Главная » Книжные издания

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 51

где N - расчетное усилие в колонне на уровне базы; p=/oci ~ площадь опорной плиты; \/ - коэффициент , принимаемый при равномерном распределении напряжений под плитой равным единице; Rbjoc - расчетное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле Rj,igf. = a(s;>j,Rj,.

Обычно площадь верхнего обреза фундамента Af незначительно превышает площадь опорной плиты Ар, а бетон применяют класса ниже В25. При этих условиях можно принимать а= 1, ф^, = [aTctJAoci = flp иных случаях следует пользоваться указаниями СПиП 2.03.01-84*. Расчетное сопротивление бетона сжатию (призменная прочность) i?j соответствует его классу прочности на сжатие и

составляет 4,5 МПа для В 7,5; 6 - В 10; 7,5 - В 12,5; 8,5 - В 15; 11,5 - В 20.

Опорная плита работает как пластинка на упругом основании, воспринимающая 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 (5f=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 прочности при изгибе полоски единичной ширины с моментом сопротивления 156) вычисляют по формуле

8>6M/R, (4.17)

где М - 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.4.18 а) и рассмотреть трапецеидальный участок как самостоятельную консоль. Изгибающий момент в месте заделки такой консоли, приходящейся на единицу ее ширины, будет M=<5fWc/b, где w - заштрихованная на рисунке площадь трапеции; с - расстояние от центра тяжести этой трапеции до кромки колонны; Ь - ширина консоли в месте заделки. Толщину плиты наход5гг по формуле (4.17).


В

д) i-

Ч ! 5

Рис.4.18. К расчету опорной плиты



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.4.18 б). В каждой точке такой круглой пластинки действуют моменты: Mr=KrN - в радиальном направлении и Mt=KtN, кНсм, - в тангенпиальном, где N - полное расчетное усилие в колонне, кН; К^, Kf - коэффипиенты, зависящие от отношения радиуса колонны к радиусу плиты = г^1Гр (табл.4.1).

Таблица 4.1. Коэффициенты для расчета круглых плит

р

0, 3

0, 4

0, 5

0, 6

0, 0815

0, 0517

0, 0331

0, 0200

0, 1020

0, 0752

0, 0541

0, 0377

По вычисленным моментам определяют напряжения 0 = 6 5, (5t = eMt/??, x=N/nd5 и проверяют прочность плиты по приведенным напряжениям

О^ + - СгС( + Зт < RyJc

В базах с траверсами (рис.4.18 в) плита, загруженная реактивным отпором фундамента, дополнительно опирается на траверсы. Можно выделить отдельные участки плиты, которые находятся в разных условиях изгиба. Участок плиты 7 работает и рассчитывается как консоль (рис.4.18г) с моментом Mi=afC/2. Участок 3 работает как пластинка, опертая по четырем сторонам. Изгибающие моменты в центре пластинки, вычисленные для полос шириной 1 см в направлении размеров а к Ь, будут: = а^Оуй^; Mi, = ajOfO, где а - длина короткой стороны прямоугольника; aj, - коэффициенты, принимаемые по табл.4.2.

Таблица 4.2. Коэффициенты для расчета на изгиб прямоугольных пластинок

Плиты, опертые по четырем сторонам

Отношение сторон Ь/а

0,048 0,048

0,055 0,049

0,063 0,05

0,069 0,05

0,075 0,05

0,081 0,05

Плиты, опертые по трем сторонам

Отношение сторон ai /di

0,06

0,074

0,088

0,097

0,107

0,112

Плиты, опертые по четырем сторонам

Отношение сторон Ь/а

более 2

0,086 0,049

0,091 0,048

0,094 0,048

0,098 0,047

0,1 0,046

0,125 0,037

Плиты, опертые по трем сторонам

Отношение сторон ai /di

более 2

0,12

0,126

0,132

0,133

Если Ь/а>2, то плита работает в одном направлении как балка с моментом OfO/S, то есть aj =0,125. Участок плиты 2 работает как пластинка, опертая по трем сторонам. Наиболее опасным местом такой плиты является середина ее свободного края (точка т на рис.4.18 в). Момент в этом сечении М^ =a(5fdl, где аз -

коэффициент, принимаемый по табл.4.2; rfj - длина свободного края плиты. Если ai/rfi<0,5, то плита проверяется как консоль.



