Расчет базы колонны

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий от колонны на фундамент; в ее состав входят опорная плита, траверсы, ребра, анкерные болты, а также устройства для их крепления (столики, анкерные плиты и т.д.). Конструктивное решение базы зависит от типа колонны и способа сопряжения ее с фундаментом (жесткое или шарнирное). Существует два типа баз: общая и раздельная. Последний вариант принят в курсовом проекте. Для расчета базы необходимо выбрать из таблицы сочетаний неблагоприятные комбинации усилий в нижнем сечении «А» колонны. Напомним, что при выборе расчетной комбинации усилий для шатровой ветви анализируются все варианты с положительным, а для подкрановой ветви – с отрицательным изгибающим моментом.

В нашем примере для случая шатровой ветви имеем:

M_max = 1406 кНм; N_соот = 2068 кН; кН,

а для подкрановой ветви -

M_max = -2141кНм; N_соот = 1913 кН; кН.

В курсовом проекте по согласованию с руководителем допускается проектировать базу лишь для одной ветви с большим усилием, а другую принимать конструктивно, по аналогии с расчетной. В связи с тем, что максимальное усилие возникает в подкрановой ветви, выполняем далее именно ее расчет.

Требуемая площадь опорной плиты:

R_b - расчетное сопротивление бетона при местном смятии. Выборка из [4] приведена в табл. 2.9.

φ_b - коэффициент увеличения R_b до R_b,loc в зависимости от соотношения площади верхнего обреза фундамента А_f к рабочей площади опорной плиты

.

Таблица 2.9

Класс бетона	В10	В15	В20	В25	В30	В35	В40
Rb,	6,0 (61,2)	8,5 (86,6)	11,5 (117)	14,5 (148)	17,0 (173)	19,5 (199)	22,0 (224)

Принимаем φ_b = 1,2, R_b,loc = 1,2×1,45=1,74 (кН/см²),

.

При назначении размеров опорной плиты следует учитывать следующие требования:

a) центр тяжести ветви и середина опорной плиты должны лежать на одной вертикальной оси;

b) свесы плиты должны быть не менее 40мм;

c) толщину траверсы принимают равной 12-24мм.

Исходя из этих требований, назначаем размеры плиты – 500 х 450мм, а толщину траверсы – 20мм (рис. 2.13).

Среднее фактическое напряжение под опорной плитой:

(кН/см²) < R_b,loc.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты (п.8.6.2 [6]). Номера участков приняты по рисунку 2.13:

Рис. 2.13

Участок 1. (консольный свес с₁ = 5,5см).

(кНсм).

Участок 2. Плита, опертая по трем сторонам:

,

т.к. в₂ /а₂ =30/5,4=5,56>2, то рассчитываем этот участок, как консольный.

(кНсм).

Участок 3. На участке 3 плита оперта по четырем сторонам.

т.к. в₃/а₃ =36/14,43=2,5>2, то момент находим как в однопролетной балке пролетом а₃ = 14,43см.

(кНсм).

Требуемую толщину плиты определяем по наибольшему моменту М_max= 33,58 кНсм, как для балки шириной 1см и с учетом того, что γ_с=1,2·1,05=1,26 (табл. 1 [6]).

Принимаем t_пл = 28мм (2мм – припуск на острожку).

Высоту траверсы h_т определяем из условия размещения сварного шва прикрепления траверсы к ветви колонны. В запас прочности считаем, что все усилие в ветви передается через 4 угловых шва. Сварка механизированная, проволокой марки Св-08Г2С, d=1,4 … 2мм. Принимаем k_f =8мм.

Требуемую длину шва определяем из условия прочности по металлу границы сплавления (см. расчет узлов стропильной фермы).

, где

b_z = 1,05; R_{w z} = 171МПа = 17,1 кН/см²; g_с =1,05;

.

Расчетная длина флангового шва должна удовлетворять условию:

48,12 < 85b_f k_f = 85×0,9×0,8 = 61,2 (см) (п. 14.1.7 [6]).

Принимаем h_тр = 50см.

В запас прочности проверяем траверсу как однопролетную балку, шарнирно опирающуюся на полки ветви колонны. Равномерно распределенная нагрузка на траверсу (по рис. 2.13)

Момент в середине пролета:

Поперечная сила на опоре:

Геометрические характеристики траверсы:

Прочность траверсы по нормальным напряжениям:

.

Прочность траверсы на срез у опоры:

,

где R_s=0,58R_y – расчетное сопротивление стали сдвигу (табл. 2 [6]).

Прочность траверсы обеспечена.

Анкерные болты служат для передачи растягивающих усилий от колонны на фундамент. Их рассчитывают на специальную комбинацию усилий (см. таблицу сочетаний). М=2141 кНм; N=1913 кН. Усилие отрыва от фундамента, приходящееся на анкерные болты

(кН).

Требуемая площадь сечения анкерных болтов:

где

R_bа=22,0 кН/см² – расчетное сопротивление растяжению фундаментных болтов, выполненных из стали 09Г2С-4 (табл. Г.4 и Г.7 [6]). С учетом того, что ветвь удерживают два анкерных болта

(см²).

Диаметр анкеров назначается обычно от 20 до 76мм, т.к. более толстые анкеры сложны в изготовлении.

Принимаем анкер диаметром d=64мм с площадью нетто 26,76см².

При размещении анкерных болтов необходимо, в частности соблюдать следующие требования:

a) центр тяжести ветви и равнодействующая усилий в анкерах должны лежать на одной вертикальной оси;

b) для того чтобы можно было свободно повернуть гайку при затяжке болтов, минимальное расстояние от оси болта до полки двутавра нижней части колонны желательно принимать 1,5d;

c) для того чтобы во время монтажа колонну можно было отцентрировать, анкерные болты выносят за опорную плиту на расстояние, не менее чем округленный до 5мм в большую сторону радиус анкера плюс 20мм.

Последним рассчитываемым элементом базы колонны является анкерная плитка. Ее рассчитывают как балку, свободно опертую на траверсы и нагруженную сосредоточенной силой от анкера. Расчетная схема плитки представлена на рисунке 14.

Рис. 14

Усилие в одном анкеров

(кН).

Изгибающий момент в среднем сечении плитки:

(кНсм).

Из условия размещения анкерных болтов назначаем ширину плитки равной 390мм.

Толщину анкерной плитки определяем из условия прочности по нормальным напряжениям.

.

Момент сопротивления ослабленного отверстием сечения:

(см).

Максимальную толщину анкерной плитки обычно ограничивают 6см, а если требуемая толщина оказывается больше, вместо плитки используют два швеллера, устанавливаемых на траверсу.