19. Конструирование и расчет баз и оголовков колонн

Типы и конструктивные особенности баз. База служит для равномерного распределения нагрузки на фундамент и для создания требуемых условий сопряжения. Конструкция базы должна отвечать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с основанием. При шарнирном сопряжении база при действии случайных моментов должна иметь возможность некоторого поворота относительно фун­дамента, при жестком сопряжении необходимо обеспечить сопряжение базы.

По конструктивному решению базы могут быть с траверсой (рис.8.15,а), с фрезерован­ным торцом (рис.8.15,б) и с шарнирным устройством в виде центрирующей плиты (рис.8.15,в).

рис 8.15. Типы баз колонн: 1- траверса, 2 – плита, 3 – фрезеровка, 4 – центрирующая плита.

При сравнительно неболь­ших расчетных усилиях в ко­лоннах (до 4000—5000 кН) чаще применяются базы с травер­сами. Траверса воспринимает нагрузку от стержня колонны и передаст ее на опорную плиту.

Чтобы повысить равномерную передачу давления с плиты на фундамент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы (рис. 8.16,а). В легких колоннах роль траверсы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню колонны и опорной плите (рис. 8.16,б). В колоннах с большими расчетными усилиями (6000— 10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы. В этом случае траверса и ребра отсутствуют и плита, чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент, должна иметь значительную толщину. Конструкции базы с фрезерованным торцом значительно проще и позволяет вести монтаж более простым, безвыверочным способом.

рис. 8.16. Базы центрально-сжатых колонн. 1 – траверса, 2 – консольное ребро, 3 – диафрагма, 4 – анкерная шайба.

Базы с шарнирным устройством (рис. 8.15,а) четко отвечают расчетной схеме, но из-за большей сложности монтажа и колоннах применяются редко.

При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные болты ставятся лишь для фиксации проектного положения колонны и закрепления ее в процессе монтажа. Анкеры в этом случае прикрепляются непосредст­венно к опорной плите базы; благодаря гибкости плиты обеспечивается не­обходимая податливость сопряжения при действии случайных моментов (рис. 8.16,а, б). При жестком сопряжении анкеры прикрепляются к стержню колонны через выносные консоли и затягиваются с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, что устраняет возможность поворота колонны (рис. 8.16,в).

Диаметр анкерных болтов d при шарнирном сопряжении принимают равным 20—30 мм, а при жестком d = 24—36 мм. Для возможности не­которой передвижки колонны в процессе ее установки диаметр отверстия 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 базе.

Расчет и конструктивное оформление баз с траверсой и баз с консольными ребрами. После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину.

рис 11. к расчету базы колонны при шарнирном сопряжении с фундаментом

Ширина плиты (см. рис. 11):

B,_a=b_f+2*(t_тр,+c), где t_тр = 10-14 мм - толщина траверсы; с = 60-100 мм – ширина свеса.

Другой размер плиты - длина, определяется из условия прочности бетона под плитой и конструктивных соображений;

A=N/R_ф

где R_ф = 1,2 – R_{пр бет}- прочность бетона фундамента, зависящая от призменной прочности бетона R_{пр бет} , которая, в свою очередь, принимается по классу прочности бетона, А_пл – площадь опорной плиты.

Длина опорной плиты L_пл > A_п/B_пл должна быть доста­точной для размещения и крепления колонны (см. рис. 11). В то же. время для баз центрально-сжатых колонн желательно выпол­нение .условия: L/B=1 - 1,3.

Толщину опорной плиты t_пл определяют из условия ее прочности при работе на изгиб, как пластины, нагруженной рав­номерной нагрузкой - отпором фундамента (см. рис. 11), Сече­нием колонны, траверсами, ребрами жесткости опорная плита в плане разбита на участки. Есть участки, опертые по четырем сторонам (тип 4), по трем сторонам (тип 3), по двух (тип 2) и консольные (тип 1). В каждой пластинке вычисляется изгибающий момент как в балке:

где α и β - коэффициенты, определяемые по таблицам Галеркина

σб=N/(L_пл*В_пл) – напряжение в бетоне фундамента под плитой;

а, а1 и с - размеры пластинок на рис. 11.

По максимальному моменту М_max из М_}...,₄:

Толщина плиты t_пл -20 – 40мм.

При t_пл > 40 мм необходима постановка дополнительных ребер жесткости (см. рис. 11).

Высота траверсы базы колонны h_mр вычисляется:

с назначением k_f по толщине траверсы. R_wf - расчетное сопротивление сварочных материалов, γ_wf – коэффициент условий работы шва, β_f – коэффициент проплавления шва.

Опорная плита крепится к фундаменту анкерными болтами (см. рис. 11) диаметром 24-36 мм (конструктивно).

Оголовки колонн и сопряжение балок с колоннами

Типы сопряжений. Оголовок служит для равномерного распределения нагрузки по сечению колонны, для центрации нагрузки, для создания требуемых условий сопряжения. Сопряжение балок с колоннами может быть свободное (шарнирное) и жесткое. Свободное сопряжение передает только вертикальные нагрузки. Колонны в этом случае должны быть закреплены во время эксплуатации и монтажа от горизонтальных смещений защемлением в фундаменте или системами вертикальных связей. Жесткое сопряжение балок с колоннами образует рамную систему, способную воспринимать го­ризонтальные воздействия и уменьшить расчетный момент в балках. В этом случае балки примыкают к колонне сбоку.

Конструирование и расчет оголовков колонн. При свободном сопряжении балки обычно ставят на колонну сверху, что обеспечивает простоту монтажа. В этом случае оголовок колонны состоит из плиты и ребер, поддерживающих плиту и передающих нагрузку на стержень колонны.

рис. 10 К расчету оголовка прокатной колонны

Конструкция оголовка колонны из прокатного двутавра показана на рис. 10. Опорная плита оголовка передает давление от вышележащей конструкции на ребра оголовка и служит для скрепления балок с колоннами монтажными болтами, фиксирующими проектное положение балок. Толщина опорной плиты принимается конструктивно в пределах 20 — 25 мм Габаритные размеры опорной плиты определяются размерами сечения колонны и шириной опорного ребра главной балки b_р, которая может быть равно ширине пояса балки.

Высота вертикальных ребер жесткости назначается из ус­ловия прочности сварных швов, прикрепляющих ребра к колоне:

, где k_f >=6 мм катет сварного шва – назначается по толщине стенки колонны, R_wf - расчетное сопротивление сварочных материалов, γ_wf – коэффициент условий работы шва, β_f – коэффициент проплавления шва, γ_с – коэффициент условий работы конструкции.

Конструктивно, h_s >=0,6 * h, где h – высота сечения колонны. В то же время .

Ширина b_s и толщина t_s вертикальных ребер назначаются из условия прочности при смятии торца ребра под нагрузкой от главных балок:

где b_s = b_p+2*t, где t - толщина опорной плиты колонны;

Толщина горизонтальных ребер жесткости оголовки на­значается конструктивно, не менее 6--8 мм.

Если балка крепится к колонне сбоку (рис. 8.20), вертикальная реакция передастся через опорное ребро балки на столик, приваренный к полкам колонны. Торец опорного ребра балки и верхняя кромка столика пристрагиваются. Толщину столика принимают из листа толщиной 20 — 40 мм. Толщина столика должна быть больше толщины опорного ребра примерно на 10 мм толщины ребра. Столик целесообразно приваривать к колонне по трем сторонам.

рис. 8.20. Опирание балки на колонну сбоку. 1 – опорный столик из листа t=25-40 мм; 2 – торец опорного ребра балки.