 см в каждом из описываемых выше участков.

Участок 1 — является консольным с вылетом консоли с. Максимальный изгибающий момент на этом участке

м. =

1 2

В нашем примере изгибающий момент на консольном участке 1 с вылетом консоли с = 58 мм (рис. 6.8)

0,86-5,82 . . ТТ

1 2

Участок 2 — пластина, опертая по трем сторонам. Здесь максимальный момент действует в середине свободного края и определяется по формуле

Л/2 — Р ‘ Ц_бет ’ , где а] — длина свободной кромки участка;

/3 — коэффициент, определяемый по прил. 11 в зависимости от отношения сторон участка bj/aj (рис. 6.7).

Однако при отношении сторон ai/bi>2 плита рассчитывается как консоль с вылетом Ь/. Максимальный момент на участке 2 равен

2

В нашем примере на участке 2 отношение сторон (рис. 6.8) ^ = ^2₌₆,_7>2, Ь_> 54 следовательно, момент на участке 2 также рассчитываем как в консоли с вылетом 54 мм

Участок 3- пластина, опертая по четырем сторонам с размерами сторон а и Ь. Наибольший момент имеет место в центре участка

где а — меньшая сторона пластинки;

а- коэффициент, принимаемый по прил. 12 в зависимости от отношения большей стороны участка к меньшей Ь/а.

Коэффициенты а и Д получены Б.Г. Галеркиным. Значения коэффициентов приведены в учебниках и справочниках [3, 4], а также в прил. 11 и 12.

Если на участке 3 отношение сторон Ь/а>2, то расчетный момент определяется как для однопролетной балки

3 8

В нашем примере на участке 3 отношение сторон 400 _ ——— 2,2о > 2, 176,5

следовательно, момент летной балке

участке 3 рассчитываем как в однопро-

0,86-17,65 2 „„ „

= 33,49кЯ-с,м.

Необходимую толщину плиты t_nj, определяют по наибольшему из трех моментов M_lt М₂ или М₃

где у_с — коэффициент условий работы опорных плит. Согласно табл.6 СНиП [1], для опорных плит из сталей с пределом текучести до 28,5 кН/см 2 при 1_пл В нашем примере наибольший из найденных изгибающих моментов более чем на 50% превышает остальные. Однако величина его незначительна и в результате расчета толщина плиты не превысит 40 мм.

По наибольшему из найденных изгибающих моментов определяем толщину плиты базы. Наибольший изгибающий момент отмечен на участке 3 (М₃ = 33,49 кН* см), следовательно, толщина плиты равна

где у_с = 1,2 — коэффициент условий работы для опорных плит из сталей с пределом текучести до 28,5 кН/см 2 и толщиной менее 40 мм.

Принимаем плиту толщиной 28 мм (см. прил.4).

Плиту на заводе-изготовителе приваривают к торцу колонны, полуавтоматической сваркой. Торец колонны предварительно фрезеруют.

При безвыверочном методе монтажа плиту не приваривают к торцу колонны, а везут отдельно к месту монтажа. Верхнюю плоскость плиты фрезеруют или строгают для лучшего контакта с торцом колонны. В этом случае толщину плиты следует увеличить на 5 мм.

6.2.2. Расчет высоты траверсы

Назначение траверсы — обеспечение жесткости базы и перераспределение нагрузки с колонны на плиту. Применение траверс и ребер уменьшает толщину опорной плиты базы.

Высота траверсы определяется из расчета сварных швов, прикрепляющих траверсу к колонне. Прикрепление траверсы к колонне обычно выполняется полуавтоматической сваркой в углекислом газе сварочной проволокой СвО8Г2С. (см. табл. 55 СНиП [1]).

Швы работают на срез от действия продольной силы в колонне и должны быть рассчитаны по двум сечениям по шву и по зоне сплавления (см. п. 4.1.3). Как было отмечено выше, опыт показал, что при полуавтоматической сварке в углекислом газе малоуглеродистых сталей более слабой является зона сплавления.

В нашем примере, аналогично описанному выше (см. п.4.1.3) расчетное сопротивление по зоне сплавления R_wz=0,45R_un=16,65 кН/см 2 .

