5.2. Узел сопряжения верхней и нижней части колонны

В ступенчатых колоннах для восприятия воздействий от верхней части колонны на нижнюю и давления от подкрановых балок в месте уступа устраивают траверсу высотой (рис.6.2). На траверсу опирается плита подкрановой площадки, толщиной 16-25 мм, которая передает усилие на стенку траверсы. Верхний торец стенки траверсы обычно фрезеруют, стенка под плитой в этом случае работает на смятие и проверяется по формуле.

= ≤ (5.5)

Где

- наибольшее давление подкрановых балок;

- длина участка смятия стенки;

;

- толщина стенки траверсы и плиты подкрановой площадки;

- ширина опорных ребер подкрановых балок (рис.6.2).

Усилия М и N, действующие в сечении над уступом, также передаются на траверсу. Считают, что эти усилия передаются только полками верхней части; усилия в полках от действия М и N равны

Отсюда, требуемая длина шва крепления вертикального ребра к стенке траверса (ш 2, рис.6.2) четырьмя швами определяется по формуле:

В решетчатых колоннах траверса работает как балка двутаврового сечения, нагруженная М ,N и имеющая про­лет, равный (рис. 6.2).

Прочность траверсы проверяется на изгиб и на срез по формулам:

= ≤ (5.7)

Где

- высота и толшина стенки траверсы;

- момент сопротивления траверсы;

, - наибольший изгибающий момент и поперечная сила в траверсе.

Кроме того, рассчитывают швы крепления траверсы к подкрановой ветви (ШЗ рис. 6.2) и стенку подкрановой ветви на срез (линия 1-1 рис.6.2) в месте крепления к ней траверсы. Расчет траверсы и сварных швов рассмотрен в примере.

Для большей надежности крепления траверсы в стенке подкрановой ветви и полке верхней части делают прорези, в которые заводят стенку траверсы и затем приваривают ее ( ш2, шЗ рис.6.2).

5.3. Базы колонн

База является опорной частью колонны и предназначена для передачи усилий с колонны на фундамент. Для колонн промзданий применяют два типа баз - общие и раздельные (рис.5.3, 6.3).

Для сплошных колонн рекомендуются общие базы С рис» 5.3), для скоздах колонн - раздельные (рис.6.3), с башмаком для каждой ветви. В производственных зданиях колонна обычно имеет жесткое сопряжение с фундаментом в плоскости рамы и шарнирное - из плоскости рамы.

5.3.1. Общие базы

В состав базы входят : опорная плита, траверсы, ребра, анкерные болты и устройства для их крепления (столики, анкер­ные плитки и т.п.).

Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения определяемые по формулам внецентренного сжатия:

Где:

, - площадь и момент сопротивления плиты;

- ширина и длина плиты.

При большом значении возможны растягивающие напряже­ния под плитой (). Для восприятия возможного растяжения устанавливают анкерные болты, которые препятствуют отрыву плиты от фундамента.

Ширина плиты принимается конструктивно, на 100-200 мм шире сечения колонны.

(5.9)

Где:

- толщина траверсы, обычно 10-14 мм.

С - свес плиты.

Из условия прочности бетона фундамента на сжатие используя формулу (5.8), можно определить длину плиты.

Где:

Центр плиты обычно совмещается, с центром тяжести колон­ны.

Расчет и базы выполняют на комбинацию усилий М и N в нижнем сечении колонны, дающую наибольшее краевое сжатие бе­тона. Для обеспечения жесткости плиты и уменьшения ее толщины в базе устанавливают траверсы и ребра. При ширине колонны экономичны и удобны для сварки раздельные траверсы. Ребра и траверсы делят опорную плиту на участки (пластинки), работающие на изгиб от отпора бетона. Величина изгибающего момента на участке зависит от величины отпора бетона , размеров участка и условий закрепления его контура (консольный, оперт по контуру или на три стороны). Напряжения под плитой общей базы неравномерны (рис. 5.3), поэтому при определении моментов, величину принимают наибольшей в пределах рассматриваемого участка по эпюре напряжений в бетоне под плитой. Наибольшие изгибающие моменты определяются для полочки плиты, шириной 1 см по формулам:

При опирании участка по контуру:

При опирании на три стороны:

Где:

- расчетное давление на 1 поверхности бетона; реактивный отпор бетона равен давлению нэ него.

- коэффициенты, полученные академиком Б.Г.Гаперкиным, приведены в табл. 5.2 и 5.3.

Таблица 5.2

Коэффициенты для расчета на изгиб плит, опертых на четыре канта

	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2,0	Более 2,0
	0,048	0,055	0,063	0,069	0,075	0,081	0,086	0,09	0,094	0,098	0,1	0,125

Таблица 5.3

Коэффициенты для расчета на изгиб плит, опертых на три или два канта

	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,2	1,4	2	Более 2,0
	0,060	0,074	0,088	0,097	0,107	0,112	0,120	0,126	0,132	0,133

В этих таблицах зависит от отношения длинной стороны участка к короткой (𝛽:𝛼); - от отношения закрепленной стороны к свободной

На консольном участке изгибающий момент определяется по формуле:

(5.13)

Где:

С - вылет консоли.

При отношении пластинка, опертая на три кан­та, рассчитывается как консоль с вылетом здесь . По наибольшему из найденных моментов определяется:

При резком отличии моментов на различных участках, нужно изменить схему деления плиты на участки так, чтобы по возможно­сти их выравнять и уменьшить.

Траверсы и ребра работают как консоли, загруженные отпо­ром фундамента, передаваемого на них плитой. Опорные сечения и швы крепления траверс и ребер воспринимает сдвигающее усилие и изгибающий момент, определяемые по формулам:

где и - соответственно ширина грузовой площади и вылет консоли траверсы.

Прочность опорного сечения траверсы или ребра проверяет­ся по формулам:

(5.16)

где - момент сопротивления, толщина и высота траверсы или ребра.

Прочность угловых швов крепления проверяется по формулам:

Где:

- меньшее из значений или ;

- расчетное сопротивление металла шва;

- расчетное сопротивление металла в зоне сцепления =0,45;

- коэффциенты условия работы;

- коэффициенты, зависящие от вида сварки.

Анкерные болты работают на растяжение и воспринимают уси­лие, отрывающее базу от фундамента. Такое усилие возникает, когда изгибные напряжения в уравнении

преобладают. Усилие в анкерных болтах определяют в предположе­нии, что растягивающая сила соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными бол­тами (рис.5.3). Из уравнения равновесия сил относительно цен­тра тяжести сжатой зоны бетона усилие в анкерных болтах с одной стороны базы и тре­буемая площадь сечения анкерных 6олтов , где - расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов. Для болтов из стали Вст3кп2 диаметром от 12 до 140 мм = 145 МПа, .

За расчетное сочетание принимают, причем, если для постоянной нагрузки т.е. постоян­ная нагрузка разгружает анкерные болты, т.е. значения нужно определять при коэффициенте перегрузки (рис.5.3а)