4.1. Бази колон

Бази колон призначені забезпечити: розподіл зосередженого поздовжнього зусилля, що діє в стрижні колони, на фундамент; передбачене розрахунковою схемою сполучення колони з фундаментом (шарнірне або жорстке); простоту і зручність монтажу. В центрально-стиснутих колонах, у стрижнях яких діє тільки поздовжня сила, застосовують, як правило, шарнірні бази. Вільність повороту в таких випадках досягається відносно малою жорсткістю головного елемента бази – опорної плити (рис 4.1 а).

На конструктивне рішення бази значною мірою впливає обраний метод монтажу. Якщо всі елементи колони, включаючи опорну плиту, виконують на заводі, то під час монтажу для вивіряння положення відносно координаційних осей споруди, колону встановлюють на сталеві підкладки товщиною 40 – 60 мм (між низом плити і верхом фундаменту) з подальшою підливкою цементним розчином.

Проте для прискорення виконання робіт і підвищення точності монтажу широко застосовується інший спосіб – так званий безвивірковий монтаж, при якому вивіряється положення на фундаменті тільки опорної плити. Плита має стругану верхню поверхню та на ній рисками позначене місце розташування стрижня колони, нижній торець якої для щільного примикання до плити фрезерований на заводі. Зварні шви, які з’єднують колону з плитою, необхідні тільки для протидії випадковим зсувам, але вони стають розрахунковими у разі відсутності на заводі обладнання для фрезерування торців колон.

Опорна плита закріплюється на фундаменті за допомогою фундаментних болтів, розташованих, як правило, перпендикулярно до площини найбільшої жорсткості перерізу колони. Болти не сприймають розрахункових зусиль і служать тільки для фіксації положення колони. Тому фундаментних болтів, як правило, два, а їхні діаметри призначають конструктивно такими, що дорівнюють 20…30 мм.

Для спрощення монтажу діаметри отворів у плиті приймають в 1,5 разу більшими від діаметрів болтів. Отвори розміщують у середині плити або на її краю (дет. А і Б, рис. 4.1, а), а після монтажу перекривають шайбами з листової сталі завтовшки 16…20 мм (приблизно 0,5…0,6 від товщини опорної плити), які приварюють до плити.

Конструктивно найпростішими є бази, які складаються тільки з плити. У таких базах поздовжнє зусилля передається через фрезерований торець колони на стругану поверхню плити і з її допомогою розподіляється на поверхні фундаменту, викликаючи зворотний опорний тиск (відсіч).

Поперечні сили, які мають випадковий характер або виникають, наприклад, у рамі, до складу якої входить шарнірно обперта колона, чи у випадку примикання до колон вертикальних в’язей сприймаються силами тертя на контакті сталевої плити з бетоном. Коефіцієнт тертя дорівнює приблизно 0,3, а це означає, що при ( – умовна поперечна сила за формулою (3.24) або горизонтальна складова зусилля у в’язях; – поздовжня сила в стрижні колони) під плитою слід розмістити спеціальний упор, наприклад, з відрізка двотавра або кутика (рис. 4.1, б). На ці ж поперечні сили розраховують і зварні шви кріплення колони до плити.

Розміри опорної плити в плані визначають з умови неперевищення опорним тиском розрахункового опору бетону фундаменту місцевому стиску (продавлюванню):

_,

де – міцність бетону при осьовому стиску (призмова міцність);– коефіцієнт, який враховує підвищення міцності бетону при місцевому стиску залежно від відношення площ верхньої поверхні фундаментуі опорної плити, і приймається не більшим за 1,5. Якщо базу розраховують до проектування фундаменту і площа його верхньої поверхні невідома, попередньо призначають1,2.

Для фундаментів найчастіше використовують бетон класів міцності В10 (6,0 МПа), В12,5 (7,5 МПа), В15 (8,5 МПа) та В20 (11.5МПа). При значних зусилляхз метою зменшення площі плити доцільно збільшитишляхом армування верхньої частини фундаментів арматурними сітками.