Толщина плиты определяется по формуле (4.17). Рекомендуется вычислять требуемую толщину плиты на всех участках, чтобы иметь наглядную картину для анализа. Если толщины отличаются незначительно, то наибольшая из них принимается за основу. В противном случае можно изменить размеры В к L при сохранении прежней площади плиты, либо перекрыть наиболее напряженные участки с помощью дополнительных диафрагм или ребер. Так, например, на рис.4.18Й постановка диафрагмы на участке 2 разбивает его на две части меньших размеров: на участок 4, опертый по четырем сторонам, и на участок 5, опертый по трем сторонам.

Если в опорном сечении колонны действуют нормальная сила и изгибающий момент, то реактивный отпор фундамента будет неравномерным (рис.4.19). 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 вьш1е.

Проектирование баз без траверс. Базы без траверс (рис.4.17) применяют в бескрановых зданиях, в зданиях с подвесным транспортом и с мостовыми кранами общего назначения грузоподъемностью до 20 т.

Опорная плита должна бьггь компактной в плане и не иметь больших консольных вылетов, поэтому для фундаментов желательно примешггь бетоны высокой прочности, например класса В 35 с расчетным сопротивлением 19,5 МПа. В зависимости от фактических напряжений под плитой решается вопрос о необходимости косвенного армирования в соответствии со СПиП 2.03.01-84*. Толщина плиты, определенная расчетом на реактивный отпор бетона, должна быть проверена расчетом на изгиб от усилий в анкерных болтах, принимаемых равными их несущей способности. В зданиях с мостовыми кранами толщина плиты получается порядка (50-80) мм, поэтому необходимо предусматривать проверку ультразвуком наличие расслоя в зоне приварки к плите стержня колонны.

Опорные плиты обычно приваривают к

ш WrO.sb

Т-Г M.N

При Off > Off При Off < Off


0,5L

0,5L

сжатой / зоны бетона

Рис.4.19. База внецентренно сжатой колонны а - конструкция базы; б - энюра напряжений в бетоне при расчете опорной плиты; в - то же при расчете анкерных болтов при упругой работе бетона; г - то же с учетом развития в бетоне пластических деформаций; 1 - плоскость плиты строгать, торцы колонны и траверс фрезеровать; 2 - анкерная плита

стержню колонны на заводе. Высота швов определяется расчетом и составляет для стенки 10-12 мм, для полок - 12-16мм.

Отверстия в плитах для анкерных болтов назначают на 20-30 мм больше диаметра болта. Па болты надевают шайбы и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к плите. Для болтов диаметром 42, 48 и 56 мм обычно принимают



шайбы с размерами 160x160 мм при толщине (20-25) мм, а для болтов диаметром 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.4.17б), 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 тореп 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. Конструк-пия базы внепентренно-сжатой сплошной колонны показана на рис.4.19.

Сжимающие усилия передаются через фрезерованные торпы 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 внепентренного сжатия.

N , вМ

(4.15

Если второй член этой формулы окажется больше первого, то под плитой возникнут растягивающие напряжения, которые должны восприниматься анкерными болтами.

Размеры плиты в плане могут быть определены по формуле (4.18) из условия прочности бетона фундамента. Нри этом ширину плиты принимают на 100 - 200 мм шире колонны и уточняют при необходимости после вычислений требуемых толщин плиты на всех участках.

Расчет траверс, ребер и диафрагм производят на реактивный отпор фундамента, приходящийся на их долю. Нри этом разделение давления по биссектрисам углов между смежными элементами обычно не принимают во внимание. Грузовые площади для траверс и ребер показаны на рис.4.20, грузовая площадь для расчета диафрагм (рис.4.18 й) включает в себя участок 5 и половину участка 4. В запас прочности реактивный отпор фун-

Грузовш площадь для ребер

Грузовая площадь для траверсы

7 Т

1-1 -Л-

,лТТТТТП>.

