Главная / Проектирование стальных конструкций / Колонны / Базы колонн / Расчет опорной плиты и анкерных болтов внецентренно сжатой колонны

Расчет опорной плиты и анкерных болтов внецентренно сжатой колонны

Башмак внецентренно сжатой колонны оказывает неравномерное давление на поверхность фундамента. В направлении действия момента плита башмака оказывает на фундамент сжимающее действие, а с противоположной стороны стремится оторваться от поверхности фундамента.


Схема к расчету анкерных болтов

Схема к расчету анкерных болтов


Этому отрыву препятствуют анкерные болты, осуществляющие защемление колонны. При конструировании первоначально задаются шириной плиты базы В. Длина плиты определяется из того условия, чтобы максимальное напряжение в фундаменте у края плиты σб макc было меньше расчетного сопротивления бетона сжатию:

Формула (37.VIII)

При этом наибольшее растягивающее напряжение у противоположного края плиты будет равно

Формула (38.VIII)

Комбинация нагрузок для определения N и М при этом выбирается наиневыгоднейшая. 

Решая уравнение (37.VIII) относительно L, можно определить необходимую длину плиты по принятой ширине плиты В и заданному расчетному сопротивлению бетона Rб:

Формула (39.VIII)

После определения размеров плиты L и В переходят к конструированию базы и определению толщины плиты.

При определении толщины плиты предполагают (несколько в запас прочности), что плита нагружена равномерно распределенной нагрузкой q = σб макс (так как большей частью моменты бывают разных знаков). Исключение допускают только для средних участков плиты, которые можно рассчитывать на равномерно распределенную нагрузку, равную максимальному напряжению, соответствующему краю данного участка.

При расчете анкерных болтов исходят из предположения, что растягивающая сила Z, определяемая растянутой зоной эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами.

Поэтому, составляя уравнение равновесия относительно центра тяжести D сжатой треугольной зоны; эпюры напряжений, т. е. точки приложения равнодействующей сил сжатия, получим

Формула

Отсюда суммарное усилие Z во всех анкерных болтах, находящихся на одной стороне башмака:

Формула (40.VIII)

и соответственно общая площадь сечения этих анкеров (считая по нарезке)

 

Формула (41.VIII)

где m — коэффициент условий работы колонны;

mс — коэффициент условий работы анкерных болтов, принимаемый равным 0,65;

Rp — расчетное сопротивление анкерных болтов растяжению, принимаемое равным 2 100 кг/см2 для болтов из стали Ст. 3.

Величина а определяется из геометрического соотношения

Формула (42.VIII)

При определении величины с принимаются абсолютные значения σб (без учета их знака).

Плечо анкерных болтов, т. е. размер у, определяют следующим образом. Сначала конструируют деталь прикрепления анкера к башмаку колонны и тем самым определяют размер е. Искомый размер у получится из уравнения

Формула (43.VIII)

При расчете анкерных болтов необходимо принимать комбинацию нагрузок, дающую при минимальном N максимальное значение М (например, при ветре, но без кранов и снега).

Площадь сечения одного анкера, очевидно, получится, если общую площадь, определенную по формуле (41.VIII), разделить на количество анкеров, расположенных на одной стороне башмака. Обычно на другой стороне башмака анкерные болты ставят симметрично.

Диаметр анкеров принимается в пределах от 20 до 76 мм, так как более толстые анкерные болты сложны в изготовлении. Закрепление анкеров в фундаменте может осуществляться путем сцепления их с бетоном, чем и определяется глубина их заделки, или при помощи опорных шайб.


Типы анкерных закреплений

Типы анкерных закреплений


При определении длины заделки анкерных болтов можно руководствоваться таблицей. Нарезку анкера обычно делают длиной 120 — 150 мм. При конструировании базы необходимо следить за тем, чтобы можно было свободно повернуть гайку при затяжке болта. Поэтому минимальное расстояние от оси болта до траверсы желательно принимать равным 1,5 d (где d — диаметр болта).

Анкерные болты выносят за опорную плиту для того, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать во все стороны (примерно на 20 мм), устанавливая ее по оси.

Таблица Нормальные размеры анкерных болтов.

Высота траверсы назначается из условия размещения сварных швов или заклепок, прикрепляющих стержень колонны к траверсе.


