86. Стыки колонн. Конструирование и расчет

Стыки колонн бывают заводскими и монтажными. Заводские стыки устраивают в случае отсутствия подходящих размеров метал­лопроката, монтажные - из-за необходимости расчленения колонны на отправочные марки по условиям транспортирования.

Заводские стыки, как правило, выполняют сварными встык с полным проваром. Если отсутствует необходимое оборудование для выполнения стыкового соединения, то устанавливают накладки (рис. 6.56, а). Расчет таких соединений проводят из условия равнолрочно-сти с основным сечением.

Монтажные стыки выполняют встык с полным проваром или на высокопрочных болтах. При соединении встык (рис.6.56, б) торцы элементов фрезеруют. Для выверки и фиксации стыкуемых элемен­тов устанавливают монтажные уголки. В монтажных соединениях на высокопрочных болтах (рис.6.56, в) сжимающие усилия передаются через фрезерованные торцы колонн, а растягивающие - через на­кладки.

87. Базы колонн. Конструирование и расчет

База является опорной частью колонны и служит для передачи усилии с колонны на фундамент. Конструктивное решение базы за­висит от типа и высоты сечения колонны, способа ее сопряжения с фундаментом, принятого метода монтажа колонн. В зависимости от типа и высоты сечения колонны применяют общие и раздельные базы (рис.6.57), которые в свою очередь могут быть без траверс, с общими или раздельными траверсами одностенчатыми либо двустенчатыми.

С помощью базы осуществляют жесткое или шарнирное сопря­жение колонны с фундаментом. При жестком сопряжении преду­сматривают соответствующую заделку в бетоне фундамента анкер­ных болтов, устанавливаемых в плоскости действия момента. При шарнирном закреплении анкерные болты размещают с двух сторон колонны по ее оси, что обусловливает некоторую податливость узла сопряжения.

Существует два способа установки колонны на фундамент: с вы­веркой колонны в процессе монтажа и безвыверочный монтаж. По­следний способ имеет ряд преимуществ, но требует наличия на заводе-изготовители оборудования для фрезерования торца колонны в сборе с траверсами и ребрами. Опорная плита должна иметь строга­ную верхнюю поверхность (что необходимо учитывать при выборе заготовки на 2...3 мм больше расчетной). Выверку плит и установку их в проектное положение выполняют с помощью установочных болтов (рис.6.58).

В базах без траверс (в том числе для колонн, При­варенных к плите на заводе) роль установочных болтов могут обес­печить анкерные болты, снабженные для этой цели дополнительны­ми шайбами и гайками (см. рис

6.62).

Выверку базы с траверсами, приваренными на заводе к опор­ной плите, производят с помощью стальных подкладок толщиной 40...60 мм, устанавливаемых под опорную плиту на верх фундамента c последующей подливкой цементным раствором. Для этой цели в опорных плитах предусматривают отверстия диаметром 100 мм из расчета одного отверстия на 0,5 м² площади плиты.

Расчет опорной плиты. В центрально-сжатых колоннах размеры плиты в плане определяют из условия прочности фундамента

процессе расчета толщины плиты. При внецентренном сжатии плиту развивают в плоскости действия момента.

Толщина опорной плиты определяется ее работой-на изгиб как пластинки, опертой на торец колонны, траверсы и ребра. Взгляни­те на рис. 6.59 и представьте себе, что колонна является опорой, а снизу на плиту действует нагрузка от отпора фундамента, равная на­пряжению под плитой Gf = N/A_p .

Можно выделить участки пластинки, опертые по одной, двум, трем и четырем сторонам (кантам), соответственно обозначенные цифрами 1, 2, 3, 4. Вырезав из консольного участка 1, опертого по одному канту, полоску единичной ширины, вы можете рассматри­вать ее как консольную балку с пролетом, с и с поперечным сечени­ем lt_p. Момент сопротивления такого сечения равен W=l(tp)²/6. Изгибающий момент в месте заделки консольной балки будет M=σ_f c²/2. Подставив эти значения в условие прочности при изгибе M/W < R_y γc, можно определить требуемую толщину плиты:

С некоторым запасом формулой (6.102) можно пользоваться для расчета пластинок, опертых на два канта, сходящихся под утлом. В этом случае под а следует понимать диагональ, прямоугольника, а размер в принимать равным расстоянию от вершины утла до диаго­нали (рис.6.59).

Понятно, что по формуле (6.100) будут получены разные значе­ния толщин плиты на различных участках. Если они не сильно от­личаются друг от друга, то наибольшую толщину принимают для всей плиты, иначе можно попытаться изменить размеры пластинок при сохранении общей площади плиты или перекрыть наиболее на­пряженные участки с помощью диафрагм и (или) ребер (рис. 6.60).

Если в опорном сечении колонны действуют нормальная сила и изгибающий момент, то реактивный отпор фундамента будет нерав­номерным (см.рис. 6.64). В этом случае на каждом участке отпор фундамента можно принимать равномерно распределенным с ин­тенсивностью, равной максимальному напряжению в пределах уча­стка, и определять изгибающие моменты, как указано выше. Иногда выполняют приближенный расчет на отпор фундамента, равный максимальному напряжению в пределах всей плиты.

