14.4. Базы колонн

База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны, способа ее сопряжения с фундаментом, принятого метода монтажа колонн.

С помощью базы осуществляется жесткое или шарнирное сопряжение колонны с фундаментом. При жестком сопряжении предусматривают соответствующую заделку в бетоне фундамента анкерных болтов, устанавливаемых в плоскости действия момента. При шарнирном закреплении анкерные болты размещают с двух сторон колонны по ее оси, что обусловливает некоторую податливость узла сопряжения.

Конструктивно они выполняются трех типов (рис. 67).

База с траверсой (рис.67, а). Для обеспечения жесткости базы и уменьшения толщины опорной плиты устанавливают траверсы, ребра и диафрагмы (рис. 68). Расчет траверс, ребер и диафрагм производят на реактивный отпор фундамента, приходящийся на их долю. На траверсу передаётся реактивный отпор фундамента с половины площади плиты. Высоту траверсы находят из условия размещения угловых швов, прикрепляющих траверсу к колонне. Толщину траверсы определяют из условия ее прочности при изгибе.

Рис. 67. Базы колонн:

а – с траверсой, б – с фрезерованным торцом, в – шарнирная

Высоту диафрагмы определяют из условия прочности односторонних угловых швов, прикрепляющих ее к траверсе, толщину диафрагмы – расчетом на срез.

Площадь плиты определяется из условия прочности бетона фундамента:

,

где – расчетное сопротивление материала фундамента

,

где – расчетное сопротивление бетона на сжатие.

; c = 50100мм

Учитывая это можно назначить B, а тогда, исходя из , определить длину L.

Для определения толщины плиты ее участки между траверсами, диафрагмами, элементами стержня рассматриваются как самостоятельные пластинки, опертые на четыре или три стороны, балочные (опертые на две стороны) и консольные. В каждой пластинке с помощью таблиц Галеркина определяются изгибающие моменты, действующие на полоски участка шириной 1 см.

Рис. 68. К расчету базы с траверсой

Если , то пластинка считается опертой на четыре стороны и ,

где a – меньший размер плиты,

– напряжение;

– коэффициент Галеркина.

Если , то .

Для участка, опертого на три стороны, , где .

Для консольного участка .

Просчитав таким образом все участки, выбирают максимальный изгибающий момент и, учитывая, что момент сопротивления полоски будет: , из условия находят толщину плиты:

.

Высота траверсы определяется длиной швов, необходимых для передачи усилия со стержня колонны:

,

где

Траверса проверяется на изгиб от отпора фундамента (рис. 69).

Рис. 69. К расчету траверсы

В сечении 1-1: .

Этот момент воспринимается двумя траверсами и плитой. При этом считается, что плита и траверса изгибаются самостоятельно. Тогда условие прочности имеет вид:

.

Сварные швы, прикрепляющие диафрагмы, рассчитываются на нагрузку, собранную с соответствующих грузовых площадей.

Если в опорном сечении колонны действует нормальная сила и изгибающий момент, то реактивный отпор фундамента будет неравномерным. В этом случае на каждом участке отпор фундамента можно принимать равномерно распределенным с интенсивностью, равной максимальному напряжению в пределах участка. Иногда выполняют приближенный расчет на отпор фундамента, равный максимальному напряжению в пределах всей плиты.

База с фрезерованным торцом колонны (рис. 67). Опорная плита такой базы должна быть компактной в плане и не иметь больших консольных вылетов, поэтому для фундаментов желательно применять бетон высокой прочности. Опорные плиты обычно приваривают к стержню колонны на заводе. Высоту швов определяют расчетом и назначают для стенки 10…12 мм, для полок 12…16 мм. Для компенсации неточности установки анкерных болтов отверстия в плитах для анкерных болтов предусматривают на 20…30 мм больше диаметра болта, а на болты надевают шайбы, которые после натяжения болтов приваривают к плите.

Расчет начинается с определения требуемой площади плиты:

.

Толщину плиты определяют в зависимости от отношения .

Если отношения сторон плиты отличаются от квадрата более, чем в два раза, то

Разрезав плиту по диагонали, рассматривают работу трапециидальных участков (рис. 70), определяют их площадь , положение центра тяжести и величину равнодействующей отпора фундамента F. Приложив равнодействующую к центру тяжести трапеции определяют изгибающий момент в месте сопряжения плиты с колонной:

,

где .

Рис. 70. К расчету базы с фрезерованным торцом

Если отношение а/b – квадрат или близко к квадрату, то в этом расчете плиту и колонну по габариту заменяют круглыми равновеликой площади (рис. 71). Если вырежем элемент в плите, то он будет работать в совершенно одинаковых условиях, удаленных от центра. Круглая плита, нагруженная отпором фундамента и опертая на стержень колонны, в общем случае испытывает изгиб радиальными и тангенциальными моментами и, кроме того, в них возникают касательные напряжения . Значения этих моментов и касательного напряжения зависят от удаления элемента от центра окружности. Наибольшие значения моментов и касательных напряжений возникают у кромки условной колонны, где их можно определить, используя соответствующие таблицы.

Рис. 71. К расчету базы с фрезерованным торцом