3.4. Конструкция и расчет базы колонны

Проектирование базы начинают с выбора ее конструкции. При шарнирном сопряжении с фундаментом для уменьшения трудоемкости изготовления базу колонны сплошного сечения рекомендуется проектировать из одной плиты (рис.21,а). Для уменьшения толщины плиты применяют базы с траверсами или ребрами (рис.21,б,в). Базы колонн сквозного сечения проектируют, как правило, с траверсами (рис.21,г). Опирание стержня колонны на опорную плиту может быть двух типов: через фрезерованный торец колонны при строганной верхней плоскости плиты – базы раздельного типа и через сварные угловые швы – базы объединенного типа.

После выбора типа базы приступают к расчету ее элементов. Расчетом определяются размеры опорной плиты в плане, ее толщина, размеры траверс и ребер, размеры сварных швов. Анкерные болты назначают конструктивно диаметром 20…30мм.

Требуемую площадь плиты определяют по формуле А_пл=N/(1,2R_b), где R_b - призменная прочность бетона фундамента; принимается в зависимости от заданного класса бетона:

Класс бетона В7.5 В10 В12.5 В15

R_b, МПа 4,5 6,0 7,5 8,5

Ширину плиты (размер В) назначают конструктивно, приняв свес консольного участка с=60…120мм и толщину траверс 10…16мм. Требуемая длина плиты L=А_пл/В. Окончательно размеры плиты назначают кратными 10мм.

В базах, состоящих только из опорной плиты, в рабочую площадь включают лишь участки, защемленные по контуру колонны (заштрихованы на рис.21,а). При заданных размерах колонны h и b_f (h>b_f) и площади плиты А_пл необходимый вылет плиты с определяют по формуле c=0,5(k-k²-А_пл), где k=b_f+0,5h. Требуемая длина плиты L=А_пл/В.

Толщина опорной плиты определяется ее работой на изгиб как пластинки под действием реактивного давления бетона фундамента, значение которого принимается равномерно распределенным по всей рабочей площади плиты _ф=N/А_пл,р, где А_пл,р - рабочая площадь плиты: в базах, состоящих только из одной плиты, А_пл,р=4b_fc+2(h_w-2c)c, во всех остальных случаях А_пл=BL. Опорами для пластинки служат стержень колонны, траверсы, ребра, которые делят ее на отдельные участки, опертые на одну, три или четыре стороны.

Расчетный момент на консольных участках плиты (участок 1)

M₁=_фс²/2.

Рис. 21. Базы центрально-сжатых колонн объединенного типа

На участках, опертых по трем сторонам (участок 2),

M₂=_фa₁²,

где а₁ - размер свободной (незакрепленной) стороны участка. Коэффициент  зависит от отношения закрепленной стороны к свободной:

b₁/a₁ 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 1,0 1,20 1,40 >2

х10³ 60 74 88 97 107 112 120 126 132

При b₁/a₁<0,5 M₂=0,5_фb₁² .

Расчетный момент на участках, опертых по четырем сторонам,

M₃=_фa²,

где а – размер короткой стороны. Коэффициент  определяется в зависимости от отношения более длинной стороны b к короткой:

b/a 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 >2

х10³ 48 55 6 3 69 75 81 86 91 94 98 125

Толщину плиты подбирают по наибольшему изгибающему моменту из М₁, М₂ и М₃:

t _пл6M_max/(R_y_c),

где _c=1,2 для сталей С235…С255 и _c=1 для более прочных сталей.

Размер t_пл округляют до стандартной ближайшей величины.

Если толщина плиты базы объединенного типа по расчету более 40мм, необходимо изменить ее конструкцию, установив, например, дополнительные ребра на участке с максимальным изгибающим моментом (рис.22,а).

Толщина плиты базы раздельного типа допускается до 60…80мм. В этих базах, как правило, плиту в плане назначают квадратную (рис.22,б). Размер В=N/(1,2R_b), изгибающий момент М_фcA₁ , где А₁ – площадь трапеции, заштрихованная на рисунке.

Рис. 22. К расчету опорной плиты базы

Расчет траверс и ребер базы выполняют от приходящейся, на них нагрузки, передаваемую опорной плитой. Траверсу рассчитывают как однопролетную балку с консолями (рис.23). Погонная нагрузка на траверсу составит q_t=_фd_т, где d_т - ширина грузовой площади.

Рис. 23. Расчетные схемы и эпюры М:

а – траверсы; б - ребра

Изгибающий момент в консольной части траверсы М_т=q_тb₁²/2, перерезывающая сила Q_т=q_тb₁.

П рикрепление траверсы к колонне выполняется двумя швами, как правило, полуавтоматической сваркой (_f=0,9). Учитывая, что l_w85_fk_f, назначают величину катета шва k_f(1/_f)q_тL/(2x85R_wf), но не более 1,2t_т и не менее значений, приведенных в табл. П.3.

Требуемая высота траверсы из условия прочности сварных швов: h_т=q_тL/(2_fk_fR_wf)+10мм.

Окончательно размер траверсы назначают кратным 10мм.

П рочность траверсы проверяется на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы: ²+3²1,15R_y_c;

=6M_т/(t_тh_т²) =Qт/ h_т t_т.

Расчет ребер и швов, прикрепляющих их к стержню колонны, выполняют на совместное действие изгибающего момента и перерезывающей силы. Расчетная схема ребра показана на рис.22. Нагрузка на единицу длины ребра q_p=_ф(c+t_p+a₁/2).

Т олщину ребра t_p принимают 10…16мм. Изгибающий момент и перерезывающую силу в месте крепления ребра к колонне находят по формулам: M_p=q_pl_p²/2, Q_p=q_pl_p. Задаются высотой ребра h_р=200…400мм и проверяют прочность сварных швов, прикрепляющих ребро к стержню колонны, по формуле _M²+_Q²R_wf, где _M=6M_p/(2_fk_f(h_p-1см)²); _Q=Q_p/(2_fk_f(hp-1см)).

Если условие прочности не выполняется, нужно увеличить высоту ребра.

Требуемую толщину швов, прикрепляющих стержень колонны, траверсы и ребра к плите, определяют:

-для базы объединенного типа по формуле k_fN/(_fR_wfl_w); k_fN/(_zR_wzl_w)

-для базы раздельного типа по формуле k_f=0,15N/(_fR_wfl_w); k_f0,15N/(_zR_wzl_w).

Здесь l_w - суммарная длина швов, прикрепляющих стержень, траверсы и ребра к плите.