Рис.4.20. К расчету траверс и ребер базы колонны а - расчетная схема траверсы; б - расчетная схема ребер

дамента принимают равномерно распределенным с интенсивностью, равной максимальному сжимающему краевому напряжению, определенному по формуле (4.18).

В базах с общими траверсами последние рассчитывают как однопролетные балки с консолями (рис.4.20 а). Прочность угловых швов, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны, проверяют на опорную реакцию, определяя тем самым высоту траверсы. Толщину траверсы находят из условий прочности при изгибе [6], причем опорную плиту в расчетное сечение не включают.



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

их прочность проверяют по равнодействующей напряжений xlf + Xq < R fj fjc,

где Xjf=6M/PfKfl - напряжение от момента; Xq = Q/fKfl - напряжение от поперечной силы.

Прочность стыковых швов проверяют по приведенным напряжениям

+ 3x2 < 1Д5Р где a=6M/tll; х= Q/tl.

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 мм (реже 18-28 мм), толщину опорных плит - 20-50 мм. В траверсах следует предусматривать отверстия диаметром 40 мм для строповки.

/ /7 /

по проекту

I . .. .\>

траверса

О

риска


опорная плита


Рис.4.21. База решетчатой колонны



Опорные плиты баз колонн в связевых блоках, к которым крепятся вертикальные связи, приваривают к швеллерам, заделанным в фундамент. В зданиях с расчетной 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. Конструкпию 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).

Нри шарнирном сопряжении колонн с фундаментом и в базах пентрально-сжатых 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

Заделка анкера через сцепление

Заделка анкера с помощью щайб

Тип II

Тип III

Тип IV

rf=20...36 мм

rf=42...90 мм

rf=30...90 мм

rf=42...80 мм

Ф

Ф

Ф

±2

Ъ=16-20

и

. с

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

(4.19)

где М, N - расчетный изгибающий момент и соответствующая ему нормальная сила; а, Y - расстояния от центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений под плитой соответственно до геометрической оси колонны и до оси анкерных болтов.



Значения М ж 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 ЕЖд назначают диаметр и количество болтов (табл.4.4). Па 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)

ID О.

S CI

О ffl

а

-сГ 5

а

о К

со о

&

к м

Типы анкерных болтов (по табл.4.3)

м

о

о о

э

W S

йн

й . Е

Д

1 ё

к Рн

Й

к

л

о

к

Й

э

к

л

к

Опорная плита

S X

Он 5S

g о

й н го о

S р

сЗ К S

а

г

в

н

2,49

34,8

3,08

43,1

3,59

50,3

1000

4,67

65,4

1050

78,4

1300

1500

2x27

11,3

1700

2x30

14,8

2000

1000

2x36

1100

20,5

2300

1100

2x36

1100

26,9

2600

1300

3x36

1100

34,7

2800

1400

4x36

1100

43,5

3200

1600

3800

2000

70,2

Размеры анкерных болтов можно уменьшить, если произвести расчет с учетом развития пластических деформаций в сжатой зоне бетона (рис.4.19 г). В этом случае ЕЖд=1)-Ж, где N - отпор сжатой зоны бетона, определяемый в соответствии с требованиями СПиП 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 1,5 (где 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.



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 фланпевых соединений с передачей сжимающих усилий через плотное касание, а растягивающих - через болты. В монтажных стыках на высокопрочных болтах (рис.4.22 б) сжимающие усилия передаются через фрезерованные торпы отправочных элементов колонны, а растягивающие - через накладки с высокопрочными болтами.


Стыковочные уголки 100 хЮО х12

ш

Рис.4.22. Монтажные стыки колонн а - сварной стык; б - 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, широкополочных тавров и двутавров. Разработаны также колонны для зданий с пространственными конструкпиями покрытий из прокатных профилей и с фермами из труб прямоугольного сечения. Колонны спроектированы защемленными в фундаментах при шарнирном сопряжении с конструкпиями покрытий. Высота колонн унифи-пирована и составляет 6- 18 м и 13,2-24 м с шагом 1,2 м.

