Конструирование базы центрально сжатой колонны

База (башмак) колонны служит для распределения сосредоточенного давления от стержня колонны равномерно по площади опирания на фундамент и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны в соответствии с принятой расчетной схемой.

Базы центрально-сжатых колонн могут быть шарнирные (а, б, в) и жесткие (г, д). Шарнирные базы имеют наиболее простую конструкцию. Особенностью их является крепление анкерными болтами непосредственно за опорную плиту; анкерных болтов, как правило, два (иногда четыре). В сильно нагруженных колоннах для равномерной передачи давления на опорную плиту устанавливают траверсы (б, в) и ребра.

Жесткие базы (г, д) имеют не менее четырех анкерных болтов, которые крепятся к траверсам. Благодаря этому после затяжки болтов исключается поворот колонны на опоре.

а) б) в)

г) д)

Толщину опорной плиты определяют расчетом, но принимают не менее 20 мм. Диаметр анкерных болтов принимают конструктивно: для шарнирных баз d=20-30 мм, для жестких баз d = 24-36 мм и более.

Для удобства монтажа и возможности некоторой рихтовки при установке анкерные болты заводят в специальные проушины, ширина которых на 10-30 мм больше диаметра болта, или пропускают между траверсами. После этого на болты надеваются шайбы толщиной 20-30 мм с отверстием, на 3 мм большим, чем диаметр болта, или анкерные плитки толщиной 30-40 мм, завертываются гайки, а шайбы (плитки) привариваются монтажной сваркой к плите или траверсам. Опорная плита в легких колоннах обычно приваривается к траверсам и стержню колонны.

В мощных колоннах применяют базы с фрезерованным торцом колоны.

Фрезерованный торец колонны устанавливается на фрезерованную поверхность опорной плиты толщиной 40-50 мм и приваривают для фиксации. Обычно базы колонн устанавливаются на 500-1000 мм ниже отметки пола, обетонируют после монтажа, что обеспечивают защиту от коррозии.

3.4.1.1Расчет базы центрально-сжатой колонны

• определение требуемой площади плиты и ее размеров в плане из условия смятия бетона фундамента;

• определение толщины плиты из расчета ее на изгиб;

• определение высоты траверсы из расчета ее прикрепления к полкам стержня колонны;

• проверка прочности швов крепления траверсы к плите;

• проверка прочности траверсы на изгиб и срез.

В случае наличия дополнительных ребер и других элементов необходимо проверить их сечение и швы крепления на прочность.

В колоннах с фрезерованными торцами без траверс выполняются только два первых этапа и рассчитывается шов крепления колонны к плите на 15 % усилия N.

Конструкция базы показана на рисунке.

1) Находят требуемую площадь плиты

Требуемая площадь плиты из условия смятия бетона фундамента составляет

,

где – коэффициент, зависящий от характера распределения местной нагрузки по площади смятия. При равномерно распределенной нагрузке ;

– расчетное сопротивление бетона смятию.

,

где – расчетное сопротивление тяжелого мелкозернистого бетона для предельных состояний первой группы на осевое сжатие (призменная прочность);

для бетонов класса ниже В25.

Значение коэффициента зависит от отношения площадей фундамента и плиты. В курсовой работе можно приближенно принимать . Для бетона класса В12,5 кН/см²; для бетона класса В15 кН/см²;

2) Определив, , устанавливают ширину плиты B, которая зависит от принятой конструкции базы и условия размещения анкерных болтов. Чтобы плита не получилась слишком толстая, ее консольную часть (размер C) принимают не более 100-120 мм.

После этого находят длину плиты .

3) Толщину плиты определяют, исходя из условия ее работы на изгиб. Нагрузкой на плиту является равномерное отпорное давление фундамента , а ее опорами – траверсы, ребра базы и стержень колонны.

Вся площадь опорной плиты может быть расчленена на отдельные участки по условиям опирания: 2 – консольные; 3 – опертые по трем сторонам; 1 – опертые по четырем сторонам.

Находим изгибающие моменты на единицу длины d=1 см на этих участках плиты.

Изгибающий момент в плите на участке (1) может быть определен как для балочной плиты, еслиошение сторон b/a>2

Изгибающий момент в плите на участке (2) (консольном)

Изгибающий момент в плите на участке (3) может быть определен как для консольного участка плиты, еслиошение сторон b/a>2

,

- длина короткой стороны участка

Если отношение сторон на участках 1 и 3 оказалось меньше двух, их следует рассчитывать как опертые по четырем и трем сторонам соответственно с помощью коэффициентов, приведенных в таблицах.

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, в пластинках, опертых на 3 или 4 каната, определяют по формулам:

-при опирании на три канта ,

- при опирании на четыре канта ,

где – расчетное давление на 1 см² плиты, равное отпорному давлению на фундамент.

 и  - коэффициенты, полученные акад. Б.Г. Галеркиным, приведены в таблицах.

а- длина свободной или короткой стороны участка

Толщину плиты определяют по наибольшему изгибающему моменту.

, откуда .

3. Траверсу рассчитывают, как двухконсольную балку, нагруженную равномерно распределенной нагрузкой и опирающейся на полки колонны (см. рис.).

Изгибающий момент и поперечную силу консоли траверсы определяют по формулам:

;

Проверка прочности траверсы на изгиб и срез по формулам

; ,

где .

Катет швов, прикрепляющих траверсу к полкам колонны, определяется по формуле

.

Аналогично проверяется прочность ребер.

5) Расчет швов, прикрепляющих элементы базы к плите.

При конструктивном решении базы с фрезеровкой торца все давление колонны на плиту передается непосредственным контактом соприкасающихся поверхностей, и швы, прикрепляющие элементы базы к плите, рассчитываются на условную силу, равную 15% общего давления F (для восприятия случайных моментов и поперечных сил):

.