Коэффициент глубины проплавления при однопроходной сварке и нижнем положении шва (катеты kf = 6, 7, 8 мм) по зоне сплавления Д = 1,05 (см. табл.34 СНиП[1] или прил. 8).

Расчет швов будем выполнять по сечению зоны сплавления

Задаемся величиной катетов швов, прикрепляющих траверсу к колонне kj=7MM, определяем требуемую длину швов, которая не должна превышать расчетную l_p =85/3jkf n-k_f-P,-R_№Z-i’_c-7_m

где n = 4 — количество швов, прикрепляющих траверсу к колонне. Требуемая длина шва 2331

w 4-0,7-1,05-16,65 f f

Высота траверсы равна:

= 47,61 +1 = 48,61 см.

Принимаем высоту траверсы h_mp = 50 см.

Проверку прочности траверсы на изгиб и срез в курсовом проекте допускается не выполнять.

Процесс установки колонны на фундамент представлен на рис. 6.9 -^6.11. На рис. 6.9 представлена опорная поверхность фундамента с анкерными болтами. Поверхность фундамента подготовлена к установке на ней колонны, выверена и подлита цементным раствором.

Рис. 6.9. Опорная поверхность фундамента с анкерными болтами

На рис. 6.10 представлена база колонны, подготовленная к установке на бетонный фундамент. В плите базы выполнены расширенные прорези для пропуска анкерных болтов. На рис. 6.11 представлена база колонны в процессе установке на бетонный фундамент. Колонна имеет небольшую высоту и поэтому монтируется без временных закреплений. Колонна временно закреплена и подготовлена к выверке. При выверке проверяют правильность расположения колонн в плане и по высоте, а также их вертикальность.

После выверки положения колонны все болты будут установлены и закреплены.

Рис. 6.10. База колонны, подготовленная к монтажу

Рис. 6.11. Колонна в процессе монтажа

19 Конструирование и расчет базы колонны

4.5. Конструирование и расчет базы колонны

База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000 – 5000 кН) применяют базы с траверсами. Усилие от стержня колонны передается через сварные швы на плиту, опирающуюся непосредственно на фундамент. Для более равномерной передачи давления с плиты на фундамент жесткость плиты при необходимости может быть увеличена постановкой дополнительных ребер и диафрагм.

База закрепляется с фиксацией ее проектного положения на фундаменте анкерными болтами. В зависимости от закрепления осуществляется шарнирное или жесткое сопряжение колонны с фундаментом. В базе с шарнирным сопряжением анкерные болты диаметром 20 – 30 мм крепятся непосредственно за опорную плиту, обладающую определенной гибкостью, обеспечивающей податливость при действии случайных моментов (рис. 4.12).

Рис. 4.12. База колонны при Рис. 4.13. База колонны при

шарнирном сопряжении жестком сопряжении

с фундаментом с фундаментом

Для возможности некоторой передвижки (рихтовки) колонны в процессе ее установки в проектное положение диаметр отверстий в плите для анкерных болтов принимают в 1,5 – 2 раза больше диаметра анкеров. На анкерные болты надевают шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к плите. При жестком сопряжении анкерные болты прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли траверс, имеющих значительную вертикальную жесткость, что устраняет возможность поворота колонны на фундаменте. При этом болты диаметром 24 – 36 мм затягиваются с напряжением близким к расчетному сопротивлению материала болта. Анкерная пластина принимается толщиной t_ap = 20 – 40 мм и шириной b_ap, равной четырем диаметрам отверстий под болты (рис. 4.13).

Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с фундаментом. Принята к расчету и конструированию база колонны с жестким закреплением на фундаменте.

Калькулятор для расчёта стоек (колонн) из стальных труб на прочность, устойчивость и гибкость

Калькулятор предназначен для расчёта центрально-нагруженных стоек (колонн) из стальных труб круглого, квадратного и прямоугольного сечения.

При проектировании строительных конструкций необходимо принимать схемы, обеспечивающие прочность, устойчивость и пространственную неизменяемость сооружения в целом, а также его отдельных элементов при монтаже и эксплуатации. Поэтому стойку,находящуюся под действием сжимающей её нагрузки необходимо проверять:

1. На прочность;
2. Устойчивость;
3. Допустимую гибкость.