Определение толщины плиты

Определение толщины плиты

Определение толщины плиты под подкрановую ветвь из
условия ее работы на изгиб.


Пример. Требуется рассчитать конструкцию башмака решетчатой колонны, показанную на фигуре. Максимальные расчетные усилия в колонне принимаем те же, что и в примере:

Формула

В этом примере были определены наибольшие усилия в ветвях в подкрановой ветви Nп.в = 135,75 т; в наружной ветви Nн.в = 113 т.

Расчетная комбинация усилий в колонне для расчета анкерных болтов (от постоянной и ветровой нагрузок) принята:

Формула

Расчетное сопротивление осевому сжатию бетона марки 100 Rб = 44 кг/см2. Материал башмака Ст. 3; электроды типа Э42. Коэффициент условий работы m = 1.

Решение. 1) Определяем необходимую площадь опорных плит:

под подкрановую ветвь

Формула

под наружную ветвь

Формула

Назначаем размеры плит:

Формула

Давление на бетон будет равно:

Формула

2) Определяем необходимую толщину плиты под подкрановую ветвь из условия ее работы на изгиб. На участке 2 плита работает как консоль от определенной нагрузки в виде отпорного давления бетона q = σб.

Момент в консоли

Формула

На участке 1 плита оперта по трем сторонам и также нагружена равномерно распределенной нагрузкой при отношении сторон

Формула

находим по таблице коэффициент σ3 = 0,128. Максимальный изгибающий момент в середине свободной стороны равен

Формула

Этот момент больше консольного, а потому и подбираем по нему толщину плиты [по формуле (36.VIII)]

Формула

Принимаем δпл = 24 мм.

3) Производим расчет траверсы и ребер базы. Принимаем траверсу из листов 450 X 12 и толщину швов, прикрепляющих ветвь к траверсе, hш = 10 мм. Предполагая при расчете швов, что усилие ветви передается на опорную плиту только через листы траверсы, которые привариваются к двутавру четырьмя швами, и принимая расчетную длину шва равной lш = 45 — 2 = 43 см (где 2 см — вычет на непровар концов швов), найдем напряжение в швах

Формула

В швах, прикрепляющих листы траверсы к плите, при hш = 10 мм напряжение будет равно

Формула

Проверяем среднее ребро, укрепляющее плиту; это ребро с размерами 350 X 300 X 10 воспринимает давление от бетона σб с грузовой площади шириной 370:2 = 185 мм.

Нагрузка, действующая на ребро, будет равна:

Формула

Для ребра, работающего как консоль, защемленная в стенку, найдем:

Формула

Опорная реакция консоли А, сдвигающая ребро относительно стенки:

Формула

Производим расчет сварных швов, прикрепляющих консоль к стенке. Имеются два сварных шва hш = 10 мм. Шов подвергается действию срезывающей силы А и момента М. Проверку производим по условней формуле

Формула

где

Формула

4) Производим расчет анкерных болтов. Необходимая суммарная площадь сечения анкерных болтов, прикрепляющих наружную ветвь колонны, определится по формуле (41.VIII):

Формула

Здесь а = 45,2 см — расстояние от оси колонны до середины опорной плиты подкрановой ветви;

у — 100 см — расстояние от оси рассчитываемых анкеров до середины той же плиты;

mс = 0,65 — коэффициент условий работы анкерных болтов;

Rp — 2 100 кг/см2 — расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов.

Значения а и у определяем, исходя не из формул (42.VIII) и (43.VIII), выведенных для сплошной опорной плиты, а из условий равновесия, приравнивая нулю сумму моментов всех сил относительно центра сжатой эпюры напряжений.

Найденную суммарную площадь сечения болтов делим на 2 (число болтов):

Формула

По таблице принимаем болты диаметром d = 56 мм, длина забелки в бетон l3 = 1 000 мм.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Расчет и конструирование баз

Расчет опорной плиты и траверсы центрально сжатой колонны Размеры опорной плиты центрально сжатой колонны определяются по расчетному сопротивлению бетона фундамента осевому сжатию R6 (принимаемому равным 44 кг/см2 для бетона марки 100). Минимальная площадь плиты определяется по формуле где N — расчетное усилие в колонне. Найдя необходимую площадь плиты, переходят к конструированию башмака, назначая ширину плиты…