Розрахунок бази колон та фундаментних болтів

Призначення бази колони – розподілення зосередженого тиску від стержня колони на площу фундаменту та прикріплення колони до фундаменту відповідно до розрахункової схеми (шарнірне або жорстке).

В рамах виробничих будівель колони в площині рами з’єднані з фундаментом як правило жорстко, а з площини рами – шарнірно.

Жорстке з’єднання обов’язково вимагає наявності траверс. База включає опорну плиту, траверси, а при необхідності ребра і діафрагми (як в центрально-стиснутих колонах).

За конструктивним рішенням бази поділяють на загальні (суцільні) та роздільні.

Загальні бази використовуються в суцільностінчастих колонах завжди, а також в наскрізних при ширині перерізу до 1 м. Роздільні – в наскрізних колонах при ширині перерізу 1 м і більше.

В загальних базах (рис.12.43) при позацентровому стиску напруження в бетоні під опорною плитою розподіляються нерівномірно за лінійним законом. У напрямку дії моменту М під плитою виникають зусилля стиску, а з протилежного боку – зусилля розтягу, які відривають базу від фундаменту. Розтягуючі зусилля сприймаються фундаментними (анкерними) болтами, які прикріплюють базу до фундаменту і виконують защемлення колони.

Ширина опорної плити В приймається конструктивно на 100…150 мм більшою від габаритного розміру стержня колони b:

B = b + (100…150) мм.

Довжина плити L визначається за умови, що максимальне напруження стиску в бетоні фундаменту біля краю плити s_{f, max} не повинно перевищувати розрахункового опору бетону при місцевому зминанні R_b,loc. За формулою позацентрового стиску:

. (1)

 

 

Рис. 12.43. Конструкція загальної бази колони: 1 – стержень колони;

2 – опорна плита; 3 – траверси; 4 – анкерні плитки; 5 – фундаментні болти

 

При цьому напруження з протилежного боку плити буде:

В формулах М і N – сполучення зусиль, яке викликає найбільший стиск в бетоні.

Мінімальна довжина плити L, виходячи з формули (1), буде при

.

Домножуючи кожний член рівняння на BL², отримуємо:

N L + 6 M = R_b,loc B L²;

R_b,loc B L² – N L – 6 M = 0.

Значення L отримуємо, як корінь квадратного рівняння. В загальному вигляді

a x² + b x + c = 0;

дискримінант

D = b² – 4 a c;

корені рівняння

Отже:

D = (-N)² – 4 R_b B (-6 M) = N² + 24 R_b B M;

Остаточно мінімальне значення довжини плити

.

Товщина опорної плити, елементи бази (траверси, ребра, діафрагми) і зварні шви розраховуються аналогічно центрально-стиснутим колонам (див. п.7.8.1).

Оскільки s_f на розрахункових ділянках плити розподіляється нерівномірно, то для визначення згинаючих моментів при розрахунку товщини плити навантаження на кожній ділянці умовно приймається рівномірно розподіленим і рівним найбільшому значенню в межах кожної ділянки (в запас міцності). При цьому необхідно враховувати, що для різних ділянок найбільш небезпечними можуть виявитися різні сполучення зусиль M i N.

Якщо на епюрі напружень в бетоні під опорною плитою є зона розтягуючих напружень, то вони сприймаються фундаментними болтами. Розтягуюче зусилля Z в фундаментних болтах визначається з умови рівноваги сил відносно центра ваги стиснутої зони бетону:

M – N a – Z y = 0.

Звідси

де М і N – спеціальна комбінація зусиль з найбільшим згинаючим моментом і найменшою стискаючою силою (це, як правило, сполучення постійного і вітрового навантажень), яка дає найбільшу силу Z. При цьому постійне навантаження приймається з коефіцієнтом надійності за навантаженням g_f = 0,9, оскільки поздовжня сила розвантажує болти.

Необхідна площа перерізу фундаментних болтів з однієї сторони бази:

де R_ba – розрахунковий опір фундаментних болтів розтягу. R_ba = 0,4 R_un .

За площею А_b приймають необхідну кількість болтів.

Бажано приймати мінімальну кількість болтів з кожної сторони колони. При великій кількості болтів зусилля в них можуть розподілятися нерівномірно і, крім цього, ускладнюється монтаж. Діаметри болтів d = 12…140 мм. Практично приймаються d = 20…76 мм, як найбільш розповсюджені.

Фундаментні болти закріплюються на спеціальних столиках і анкерних плитках. Столики працюють на згин від сили Z. Анкерні плитки опираються на траверси і працюють як балки на двох опорах.

Бази наскрізних колон при h ³ 1 м проектуються роздільними під кожну вітку. Оскільки кожна окрема вітка працює на центральний стиск, то бази під кожну вітку проектуються як в центрально-стиснутих колонах (див. п.7.8). Кожна база розраховується на свою комбінацію М і N, що викликає найбільше зусилля стиску у вітках. Але остаточно товщина обох опорних плит і висота обох траверс приймаються однаковими за більшим значенням.

Фундаментні болти розміщуються на осях віток, а тому розрахункове зусилля в них рівне максимальному розтягуючому зусиллю у вітках колони. Наприклад, для підкранової вітки (рис.12.45):

де М і N – спеціальна комбінація зусиль для розрахунку фундаментних болтів.

 

Рис. 12.44. Конструкція роздільної бази колони: 1 – зовнішня вітка;

2 – підкранова вітка; 3 – траверси; 4 – опорні плити; 5 – анкерні плитки;

6 – осі фундаментних болтів; 7 – додаткові ребра

 

Рис. 12.45. До розрахунку фундаментних болтів

 

ХІІІ. ПІДКРАНОВІ КОНСТРУКЦІЇ ХІІІ. ПІДКРАНОВІ КОНСТРУКЦІЇ ХІІІ. ПІДКРАНОВІ КОНСТРУКЦІЇ ХІІІ. ПІДКРАНОВІ КОНСТРУКЦІЇ