Файл: Федеральное агентство по образованию иркутский государственный технический университет.doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.12.2023
Просмотров: 819
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
СОДЕРЖАНИЕ
торцевой поверхности (при наличии пригонки)
Расчетные сопротивления срезу и растяжению болтов
Основные размеры элементов подкрановых балок
Расчетные сопротивления растяжению фундаментных болтовRba
Рис. 9.1 К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой балке:
г – схема загружения балки одним краном для определения прогиба
N и M, вызывающих максимальное растягивающее усилие в анкерных болтах; постоянные нагрузки при этом определяются с коэффициентом надежности по нагрузке равным γf= 0,9, так как они разгружают анкерные болты, прижимая опорную плиту базы колонны к фундаменту. Диаметры анкеров рекомендуется принимать до 76 мм, так как более толстые болты сложны в изготовлении.
Анкерные болты выносятся за опорную плиту, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать во все стороны (примерно на 20 мм), устанавливая по оси. Они работают на выдергивание и закрепляются в фундаменте за счет сцепления их с бетоном (чем определяется глубина заделки болта) или с помощью опорных шайб, воспринимающих давление бетона по площади шайбы.
Анкерная пластина принимается толщиной 20 – 40 мм и шириной, равной не менее четырем диаметрам отверстий под болты.
Для сплошных и легких сквозных колонн при ее ширине до 1 м применяют общие базы, если ширина сквозной колонны более 1 м устраивают базы раздельными под каждую ветвь колонны, рассчитывают такие базы аналогично базам центрально-сжатых колонн.
При сравнительно небольших расчетных усилиях в ветвях колонны (до 4000 – 5000 кН) применяются базы с траверсами, передающими усилие от стержня колонны через сварные швы на плиту, опирающуюся непосредственно на фундамент. Для более равномерной передачи давления жесткость плиты при необходимости может быть увеличена постановкой дополнительных ребер и диафрагм.
Пример 8.3. Рассчитать и законструировать базу внецентренно-сжатой сквозной колонны при жестком сопряжении ее с фундаментом (рис. 8.7).
Рис. 8.7. База внецентренно-сжатой сквозной колонны
Размеры сечения колонны и наибольшие сжимающие усилия в ветвях колонны на уровне обреза фундамента приняты по данным прередущего примера: для подкрановой ветви Nв1 = – 2245,6 кН; для наружной – Nв2 = – 2818 кН. Комбинация усилий, вызывающая растягивающее усилие в анкерных болтах: подкрановой ветвиN′в1 = – 1081,3 кН и M′в1 = + 2295,1 кН·м; наружной ветви N′в2 = – 189,4 кН и M′в
2 = – 637 кН·м.
Материал фундамента – бетон класса В12,5. Материал конструкций –
сталь класса С255 с расчетным сопротивлением Ry= 24 кН/см2 при толщине листов t до 20 мм и Ry= 23 кН/см2 при толщине 20 < t≤ 40 мм.
Сварка механизированная с использованием проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*: Rwf = 21,5 кН/см2; Rwz = 16,65 кН/см2; βf = 0,9; βz = 1,05; γс= 1,0; γwf=γwz = 1,0.
8.5.2. Определение размеров опорной плиты в плане
Давление под плитой принимается равномерно распределенным. Размеры плиты в плане определяются из условия прочности материала фундамента.
Рассчитываем базу под наиболее нагруженную наружную ветвь колонны.
Требуемая площадь опорной плиты
Апл = BL = Nв2/(ψRb,loc) = 2818 / (1 · 0,9) = 3131 см2,
где – коэффициент, зависящий от характера распределения напряжений под плитой (при равномерном распределении напряжений = 1);
Rb,loc – расчетное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле
где = 1 – для бетона класса ниже B25;
Rb = 7,5 МПа – расчетное сопротивление бетона (см. табл. 4.3);
b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона сжатию в стесненных условиях под опорной плитой и определяемый по формуле
здесь Aф – площадь верхнего обреза фундамента, незначительно превышающая площадь опорной плиты Aпл; b принимается не больше 2,5 для бетонов классов выше B7,5 и не больше 1,5 для бетонов классов B7,5 и ниже.
Предварительно задаемся b= 1,2.
Размеры плиты (ширина B и длина L) назначаются по требуемой площади Aпл, увязываются с контуром колонны (свесы опорной плиты должны быть не менее 40 мм) и согласуются с сортаментом.