В сериях типовых конструкпии приведены геометрические схемы колонн, сечения элементов по маркам, основные узлы сопряжений элементов, показатели расхода стали, а также схемы, узлы и сортаменты элементов связей.



Для выбора марки колонны по типовой серии достаточно назначить размеры поперечной рамы и произвести ее статический расчет. По полученным усилиям подбирают колонну или раздельно ее верхнюю и нижнюю части (для ступенчатых колонн). В альбомах приведены конструкции узлов и деталей колоппы с указанием размеров, которые легко определяются по таблицам в зависимости от принятой марки колоппы. Серии типовых конструкций стальных колопп промыпшеппых зданий распространяются Центром проектной продукции массового примепепия (ГП ЦПП).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Металлические конструкции. -М.: Стройиздат, 1985.

Соболев Ю.В. Прямой метод расчета стальных сжато-изгибаемых элементов. - Строительная механика и расчет сооружений. - 1988. - № 6. СНиП 2.01.07-85*. Нагрузки и воздействия. -М., 1996.

Корноухов Н.В. Избранные труды но строительной механике. - К.: Изд. АН УССР, 1963.

Раевский А.Н. Основы расчета сооружений на устойчивость. - М.: Высшая школа, 1962. СНиП 11-23-81*. Нормы проектирования. Стальные конструкции. - М., 1995. Горев В.В. Проектирование и расчет сжатых сквозных элементов металлических конструкций. - Липецк - Воронеж: Изд. ВПИ, 1983.

Муханов К.К. Металлические конструкции. - М.: Стройиздат, 1978.

Кутухтин Е.Г. и др. Легкие конструкции одноэтажных производственных зданий: Справочник проектировщика. - М.: Стройиздат, 1988.

Горев В.В., Б.Ю. Уваров, В. В. Филиппов и др. Металлические конструкции. Элементы стальных конструкций. I том. - М.: Высшая школа, 1997.



ГЛАВА 5

КОЛОННЫ МНОГОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

5.1. Конструирование стержня колонны

Различные возможные сечения колонн многоэтажных производственных зданий и этажерок приведены на рис.5Л. В рамно-связевых каркасах рапионально двутавровое сечение колонн (рис.5Л б), расположенное своей стенкой в плоскости рамы. Коробчатые сечения колонн (рис.5.1 в,г,используются наряду с двутавровыми сечениями в рамных каркасах при работе колонн на изгиб в двух направлениях. Целесообразно также использование горячекатаных широкополочных двутавров. В связевых каркасах наряду с использованием колонн двутаврового сечения применяют колонны из двух прокатных уголков замкнутого или крестового сечения (рис.5.1е,з), а также замкнутого сечения из прокатных уголков типа капуста (рис.5.1 ж).

Рис.5.1. Сечения колонн многоэтажных производственных зданий и промышленных этажерок

В сварных двутавровых колоннах рекомендуются односторонние поясные швы за исключением зон рамных узлов и мест приложения сосредоточенных нагрузок. В составных сварных сечениях колонн минимальные размеры сварных швов принимают в соответствии с рекомендапиями табл.38* СНиП П-23-81*, а также гл.З первого тома настоящего справочника. В зонах рамных узлов крепления ригелей, а также в местах крепления распорок и раскосов связей швы рассчитывают на соответствующие усилия, действующие в узлах.

При определении длины отправочных элементов колонн принимают во внимание особенности транспортировки и монтажа конструкпии конкретного объекта строительства. Общие рекомендапии изложены в гл.7 и 8 тома 1 настоящего справочника. Обычно длину отправочных элементов принимают равной высоте двух ярусов каркаса. Монтажные стыки колонн следует выполнять через фрезерованные торпы. Возможные растягивающие усилия в колонне воспринимаются болтами или сварными швами (рис.5.2). Стыки колонн рекомендуется располагать несколько выше узлов крепления ригелей к колоннам.

Монтажные уголки



Рис.5.2. Стыки колонн



1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 51