Рівномірний розподіл опорного тиску спостерігається тільки в консольних ділянках, защемлених елементами перерізу колонами. Ширина цих ділянок дорівнює (рис. 4.2):

, (4.1)

де , приі– габаритні розміри перерізу колони.

Якщо розміри опорної плити ВхL не перевищують , то можна вважати, що опорний тиск рівномірно розподілений під усією площею плити. Така передумова приймається в абсолютній більшості випадків, що зустрічаються в практиці проектування. На підставі цієї передумови необхідна площа плити становить:

. (4.2)

У центрально-стиснутих колонах з базою, що складається тільки з плити, останню зазвичай проектують квадратною зі сторонами або близькими до таких.

Опорна плита під дією опорного тиску фундаменту працює на згин як пластина, защемлена по контуру колони (рис. 4.2, б). У разі необхідності виконується підсилення торця (рис. 4.3).

Для рівномірного розподілення напруження під усією плитою застосовується конструктивне рішення з траверсами, ребрами та діафрагмами, що розділяють плиту на окремі ділянки, які розрізняються за умовами обпирання на елементи бази та значно меншими розрахунковими прольотами.

Траверси – це листові елементи, які прикріплюються безпосередньо до стрижня колони і до плити. Їхнє призначення полягає у збільшенні контуру стрижня, що сприяє рівномірному розподілу напружень під плитою, і створенні додаткових опор для плити, що працює на згин.

Розміщують траверси так, щоб не дублювати роль елементів перерізу, – між полицями суцільного перерізу колони (рис. 4.4, а, б). У разі необхідності постановки підкріплюючих плиту елементів в іншому напрямку слід використовувати консольні ребра (рис. 4.4, в). При великих розмірах ділянок плити, що утворилися траверсами чи ребрами, використовують додаткові діафрагми. Потрібну площу опорної плити при зміненому конструктивному рішенні бази також визначають за (4.2).

Один з розмірів плити, наприклад призначають з конструктивних міркувань (рис. 4.4):

,

де – товщина траверси (або консольних ребер), яку приймають попередньо 8…14 мм,– ширина звису плити.

Розмір приймають не більшим за 100…120 мм, мінімальне значеннямм диктується умовами розміщення зварних швів, що прикріплюють траверсу до плити, а максимальне – несучою здатністю консольної ділянки плити при умові, що її товщина не перевищуватиме 40 мм (саме при товщині понад 40 мм спостерігається зменшення значення). Знаючи, знаходять інший розмір плитиі остаточно призначають розміри, враховуючи вимоги сортаменту, конструктивні міркування щодо розміщення фундаментних болтів і, нарешті, умову забезпечення міцності фундаменту.

Товщину опорної плити бази визначають з умови її роботи на згин. При цьому плита розглядається як складена з окремих незалежних ділянок (пластинок), які мають різний характер обпирання на краях (рис.4.4, д): консольні (1), обперті на дві (2), три (3) і чотири (4) сторони (рис. 4.4, г). Максимальний згинальний момент у кожній ділянці, навантаженій опорним тиском фундаменту , визначають за формулою

(4.3)

де – розрахунковий проліт відповідної ділянки;– коефіцієнт, який приймають залежно від співвідношення сторін ділянки і характеру її обпирання на елементи бази. Для консольної ділянкиДілянки, що обпираються на дві, три або чотири сторони, розглядаються як шарнірно обперті і для їх розрахунку використовуються табл. 4.1 та 4.2, складені В.Г.Гальоркіним.

Для ділянки, обпертої на дві сторони, розмір дорівнює довжині перпендикуляра, проведеного з точки перетину двох закріплених сторін на діагональ довжиною, яка з’єднує протилежні кінці цих сторін. Коефіцієнтвизначають за табл.4.1 залежно від відношення.

Таблиця 4.1