Назначаем ширину плиты конструктивно:
где b2= 300 мм – высота сечения стержня колонны;
tтр= 12 мм – толщина траверсы (принимается в пределах 10…20 мм);
с = 50 мм – вылет консольной части плиты (предварительно принимается равным 40 – 120 мм и уточняется в процессе расчета толщины плиты).
Принимаем B = 450 мм.
Требуемая длина плиты
Принимаем плиту стандартных размеров 700×450 мм с площадью
Aпл = 3150 см2. Размеры верхнего обреза фундамента устанавливаем на 20 см больше размеров опорной плиты.
Площадь
Коэффициент
Перерасчет расчетного сопротивления бетона смятию не требуется.
8.5.3. Определение толщины опорной плиты
Толщина опорной плиты назначается из условия ее прочности на изгиб как пластинки, опертой на торцы колонны, траверс и ребер, от отпора фундамента, равного среднему напряжению под плитой:
Толщину плиты не рекомендуется назначать больше 40 мм. Для рас-чета плиты выделяются участки пластинки, опертые по четырем, трем и одной (консольные) сторонам, соответственно обозначенные цифрами 1, 2, 3 на рис. 8.8.
Рис. 8.8. К расчету базы колонны
На каждом участке определяются максимальные изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, от расчетной равномерно распределенной нагрузки
Момент на участке 1, опертом по четырем сторонам:
где 1– коэффициент, учитывающий уменьшение пролетного момента за счет опирания плиты по четырем сторонам, определяется в зависимости от отношение большей стороны участки b к меньшей a (см. табл. 4.4).
Значения b и a определяются по размерам в свету:
b = bк= 470 мм; а = (b2 – tw)/2 = (300 – 11) / 2 = 144,5 мм;
b/а = 47 / 14,45 = 3,25 > 2.
При b/а > 2 плита работает как балка на двух опорах пролетом
а, изгибающий момент определится по формуле
M1 = qa2/8 = 0,89 · 14,452 / 8 = 23,23 кН·см.
На участке 2, опертом по трем сторонам:
где – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения закрепленной стороны пластинки b1 к свободной а1 (см. табл. 4.5)
Отношение сторон b1/a1= 10 / 30 = 0,33; при отношении сторон b1/a1< 0,5 плита рассчитывается как консоль длиной b1. Изгибающий момент
Момент на консольном участке 3
При значительном отличии моментов по величине на различных участках плиты необходимо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выровнять значения моментов. Это осуществляется постановкой диафрагм и ребер.
По наибольшему Mmax из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов определяем требуемый момент сопротивления плиты шириной 1 см:
откуда
Принимаем лист по ГОСТ 82-70* толщиной 36 мм.
8.5.4. Расчет траверсы
Высота траверсы hтр определяется из условия размещения вертикальных швов крепления траверсы к стержню колонны. В запас прочности предполагается, что все усилие в ветви передается на траверсы через четыре угловых шва (сварные швы, соединяющие стержень колонны непосредственно с плитой базы, не учитываются).
Сравниваем:
следовательно, сварные швы рассчитываем по металлу границы сплавления.
Катетом шва задаемся в пределах 8 – 16 мм, но не более 1,2tmin.
Принимаем kf = 10 мм. Определяем длину одного шва, выполненного механизированной сваркой в среде углекислого газа, по наибольшему усилию в наружной ветви колонны Nв2:
Принимаем высоту траверсы с учетом добавления 1 см на дефекты в начале и конце сварного шва
hтр = 420 мм. Проверяем прочность траверсы как однопролетной двухконсольной балки, опирающейся на ветви (полки) колонны и воспринимающей отпорное давление от фундамента (рис. 8.9, а), и как консольной балки, воспринимающей усилие отрыва ветви (усилие в анкерах) Fa(рис. 8.9, б).
а) б)
Рис. 8.9. Расчетные сжемы траверсы:
а – от отпора фундамента ; б – от усилия в анкерных болтах
Равномерно распределенная нагрузка на одну траверсу
Определяем усилия:
– на опоре
– в пролете
– растягивающее усилие в анкерных болтах в базе подкрановой ветви колонны
Fa1 = N′в1y2/ho +M′в1/ho = –1081,3 · 0,455 / 1,1 + 2295,1 / 1,1 = 1639,2 кН;
– растягивающее усилие в анкерных болтах в базе наружной ветви колонны
Fa2 = N′в2 y1/ho +M′в2/ho = –189,4 · 0,645 / 1,1 + 637 / 1,1 = 468 кН;
– изгибающий момент в одной консольной части траверсы от максимального усилия в анкерных болтах
Mк1 = Fa1bо/4 = 1639,2 · 15 / 4 = 6147 кН·см,
где bо = z – bк/2 = 400 – 500 / 2 = 150 мм;
z = L/2 + 50 = 700 / 2 + 50 = 400 мм;
– поперечная сила
Qk1 = Fa1/4 = 1639,2 / 4 = 409,8 кН.
