Конструирование и расчет базы колонны.

База колонны является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструкция базы должна соответствовать принятому в расчетной схеме колонны способу сопряжения ее с фундаментом. При расчетном усилии в колонне до 6000 кН принимают базу с траверсами, в колонне с расчетным усилиям 6000 кН и более – базу с фрезерованным торцом колонны.

При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом ставят два или четыре анкерных болта d = 24 мм для фиксации проектного положения колонны. Анкеры в этом случае прикрепляются непосредственно к опорной плите базы. При жестком сопряжении – четыре анкерных болта d = 30…36 мм, которые крепят колонну к фундаменту через выносные консоли и затягиваются с напряжением.

Диаметр отверстий в плите базы принимается в 1,5…2 раза больше диаметра анкерных болтов. На анкерные болты надеваются шайбы с отверстием, которое на 3 мм больше диаметра болта, и после натяжения болта гайкой шайбу привариваются к базе.

Размер плиты базы B и L определяются по требуемой площади плиты, при этом из конструктивных соображений длина плиты:

L_pl > b +2×(100…120) мм,

а ширина плиты:

B_pl = h + 2×(t_tr +40…50) мм.

Здесь b и h – соответственно ширина и высота сечения стержня колонны;

t_tr – толщина листа траверсы;

100 мм – минимальный габарит, равный расстоянию от грани колонны до края плиты, необходимый по конструктивным соображениям для размещения анкерных болтов d = 24…30 мм.

В соответствии с конструкцией базы ее плита может иметь участки, опертые по трем-четырем сторонам и консольный участок (рис. 18). Толщину плиты следует определять по наибольшему из найденных для различных участков плиты изгибающему моменту. Обычно толщина плиты принимается в пределах 20…40 мм. Если толщина плиты по 1 и 2 участкам сильно отличается друг от друга (более 40%), наиболее напряженный участок плиты следует перекрывать с помощью диафрагм и (или) ребер.

Рис. 18. К расчету базы колонны.

Пример.

Определение размеров опорной плиты.

Размер опорной плиты в плане определяется исходя из условия прочности бетона фундамента смятию под плитой:

где

– коэффициент ( зависит от отношения площадей фундамента и плиты). В курсовом проекте

можно приближенно принимать = 1,2;

R_b – прочность бетона осевому сжатию. Для бетона класса В12,5 R_b =7,5 МПа.

Назначается минимально возможная длина плиты базы колонны:

L_pl = b + 240 мм = 380 + 240 = 620 мм.

Тогда ширина плиты:

Принимается плита с размерами в плане 520х620 мм.

Уточняются значения коэффициента:

перерасчет плиты не требуется.

Здесь A_f = (B_pl +2a)×(L_pl + 2b) = (52 + 2×10)×(62 + 2×10) = 5904 см².

= = см²,

a = b = 100 мм – расстояние от края опорной плиты базы колонны до наружной грани подколонника.

Вычисляется значение равномерно распределенной нагрузки на плиту снизу, равной реактивному давлению фундамента:

Из условия работы опорной плиты базы колонны на изгиб, которая рассматривается как пластина, опертая на торец стержня колонны и траверсы, устанавливаются значения максимальных изгибающих моментов на отдельных расчетных участках:

участок 1 (плита, опертая по четырем сторонам):

Отношение большей стороны участка (b = 40см) к меньшей (а = 38 см):

По табл. 5 (прилож.) определяется коэффициент a = 0,052.

Максимальный момент в плите участка 1 в направлении короткой стороны а, будет равен:

Требуемая толщина плиты:

– максимальной толщины стали С245, табл. 51^*. Устанавливается дополнительное ребро (рис. 18, б) и принимается для плиты сталь С345. При толщине проката 20…40мм R_y = 300 МПа.

Уточняется толщина плиты на участке №1:

a = 0,098; М₁ = 0,096×0,9×20²= 34,5 кН×см;

участок 2 (плита, опертая по трем сторонам):

в пластинке, опертой по трем сторонам, изгибающий момент в середине свободного края определяют по формуле:

,

где а – закрепленная сторона отсека;

– коэффициент по табл. 6 (прилож.).

Однако участок 2 рассматривается как консольный, так как отношение закрепленной стороны участка к свободной:

[8]

Требуемая толщина плиты:

Участок 3 (консольная плита):

Назначается толщина листа траверсы t_tr = 12 мм и определяется вылет консольной части плиты:

Требуемая толщина плиты:

Принимается толщина плиты 28 мм (2 мм принимаются на фрезеровку).

Расчет траверсы.

Прикрепление траверсы к колонне выполняется полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа сварочной проволокой Св-08Г2С, d = 1,4…2 мм. Максимальный катет углового шва вдоль кромок двутавра №40[9] k_f = 8 мм. Соответствующие характеристики: R_wf = 215 МПа, R_wz =166,5 МПа; b_f = 0,9; b_z = 1,05. Расчет выполняется по металлу границы сплавления,, так как b_f×R_wf =0,9×215=193 МПа > b_z×R_wz=1,05×166,5 = 175МПа.

Необходимая длина сварного шва крепления траверсы и ребра к ветвям колонны:

Принимается высота траверсы h_tr = l_w = 300 мм. Крепления траверсы к плите принимаются конструктивно k_f = 8 мм по табл. 38^*, так как принят фрезерованный торец колонны.