МК_Справочник_том_2

Вертикальное давление от разрезных подкрановых балок, а также неразрезных с одним опорным ребром передается на фрезерованную поверхность стенки траверсы через горизонтальную распределительную плиту толщиной 20 –30 мм. Прочность стенки на смятие проверяют по формуле D/t1lRp γc ≤ 1 , ãäå l – длина сминаемой поверхности, включающая ширину опорных ребер подкрановой балки и удвоенную толщину опорной плиты. Исходя из этой проверки, обычно назначают толщину стенки траверсы.

Крепление траверсы к стенке ветви колонны выполняют обычно через прорезь в стенке этой ветви и рассчитывают на усилие F +D. Требуемая длина размещения четырех угловых швов, но не более 85βf Kf, определяет минимально возможный размер высоты траверсы ht . На это же усилие должна быть проверена на срез прочность стенки подкрановой ветви колонны (F +D)/2tw ht Rs γc ≤ 1. Если это условие не выполняется, а высоту траверсы увеличивать нежелательно, то необходимо делать вставку в стенке подкрановой ветви колонны.

4.3.5. Базы колонн. База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны, способа ее сопряжения с фундаментом и принятого метода монтажа колонн.

В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют общие и раздельные базы (рис.4.15), которые, в свою очередь, могут быть без траверс, с общими или раздельными траверсами, одностенчатыми либо двустенчатыми.

Рис.4.15. Схемы без колонн à, á - без траверс; â - одностенчатая; ã - двустенчатая с раздельными траверсами;

ä, å - двустенчатая с общими траверсами; æ - раздельная сквозной колонны

Ñпомощью базы осуществляется жесткое или шарнирное сопряжение колонны с фундаментом. При жестком сопряжении предусматривают соответствующую заделку

âбетоне фундамента анкерных болтов, установленных в плоскости (плоскостях),

параллельных плоскости рамы (рис.4.15á). При шарнирном закреплении анкерные болты размещают с двух сторон колонны по ее оси перпендикулярно плоскости рамы (рис.4.15à). Это обеспечивает некоторую податливость узла по отношению к угловым деформациям и позволяет условно относить такое сопряжение базы с фундаментом к шарнирному. Если требуется четкая шарнирная передача усилий от стойки большепролетной рамы на фундамент, то используют специальные опорные устройства [1], которые применяются редко и здесь не рассматриваются.

Существует два способа установки колонны на фундамент: с выверкой колонны в процессе монтажа и безвыверочный монтаж. Последний имеет некоторые преимущества (ускорение монтажа, повышение точности и др.), поэтому является наиболее массовым, но требует наличия на заводе-изготовителе специального оборудования. В этом случае торец колонны в сборе с траверсами и ребрами обрабатывается на фрезерном станке. Опорная плита должна иметь строганную верхнюю поверхность (что необходимо учитывать при назначении толщины плиты на 2–3 мм больше расчетной).

71

Расчет опорной плиты. Размеры плиты в плане определяют из условия прочности бетона фундамента

72

ãäå N – расчетное усилие в колонне на уровне базы; Ap = Aloc1 – площадь опорной плиты; y – коэффициент , принимаемый при равномерном распределении напряжений под плитой равным единице; Rb,loc – расчетное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле Rb,loc = ajbRb .

Обычно площадь верхнего обреза фундамента Af незначительно превышает площадь опорной плиты Ap , а бетон применяют класса ниже В25. При этих усло-

пользоваться указаниями СНиП 2.03.01-84*. Расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность) соответствует его классу прочности на сжатие и

составляет 4,5 МПа для В 7,5; 6 – Â 10; 7,5 – Â 12,5; 8,5 – Â 15; 11,5 – В 20. Опорная плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимаю-

щая давление от стержня колонны, траверс, диафрагм и ребер. Работа и расчет такой пластинки оказываются весьма сложными, так как давление на фундамент распределяется неравномерно с пиками в местах передачи нагрузки. Для простоты расчета давление под плитой принимают равномерно распределенным. Плиту рассматривают как пластинку, нагруженную снизу давлением (отпором) фундамента и опертую на торец колонны, траверсы, ребра.

Интенсивность реактивного отпора при центральном сжатии определяют по формуле sf =N/Ap . При внецентренном сжатии явно неравномерное давление также условно заменяют равномерно распределенным с интенсивностью, равной максимальному давлению в пределах плиты или ее участка, рассчитываемого как самостоятельная пластинка (см. далее). Толщину опорной плиты (из условия проч- ности при изгибе полоски единичной ширины с моментом сопротивления 1d2/6)

ãäå M – наибольший изгибающий момент в плите или ее участке, опертом на траверсы, диафрагмы или ребра.

В базах без траверс изгибающий момент приближенно (с запасом прочности) можно найти, если мысленно разрезать плиту по диагоналям (рис.4.18à) и рассмотреть трапецеидальный участок как самостоятельную консоль. Изгибающий момент в месте заделки такой консоли, приходящейся на единицу ее ширины, будет M = sf wc/b, ãäå w – заштрихованная на рисунке площадь трапеции; c – расстояние от центра тяжести этой трапеции до кромки колонны; b – ширина консоли в месте заделки. Толщину плиты находят по формуле (4.17).

Рис.4.18. К расчету опорной плиты

73

Квадратную в плане плиту можно рассчитать точнее, используя другой приближенный прием. В этом случае опорную плиту и контур поперечного сечения колонны заменяют равновеликими им по площади кругами (рис.4.18á). В каждой точке такой круглой пластинки действуют моменты: Mr =KrN – в радиальном направлении и Mt =KtN, êÍñì, – в тангенциальном, где N – полное расчетное усилие в колонне, кН; Kr, Kt – коэффициенты, зависящие от отношения радиуса колонны к радиусу плиты β = rk/rp (òàáë.4.1).

Таблица 4.1. Коэффициенты для расчета круглых плит

σr 2 + σt 2 − σr σt + 3τ2 ≤ Ry γ c .

В базах с траверсами (рис.4.18â) плита, загруженная реактивным отпором фундамента, дополнительно опирается на траверсы. Можно выделить отдельные уча- стки плиты, которые находятся в разных условиях изгиба. Участок плиты 1 работает и рассчитывается как консоль (рис.4.18ã) с моментом M1 = σf c2/2. Участок 3 работает как пластинка, опертая по четырем сторонам. Изгибающие моменты в центре пластинки, вычисленные для полос шириной 1 см в направлении размеров à è b, будут: Ma = α1σf a2 ; Mb = α2σf a2 , ãäå à – длина короткой стороны прямоугольника; α1, α2 – коэффициенты, принимаемые по табл.4.2.

Таблица 4.2. Коэффициенты для расчета на изгиб прямоугольных пластинок

Åñëè b/a >2, то плита работает в одном направлении как балка с моментом σf a2/8, òî åñòü α1 = 0,125. Участок плиты 2 работает как пластинка, опертая по трем сторонам. Наиболее опасным местом такой плиты является середина ее свобод-

ного края (точка m íà ðèñ.4.18â). Момент в этом сечении M 3 = α3σ f d13 , ãäå α3 –

коэффициент, принимаемый по табл.4.2; d1 – длина свободного края плиты. Если a1 /d1 < 0,5, то плита проверяется как консоль.

74

шайбы с размерами 160×160 мм при толщине (20–25) мм, а для болтов диаметром 64 мм одну из сторон шайбы увеличивают до 200 мм, а толщину – äî 28 ìì.

Для передачи на фундамент горизонтальных сил, если последние не могут быть уравновешены силами трения, предусматривают упоры (рис.4.17á), заделанные в фундамент, которые при монтаже соединяют с плитой. Такие упоры устанавливают в связевых блоках, а в районах с расчетной сейсмичностью 7–9 баллов – на всех фундаментах. Размеры упоров и сварных швов определяют расчетом соответственно на совместное воздействие ветровой нагрузки на торец здания с продольным торможением крана и на сейсмические силы.

Расчет базы с траверсами. Для обеспечения жесткости базы и уменьшения толщины опорной плиты устанавливают траверсы, ребра и диафрагмы. Конструкция базы внецентренно-сжатой сплошной колонны показана на рис.4.19.

Сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы стержня колонны и траверсы на строганную поверхность опорной плиты. Напряжения под плитой (реактивный отпор фундамента) распределены неравномерно. Значение краевых напряжений может быть вычислено по формуле внецентренного сжатия.

76

Одностенчатые и раздельные траверсы, а также ребра рассчитывают как консоли (рис.4.20á). В случае крепления траверсы (ребра) к колонне угловыми швами

σ2 + 3τ2 ≤ 115,Rwy γ c , ãäå σ = 6M/t lw2 ; τ = Q/tlw .

Высоту диафрагмы определяют из условия прочности односторонних угловых швов, прикрепляющих ее к траверсе, толщину диафрагмы – расчетом на срез. Поскольку нагрузка с ребер передается на траверсы, при расчете последних необходимо учесть соответствующие сосредоточенные силы.

Анкерные плиты рассчитывают как однопролетные балки, опертые на траверсы и загруженные силами, равными несущей способности анкерных болтов. При определении момента сопротивления таких балок следует учитывать ослабление их отверстиями, диаметр которых на 5–6 мм больше анкерных болтов.

Базы решетчатых колонн проектируют, как правило, раздельного типа (рис.4.21). Каждая ветвь колонны имеет свою центрально загруженную базу, проектирование которой производится в соответствии с изложенными выше приемами. Толщину траверс назначают обычно 12–16 ìì (ðåæå 18–28 мм), толщину опорных плит – 20– 50 мм. В траверсах следует предусматривать отверстия диаметром 40 мм для строповки.

Рис.4.21. База решетчатой колонны

77

Опорные плиты баз колонн в связевых блоках, к которым крепятся вертикальные связи, приваривают к швеллерам, заделанным в фундамент. В зданиях с рас- четной сейсмичностью 7–9 баллов для передачи поперечных сил с колонн на фундаменты следует предусмотреть приварку колонн к двутаврам, заделанным в фундамент, как показано на рис.4.21. На эти же усилия должны быть проверены швы, прикрепляющие колонну к опорной плите.

4.3.6. Анкерные болты. Выбор марок сталей для фундаментных болтов следует производить по ГОСТ 24379.0-80. Конструкцию и размеры болтов принимают по ГОСТ 24379.1-80*, а гаек к ним – по ГОСТ 5915-70* (диаметром до 48 мм) и по ГОСТ 10605-72* (диаметром более 48 мм).

При шарнирном сопряжении колонн с фундаментом и в базах центральносжатых стоек анкерные болты выполняют установочную функцию, фиксируя положение базы относительно фундамента. Размеры таких болтов назначают конструктивно, принимая диаметр 20–30 мм. Отверстия или вырезы для болтов в опорной плите базы делают в 1,5 раза больше диаметра болтов. Если болты до установки в фундамент объединяют в пространственные каркасы, то точность их взаимного расположения существенно повышается, что позволяет снизить норму допуска до 6 мм. Как правило, база колонны крепится двумя анкерными болтами, установленными по геометрической оси колонны в плоскости, перпендикулярной плоскости шарнира. Глубину заделки болтов в бетоне принимают равной 15–20 диаметрам болта. Способы заделки анкерных болтов в фундаменте представлены в табл.4.3.

Таблица 4.3. Типы анкерных болтов

Диаметр анкерных болтов для внецентренно-сжатых колонн устанавливают по расчету. При этом исходят из предположения, что растягивающая сила ΣN, определяемая растянутой зоной эпюры напряжений (рис.4.19â), полностью воспринимается анкерными болтами. Значение этой силы может быть найдено из уравнения равновесия относительно центра тяжести сжатой треугольной зоны эпюры напряжений

ãäå M, N – расчетный изгибающий момент и соответствующая ему нормальная сила; a, Y – расстояния от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений под плитой соответственно до геометрической оси колонны и до оси анкерных болтов.

78

Значения M è N в формуле (4.19) необходимо принимать при самой невыгодной для анкерных болтов комбинации нагрузок, определяя постоянные нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузкам, равным 0,9. По суммарному усилию

ΣNa назначают диаметр и количество болтов (табл.4.4). На другой стороне базы обычно ставят такие же болты. С каждой стороны базы следует устанавливать не более двух болтов, так как при большем их числе усложняется монтаж колонны и не обеспечивается равномерная работа болтов. Поэтому при больших усилиях следует, в первую очередь, увеличивать диаметры болтов и вылет траверсы.

Таблица 4.4. Основные размеры анкерных болтов (сталь С235, бетон класса В-15)

Размеры анкерных болтов можно уменьшить, если произвести расчет с учетом развития пластических деформаций в сжатой зоне бетона (рис.4.19ã).  ýòîì ñëó- ÷àå ΣNa = D-N, ãäå N – отпор сжатой зоны бетона, определяемый в соответствии с требованиями СНиП 2.03.01-84.*

При конструировании базы необходимо следить за тем, чтобы можно было свободно поворачивать гайки при затяжке болтов, поэтому минимальное расстояние от оси болта до траверсы следует принимать не менее 1,5d (ãäå d – диаметр болта). Анкерные болты выносят за опорную плиту не менее чем на 20 мм для того, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать, устанавливая по оси. Если базы выполнены без обетонирования, следует предусмотреть меры, предотвращающие возможность развинчивания гаек – обварку гаек или расчеканку резьбы.

79

4.3.7. Стыки колонн делают из-за ограниченной длины прокатной стали (заводские стыки) и для деления колонны на отправочные элементы длиной не более 18 м по условиям перевозки (монтажные стыки).

Заводские стыки колонн следует осуществлять сварными с прямым стыковым швом с полным проваром. Монтажные сварные стыки выполняют по типу заводских с использованием стыковочных уголков (рис.4.22). Поясные заводские швы в месте монтажного стыка не доводят до него на 500 мм с каждой стороны и заваривают монтажными швами в последнюю очередь. Допускается применение стыков на накладках с угловыми швами. При приварке таких накладок швы следует не доводить до стыка на 30 мм с каждой стороны. Возможно также применение фланцевых соединений с передачей сжимающих усилий через плотное касание, а растягивающих – через болты. В монтажных стыках на высокопрочных болтах (рис.4.22á) сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы отправоч- ных элементов колонны, а растягивающие – через накладки с высокопрочными болтами.

2-2

Рис.4.22. Монтажные стыки колонн

à- сварной стык; á - стык на высокопрочных болтах

4.4.Типовые колонны. Типовые колонны разработаны для однопролетных и многопролетных зданий бескрановых, с подвесным транспортом и с опорными мостовыми кранами различной грузоподъемности. Колонны предназначены для зданий с типовыми стропильными фермами из прокатных уголков, широкополоч- ных тавров и двутавров. Разработаны также колонны для зданий с пространственными конструкциями покрытий из прокатных профилей и с фермами из труб прямоугольного сечения. Колонны спроектированы защемленными в фундаментах при шарнирном сопряжении с конструкциями покрытий. Высота колонн унифицирована и составляет 6–18 ì è 13,2–24 м с шагом 1,2 м.

Âсериях типовых конструкций приведены геометрические схемы колонн, сече- ния элементов по маркам, основные узлы сопряжений элементов, показатели расхода стали, а также схемы, узлы и сортаменты элементов связей.

80