Момент сопротивления траверсы
Проверяем прочность траверсы:
Анкерные болты выносятся за опорную плиту, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать во все стороны (примерно на 20 мм), устанавливая по оси. Они работают на выдергивание и закрепляются в фундаменте за счет сцепления их с бетоном (чем определяется глубина заделки болта) или с помощью опорных шайб, воспринимающих давление бетона по площади шайбы.
Анкерная пластина принимается толщиной 20 – 40 мм и шириной, равной не менее четырем диаметрам отверстий под болты.
Для сплошных и легких сквозных колонн при ее ширине до 1 м применяют общие базы, если ширина сквозной колонны более 1 м устраивают базы раздельными под каждую ветвь колонны, рассчитывают такие базы аналогично базам центрально-сжатых колонн.
При сравнительно небольших расчетных усилиях в ветвях колонны (до 4000 – 5000 кН) применяются базы с траверсами, передающими усилие от стержня колонны через сварные швы на плиту, опирающуюся непосредственно на фундамент. Для более равномерной передачи давления жесткость плиты при необходимости может быть увеличена постановкой дополнительных ребер и диафрагм.
Пример 8.3. Рассчитать и законструировать базу внецентренно-сжатой сквозной колонны при жестком сопряжении ее с фундаментом (рис. 8.7).
Рис. 8.7. База внецентренно-сжатой сквозной колонныРазмеры сечения колонны и наибольшие сжимающие усилия в ветвях колонны на уровне обреза фундамента приняты по данным прередущего примера: для подкрановой ветви Nв1 = – 2245,6 кН; для наружной – Nв2 = – 2818 кН. Комбинация усилий, вызывающая растягивающее усилие в анкерных болтах: подкрановой ветвиN′в1 = – 1081,3 кН и M′в1 = + 2295,1 кН·м; наружной ветви N′в2 = – 189,4 кН и M′в
2 = – 637 кН·м.
Материал фундамента – бетон класса В12,5. Материал конструкций –
сталь класса С255 с расчетным сопротивлением Ry= 24 кН/см2 при толщине листов t до 20 мм и Ry= 23 кН/см2 при толщине 20 < t≤ 40 мм.
Сварка механизированная с использованием проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*: Rwf = 21,5 кН/см2; Rwz = 16,65 кН/см2; βf = 0,9; βz = 1,05; γс= 1,0; γwf=γwz = 1,0.
8.5.2. Определение размеров опорной плиты в плане
Давление под плитой принимается равномерно распределенным. Размеры плиты в плане определяются из условия прочности материала фундамента.
Рассчитываем базу под наиболее нагруженную наружную ветвь колонны.
Требуемая площадь опорной плиты
Апл = BL = Nв2/(ψRb,loc) = 2818 / (1 · 0,9) = 3131 см2,
где – коэффициент, зависящий от характера распределения напряжений под плитой (при равномерном распределении напряжений = 1);
Rb,loc – расчетное сопротивление бетона смятию, определяемое по формуле
где = 1 – для бетона класса ниже B25;
Rb = 7,5 МПа – расчетное сопротивление бетона (см. табл. 4.3);
b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона сжатию в стесненных условиях под опорной плитой и определяемый по формуле
здесь Aф – площадь верхнего обреза фундамента, незначительно превышающая площадь опорной плиты Aпл; b принимается не больше 2,5 для бетонов классов выше B7,5 и не больше 1,5 для бетонов классов B7,5 и ниже.
Предварительно задаемся b= 1,2.
Размеры плиты (ширина B и длина L) назначаются по требуемой площади Aпл, увязываются с контуром колонны (свесы опорной плиты должны быть не менее 40 мм) и согласуются с сортаментом.
Назначаем ширину плиты конструктивно:
где b2= 300 мм – высота сечения стержня колонны;
tтр= 12 мм – толщина траверсы (принимается в пределах 10…20 мм);
с = 50 мм – вылет консольной части плиты (предварительно принимается равным 40 – 120 мм и уточняется в процессе расчета толщины плиты).
Принимаем B = 450 мм.
Требуемая длина плиты
Принимаем плиту стандартных размеров 700×450 мм с площадью
Aпл = 3150 см2. Размеры верхнего обреза фундамента устанавливаем на 20 см больше размеров опорной плиты.
Площадь
Коэффициент
Перерасчет расчетного сопротивления бетона смятию не требуется.
