мк экзамен / шпоры металлы / 28

28. Конструкция и расчет баз центрально сжатой колонны.

1.Типы и конструктивные особенности баз.

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 с фундаментом,не допускающее поворота.

По конструктивному решению базы могут быть с траверсой (рис. VIII. 18,а), с фрезерованным торцом (рис. VIII.18,6) и с шарнир­ным устройством в виде центрирующей плиты (рис. VIII.18, в).

При сравнительно небольших расчетных усилиях в колоннах (до 4000—5000 кН) чаще применяются базы с траверсами. Траверса воспри­нимает нагрузку со стержня колонны и передает ее на опорную плиту. Чтобы увеличить равномерную передачу давления с плиты на фунда­мент, жесткость плиты увеличивают дополнительными ребрами между ветвями траверсы (рис. VIII.19,а). В легких колоннах роль траверсы могут выполнять консольные ребра, приваренные к стержню колонны и опорной плите (рис. VIII.19,б). В колоннах с большими расчетными усилиями (6000—10000 кН и более) целесообразно фрезеровать торец базы (рис. VIII.22). В этом случае траверса и ребра отсутствуют, а плита (чтобы равномерно передать нагрузку на фундамент) должна иметь значительную толщину. Конструкция базы с фрезерованным торцом значительно проще и поэтому рациональнее.

Базы с шарнирным устройством (рис. VIII. 18,в) четко отвечают расчетной схеме, но из-за большей сложности монтажа в колоннах применяются редко. Конструкция и расчет таких баз рассмотрены в гл. XVII.

При шарнирном сопряжении колонны с фундаментом анкерные болты ставят лишь для фиксации проектного положения колонны к закрепления ее в процессе монтажа. Анкеры в этом случае прикрепля­ют непосредственно к опорной плите базы, и благодаря гибкости пли­ты обеспечивается необходимая податливость сопряжения при дей­ствии случайных моментов (рис. VIII. 19, а, б). При жестком сопряже­нии анкеры прикрепляют к стержню колонны через специальные столики и затягивают с напряжением, близким к расчетному сопротивлению, чтоустраняет возможность поворота колонны.(рис. VIII.19.в)

Диаметр анкерных болтов 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.

2.Расчет и конструктивное оформление базы с траверсой и консольными ребрами

После выбора типа базы расчетом устанавливают размеры опорной плиты в плане и ее толщину (рис. VIII,20). Требуемая площадь плиты

Где N-расчетная нагрузка на колонну; R_ф-расчетное сопротивление сжатию материала фундамента.

При площади опорной плиты F_пл, значи­тельно меньшей площади верхнего обреза фундамента F_ф, расчетное сопротивление повышается и его можно определить по формуле (VIII.38а)

где R_бет— расчетное сопротивлние бетона осевому сжатию.

Размеры плиты В и L определяют в пре­делах требуемой площади по конструктив­ным соображениям в зависимости от размещения ветвей траверсы или укрепляющих плиту ребер.

Плита работает как пластинка на упру­гом основании, воспринимающая давление от ветвей траверсы и ребер. Опыты показа­ли, что давление на фундамент распределя-

ется неравномерно, с пиками в местах передачи нагрузки. Однако для простоты расчета давление под плитой принимается равномерно распре­деленным. Плиту рассчитывают как пластинку, нагруженную (снизу) равномерно распределенным давлением фундамента и опертую на элементы сечения стержня и базы колонны (ветви траверсы, диафрагмы , ребра и т. п.).

В соответствии с конструкцией базы плита мвжет иметь участки, опертые на четыре канта (контур 1 на рис. VIII.20), на три канта 2, на два канта 3 (параллельных друг другу или сходящихся под углом) и консольные 4.

Наибольшие изгибающие моменты, действующие на полосе шири­ной 1 см, в пластинках, опертых на четыре или три канта, определяют по формулам:

при опирании на четыре канта

(VIII. 39)

при опиранин на три канта

(VIII.40)

Где q-давление на 1см.² плиты, равное среднему напряжению на фундамент.

Коэффициенты α и β получены акад. Б. Г. Галеркиным и приведе­ны в табл. VIII.7 и VIII.8. Коэффициент α зависит от отношения более длинной стороны b к более короткой а. Коэффициент β зависит от от­ношения длины закрепленной стороны пластинки b₁, к свободной а₁, Размеры а и b берутся между кромками ветвей траверсы или ребер.

При отношении сторон b/a>2 расчетный момент определяется как для однопролетной балочной плиты. (VIII.41)

При опирании плиты на два канта, сходящихся под углом, можно (несколько в запас) пользоваться формулой (VIII.40), принимая раз­мер а₁ по диагонали между кантами, размер b₁ равным расстоянию от вершины угла до диагонали.

Изгибающий момент на консольном участке, плиты

(VIII. 42)

По наибольшему из найденных для различных участков плиты из­гибающих моментов определяют требуемый момент сопротивления плиты шириной 1см.

А по нему требуемую толщину плиты

(VШ.43)

Обычно толщину плиты принимают в пределах 20—40 мм.

При резком отличии моментов по значениям на различных участках плиты надо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выравнить значения моментов, что должно привести к облегчению базы.

Усилие стержня колонны передается на траверсу через сварные швы, длина которых и определяет высоту траверсы.

Если ветви траверсы прикрепляют к стерж­ню колонны четырьмя швами, то

(VIII.44)

Где коэффициент β зависит от вида шва (см.гл V)

Толщину углового шва h_ш принимают не более 1-1,2 толщины ветви траверсы,которую из конструктивных соображений назначают равной 10-16 мм. Высоту траверсы следует принимать не более 85k_ш

Если по формуле (VIII.14) требуется слишком большая высота траверсы , то можно учесть частичную передачу усилия на плиту непосредственной приваркой к плите стержня колонны. Швы, прикрепляющие ветви траверсы к опорной плите, рассчитывают на полное усилие,действующее в колонне.

Прикрепление диафрагм к ветвям траверсы (рис. VIII.19.а) расчитывают в запас прочности на усилие

Где q-напряжение фундамента под опорной плитой, кН/см² ; a-рассстояние между ветвями траверсы; b-ширина полосы плиты,передающей давление на диафрагму.

При учете опирания плиты на три или четыре канта линии раздела передачи давления принимают по биссектрисам углов.

Прикрепление консольных ребер к стержню колонны (рис. VIII.19, б) рассчитывают на момент и поперечную силу.

Момент в плоскости прикрепления (VIII.46)

Где с_k-ширина грузовой площади; l_к-вылет консоли.

Поперечная сила в прикреплении консоли

Если ребра крепят к стержню колонны угловыми швами, швы прове­ряют по равнодействующей напряжений от изгиба и поперечной силы

(VIII.47)

А если стыковым швом-на приведенные напряжения

(VIII.47’)