Расчет траверс, диафрагм и ребер. Дляобеспечения жестко­сти базы и уменьше­ния толщины опор­ной плиты устанавли­вают траверсы, ребра и диафрагмы. На рис. 6.60 показано два ва­рианта такой базы. Расчет траверс, ребер и диафрагм произво­дят на реактивный отпор фундамента, приходящийся на их долю. При этом разделение давления по биссектрисам углов между смежными элемен­тами обычно не принимают во внимание. Грузовые площади для диафрагм и ребер выделены на рисунке. На траверсу передается ре­активный отпор фундамента с половины площади плиты.В базах с общими траверсами последние рассчитывают как однопролетные балки с консолями (см.расчетную схему на рис. 6.60). Высоту траверсы находят из условия размещения угловых швов, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны. Толщину траверсы оп­ределяют из условия ее прочности при изгибе. Одностенчатые и раздельные траверсы, а также ребра рассчиты­вают как консоли. В случае крепления траверсы (ребра) угловыми швами их прочность проверяют по равнодействующей напряжений

Проектирование баз без траверс. Конструкция базы без траверс показана на рис. 6.62. Опорная плита такой базы должна быть ком­пактной в плане и не иметь больших консольных вылетов, поэтому для фундаментов желательно применять бетон высокой прочности, например класса В35 с расчетным сопротивлением 1,95кН/см²- В зависимости от фактических напряжений под плитой решают во­прос о необходимости косвенного армирования в соответствии с нормами проектирования железобе­тонных конструк­ций. Опорные плиты обычно приваривают к стержню колонны на заводе. Высоту швов определяют расчетом и назна­чают для стенки 10...12 мм, для по­лок 12... 16 мм. Для компенсации неточности уста­новки анкерных болтов отверстия в плитах для анкерных болтов предусматривают на 20...30 мм больше диаметра бол­та, а на болты надевают шайбы, которые после натяжения болтов приваривают к плите. Для бол­тов диаметром 42...56 мм прини­мают шайбы размером 160x160 мм при толщине 20...25 мм, а при диаметре 64 мм одну из сто­рон шайбы увеличивают до 200 мм, а толщину - до 28 мм.

Для передачи на фундамент горизонтальных сил, если по­следние не могут быть уравно­вешены силами трения, преду­сматривают упоры (рис.6.62, г), заделанные в фундамент, кото­рые при монтаже соединяют с плитой с помощью стальных пластин. Такие упоры преду­сматривают в связевых блоках, а в районах с расчетной сейсмичностью 7..Э баллов - на всех фунда­ментах.

При расчете квадратных или близких к квадратным в плане плит их можно рассматривать как круглые пластинки. Площадь пластин­ки и площадь загруженного участка должны быть равновелики пло­щадям плиты и контура колонны соответственно (рис. 6.62, б), Из­гибающие моменты, кНсм₃ приходящиеся на единичные полоски в радиальном и тангенциальном направлениях, можно определить по формулам

где А - площадь трапеции, выделенная на рис. 6.62, в; с - расстояние от центра тяжести трапеции до кромки колонны.

Такой расчет рекомендуют производить, когда отношения сторон плиты отличаются от квадрата более чем в два раза.

Базы сквозных колонн. При высоте сечения сквозной колонны до 1 м применяют общие базы, конструкции которых не отличаются от рассмотренных выше баз сплошных колонн. Если высота сечения сквозной колонны составляет 1,5...2 м, то применяют раздельные базы (рис.6.63). Каждая ветвь колонны имеет свою центрально-загруженную базу, проектирование которой производят в соответст­вии с изложенными выше приемами.

Усилие, приходящееся на одну ветвь колонны и, следовательно, являющееся нагрузкой для базы, можно определить в зависимости от расчетных значений изгибающего момента М и нормальной силы Nb опорном сечении колонны по формуле N_b = N/2 + M/h (6.107)

где h - расстояние между осями ветвей колонны.

Толщину траверс обычно назначают 12... 16 мм, толщину опор­ных плит - 20...50 мм.

Особенности расчета баз при внецентрешюм сжатии. Анкерные болты. Расчет базы внецентренно сжатой сплошной колонны вы­полняют в той же последовательности, что и центрально-сжатой-Сначала определяют сопротивление бетона смятию Rb_loc c учетом соотношения площадей опорной плиты базы и поверхности фунда­мента. Затем, задавшись шириной опорной плиты Д определяют ее длину L из условия N/A+M/W= R_{b lok}:

участков. Расчет траверс, диафрагм и ребер также производят по прежним правилам проектирования баз центрально-сжатых колонн, за исключением траверс, которые после расчета анкерных болтов Дополнительно должны быть проверены на изгиб от усилий, равных несущей способности этих болтов. Требуемую площадь анкерных болтов определяют, исходя из предположения, что суммарная растягивающая сила в болтах, распо­ложенных с одной стороны базы Д равна равнодействующей эпюры напряжений в растянутой зоне (см.рис.6.64). Такую силу можно оп­ределить из условия равновесия M-Na-Zy=0, следовательно, Z=M-Na/y (6.109)

Разделив эту силу на количество анкерных болтов на одной сто­роне базы, находят площадь одного болта из условия его прочности При растяжении (табл. 6.11). На другой стороне базы обычно ставят такие же болты. С каждой стороны базы устанавливают не более Двух болтов, так как при большем их числе усложняется монтаж колонны и не обеспечивается равномерная работа.

Значения M и N формуле (6.109) следует принимать при самой невыгодной для анкерных болтов комбинации нагрузок, определяя постоянные нагрузки с коэффициентом надежности по нагрузкам, Равным 0,9.