8.5.3. Определение толщины опорной плиты
Толщина опорной плиты назначается из условия ее прочности на изгиб как пластинки, опертой на торцы колонны, траверс и ребер, от отпора фундамента, равного среднему напряжению под плитой:
Толщину плиты не рекомендуется назначать больше 40 мм. Для рас-чета плиты выделяются участки пластинки, опертые по четырем, трем и одной (консольные) сторонам, соответственно обозначенные цифрами 1, 2, 3 на рис. 8.8.
Рис. 8.8. К расчету базы колонны
На каждом участке определяются максимальные изгибающие моменты, действующие на полосе шириной 1 см, от расчетной равномерно распределенной нагрузки
Момент на участке 1, опертом по четырем сторонам:
где 1– коэффициент, учитывающий уменьшение пролетного момента за счет опирания плиты по четырем сторонам, определяется в зависимости от отношение большей стороны участки b к меньшей a (см. табл. 4.4).
Значения b и a определяются по размерам в свету:
b = bк= 470 мм; а = (b2 – tw)/2 = (300 – 11) / 2 = 144,5 мм;
b/а = 47 / 14,45 = 3,25 > 2.
При b/а > 2 плита работает как балка на двух опорах пролетом
а, изгибающий момент определится по формуле
M1 = qa2/8 = 0,89 · 14,452 / 8 = 23,23 кН·см.
На участке 2, опертом по трем сторонам:
где – коэффициент, принимаемый в зависимости от отношения закрепленной стороны пластинки b1 к свободной а1 (см. табл. 4.5)
Отношение сторон b1/a1= 10 / 30 = 0,33; при отношении сторон b1/a1< 0,5 плита рассчитывается как консоль длиной b1. Изгибающий момент
Момент на консольном участке 3
При значительном отличии моментов по величине на различных участках плиты необходимо внести изменения в схему опирания плиты, чтобы по возможности выровнять значения моментов. Это осуществляется постановкой диафрагм и ребер.
По наибольшему Mmax из найденных для различных участков плиты изгибающих моментов определяем требуемый момент сопротивления плиты шириной 1 см:
откуда Принимаем лист по ГОСТ 82-70* толщиной 36 мм.
8.5.4. Расчет траверсы
Высота траверсы hтр определяется из условия размещения вертикальных швов крепления траверсы к стержню колонны. В запас прочности предполагается, что все усилие в ветви передается на траверсы через четыре угловых шва (сварные швы, соединяющие стержень колонны непосредственно с плитой базы, не учитываются).
Сравниваем:
следовательно, сварные швы рассчитываем по металлу границы сплавления.
Катетом шва задаемся в пределах 8 – 16 мм, но не более 1,2tmin.
Принимаем kf = 10 мм. Определяем длину одного шва, выполненного механизированной сваркой в среде углекислого газа, по наибольшему усилию в наружной ветви колонны Nв2:
Принимаем высоту траверсы с учетом добавления 1 см на дефекты в начале и конце сварного шва
hтр = 420 мм. Проверяем прочность траверсы как однопролетной двухконсольной балки, опирающейся на ветви (полки) колонны и воспринимающей отпорное давление от фундамента (рис. 8.9, а), и как консольной балки, воспринимающей усилие отрыва ветви (усилие в анкерах) Fa(рис. 8.9, б).
а) б)
Рис. 8.9. Расчетные сжемы траверсы:
а – от отпора фундамента ; б – от усилия в анкерных болтах
Равномерно распределенная нагрузка на одну траверсу
Определяем усилия:
– на опоре
– в пролете
– растягивающее усилие в анкерных болтах в базе подкрановой ветви колонны
Fa1 = N′в1y2/ho +M′в1/ho = –1081,3 · 0,455 / 1,1 + 2295,1 / 1,1 = 1639,2 кН;
– растягивающее усилие в анкерных болтах в базе наружной ветви колонны
Fa2 = N′в2 y1/ho +M′в2/ho = –189,4 · 0,645 / 1,1 + 637 / 1,1 = 468 кН;
– изгибающий момент в одной консольной части траверсы от максимального усилия в анкерных болтах
Mк1 = Fa1bо/4 = 1639,2 · 15 / 4 = 6147 кН·см,
где bо = z – bк/2 = 400 – 500 / 2 = 150 мм;
z = L/2 + 50 = 700 / 2 + 50 = 400 мм;
– поперечная сила
Qk1 = Fa1/4 = 1639,2 / 4 = 409,8 кН.
Момент сопротивления траверсы
Проверяем прочность траверсы: