5.4. Расчет и конструирование базы сплошной колонны.

Для расчета опорной плиты принимаем сочетание усилий с наибольшой продольной силой и изгибающим моментом: N=-1763.79кН, M=2261.65кН*м, Q=-160.66кН. Имеется также расчетное сочетание усилий для конструирования анкерных болтов: Nmin=-560,393кН, М=2148,08 кН*м, Q=-163,677кН.

Материал фундамента- бетон класса В15 Rb=0.85 Кн/см²

Локальное сопротивление смятию бетона R_b,loc= под подошвой фундамента принимается в зависимости от соотношения площади опорной плиты Ар и площади верхнего обреза Аf по СНиП 2.03.01-84*.

R_b,loc=αφ_bR_b,

где φ_b= ,

α-коэффициент.

Для нашего случая α=1, а φ_b примем 1,3.

Тогда:

R_b,loc=αφ_bR_b=0,85*1,03=1,105 Кн/см²

Определение размеров опорной плиты в плане

Ширина плиты В=b_f+2*(t_тр+с)=683+2*(12+98)=903мм,

Примем В=950мм, значит t_тр=14мм, с=119,5мм-свесы плиты.

Длину L находим по условию прочности бетона под плитой.

L=

=122,41 см

Требуемая длина плиты:

;

= 1356,76 см².

= 142,8 см, принимаем Lпл = 160 см.

Центры тяжестей опорной плиты и сечения колонны должны совпадать

друг с другом, чтобы не возникали дополнительные изгибающие моменты в колонне и в фундаменте.

Анкерные болты устанавливаем так, чтобы зазор в свету между болтом и элементами конструкций колонны был не менее 20÷30 мм для свободной рихтовки колонны в плане при ее монтаже.

Толщину опорной плиты tпл назначают в результате расчета ее прочности на изгиб, но не менее, чем 20мм. Максимальная толщина опорных плит принимается, как правило, не более, чем 60 мм ÷ 80мм. При необходимости можно уменьшить толщину плиты, требуемую по расчету. Для этого нужно снизить величину изгибающего момента в плите постановкой дополнительных ребер в базе колонны.

Определим толщину плиты tпл. Для этого найдем максимальный изгибающий момент Мпл,max, возникающий в ней от отпора бетона фундамента. Напряжения в бетоне фундамента под плитой:

σ_ф,max=N/BL+6M/BL²= -1763.79/160*95-6*2261.65*100/95*160²= 0.442кН/см²

σ_ф,min= N/BL-6M/BL²=-1763.79/160*95-6*2261.65*100/95*160²= -0.674 кН/см²

Эпюра напряжений в бетоне показана на рисунке выше.

Определяем изгибающие моменты на отдельных участках плиты:

Участок 1 плита, опертая на 4 стороны:

по табл. 6.8 [1]; a=33,65 см – наименьшая сторона участка плиты;

=0,47 кН/см²-наибольшее напряжение в бетоне под участком плиты №1

Участок 2 консольный свес

Где с=10,2 см – свес плиты

Участок 3 плита, опертая на три стороны:

_{где β=0,06 по табл.6.9[1], а3=68,3 см – длина свободного края участка плиты.}

Принимаем для расчета:

Материал базы – сталь С235, R_y=210 МПа

Требуемая толщина плиты:

где γ_с =1,15

_{Принимаем}

Расчет анкерных болтов

Расчетное сочетание усилий:

N= -560,393 кН,

M=2148,08 кН∙м.

Напряжения в бетоне фундамента под плитой:

Суммарное усилие в анкерных болтах определим из уравнения равновесия моментов относительно центра тяжести сжатой зоны бетона.

Усилие на один болт Z₁=1338,16/2=669,08Кн. По таблице данных для подбора анкерных болтов [1, стр. 65] выбираем два анкерных болта диаметром 90 мм и предельным расчетным усилием N=750 кН.

Расчёт траверсы

Ширина грузовой площади давления бетона: B/2=47,5см

Найдем усилия от сочетания нагрузок в сварных швах:

Строим эпюры Q и M. (рисунок см.выше)Для расчета траверсы принимаем усилия

М=17977,12 Кн∙см, Q=669,08 Кн. N=1018.38

Назначаем катеты к_f=12 мм для швов крепления траверсы к колонне.

Расчетное сопротивление шва по металлу границы сплавления:

R_wz=0.45 R_un= 0.45∙370 МПа =166,5 МПа (табл. 3 [6]).

Расчетное сопротивление по металлу шва:

R_wf=200 МПа (табл. 56 [6]), β_f=0.7, β_z=1 (табл. 34* [6]).

R_wf∙ β_f = 140 МПа < R_wz∙β_z=166,5 МПа. Расчет проводим по металлу шва. Требуемая длина шва:

l_w = V₂/ β_f∙к_f∙R_wf=1018.38∙10/0,7∙1,2∙200=60.62см.

Условие l_w < 85 β_f∙ к_f выполнено: l_w = 60.62 см < 85 β_f∙ к_f=71.4 см.

Принимаем траверсу h_тр=65 см.

Требование h_тр > l_w+1 см выполнено (65 см  > 60.62+1=61.62 см).

Принимаем толщину траверсы - t_тр=1,2 см;

Проверяем прочность сечения траверсы на срез:

τ=1,5Q/ h_тр∙t_тр=1,5∙669.08∙10/65*1,4=110.28 МПа < R_sγ_c = 0,55R_yγ_c = 132∙1=132 МПа. Прочность обеспечена

Проверяем прочность сечения траверсы на изгиб:

σ = 6М/h_тр²∙t_тр=6∙17977.12∙10/65²∙1,4=182.36 МПа < R_yγ_c=240 МПа.

Прочность обеспечена.