Расчёт анкерных, фундаментных болтов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Строительных конструкций и материалов

Методические указания

К курсовому проекту (курсовой работе)

Дисциплина: «Металлические конструкции»

Тема: «Проектирование базы внецентренно - сжатой колонны промышленного здания»

Разработал: доцент Тимофеев Н.М.

Санкт – Петербург

Г.

Данный раздел является частью раздела «Проектирование сплошной внецентренно-сжатой колонны одноэтажного промышленного здания» и является дополнением к методическим указаниям для выполнения курсового проекта (курсовой работы) на тему «Проектирование каркаса одноэтажного промышленного здания без крановой нагрузки».

Настоящее пособие рассматривает конструкцию базы сплошно-стенчатый колонны составного сечения с двухстенчатой траверсой и жёстким опиранием на фундамент, даётся понятие безвыверочного монтажа колонн ; подробное описание и расчёта всех элементов базы, приведены все справочные данные, необходимые для проектирования базы данного типа.

МУ ориентирован на самостоятельную работу студентов.

Проект базы колонны

База является опорной частью колонны и служит для передачи усилий от колонны на фундамент. Конструктивное решение базы зависит от типа и высоты сечения колонны, способа её опирания на фундамент и принятого метода монтажа колонны.

Исходными данными для проектирования базы колонны является: геометрические размеры поперечного сечения колонны у основания; расчётные значения изгибающего момента «М» и нормальной силы «N» в сечении на уровне подошвы фундаментной плиты.

Здесь рассматривается только жесткое опирание, соответствующее заделке в расчётной схеме. На рис.1 показана конструкция базы с двухстенчатой траверсой.

Рис. 1 База колонны с двухстенчатой траверсой.

1. Конструкция базы колонны

Конструкция базы колонны показана на рис 1. База колонны состоит из следующих основных элементов: опорной плиты-1, опирающейся на железобетонный фундамент-2 и дополнительных ребер жесткости-8.передающей на него сжимающее усилие, траверс-3, охватывающих стержень колонны с боков; анкерных болтов-4 и анкерных плиток-5 или опорных двутавров-6, рихтовочных болтов-7,

1. Понятие о безвыверочном монтаже колонн

Существует два способа установки колонны на фундамент: с выверкой колонны в процессе монтажа и безвыворочный монтаж. Последний способ имеет явные преимущества перед первым, но требует наличия на заводе изготовителя оборудования для фрезерования торца колонны и строжки верхней поверхности плиты, поэтому заготовка (лист или сляб) должна иметь толщину на 2-3 мм больше расчётной. Выверку плит производят инструментальным способом, а установку плиты в горизонтальном положение выполняют с помощью установочных (рихтовочных) болтов (на рис.1 деталь А). После выверки под плиту заливают цементный раствор, для чего в плите имеются отверстие (дыры) диаметром около 100мм из расчёта 1 отверстие на 0,5м² площади плиты.

После достижения проектной прочности раствора подливки по осевым рискам на опорной плите производят установку колонны. На анкерные болты, уже забетонированные в фундамент, устанавливают опорные двутавры или анкерные плитки, надевают анкерные болты с гайками шайбами, плотно прижимая траверсы к опорной плите. При таком способе монтажа колонна без выверки оказывается установленной в проектном положении.

По окончании монтажных работ база колонны замоноличивается до уровня чистого пола производственного помещения.

Расчёт базы колонны

3.1 определение плановых размеров опорной плиты

Боковые свесы плиты принимают конструктивно. а_св= 60÷100 мм, толщину траверс _тр=14-16мм.

Таким образом, ширина плиты: b_пл= b_п+2а_св+2 _тр, где b_п- ширина полки колонны. Полученный размер b_пл округляют до ближайшей стандартной ширины прокатных листов, таблица 5.

Длина опорной плиты l_пл определяется расчётом на прочность бетона фундамента. Задавшись классом бетона фундамента, таблица 1, определяют расчётное сопротивление бетона сжатиюR_b

Таблица 1.

В курсовом проекте следует задаваться классом прочности B 7,5, в противном случае опорная плита может получиться очень короткой.

Расчётное сопротивление бетона смятию R_ф определяется по зависимости R_ф= ·φ_b·R_b, где

φ_b= , А_ф-площадь верхнего обреза фундамента; А_пл- площадь опорной плиты.

В первом приближении φ_b = 1,2-1,5;

- коэффициент условий работы бетонных фундаментов; = 1.

Расчётная схема опорной плиты при определении её длины показана на рис. 2.

Если рассматривать опорную плиту как жесткий штамп, а бетон фундамента как упругий материал, то нормальные напряжения отпора в бетоне будут распределяться по линейному закону. Значение наибольших растягивающих и наибольших сжимающих напряжений определяют по формулам для внецентренного сжатия;

σ_с = N /A_пл + M / W_х ; σ_с = N / ( b_пл·l_пл ) + 6 M / ( b_пл ·l_пл ²)

l_пл N / 2 b_пл·R_ф +

где M – расчётное значение изгибающего момента (кг·см) и соответствующая этому моменту сжимающая сила N (кг) в сечении у основания колонны;

R_ф-расчётное сопротивление бетона смятию, кг/см²; b_пл – ширина плиты, см;

l_пл – длина плиты в см, округляем до 2 см в большую сторону.

3.2 Определение толщины опорной плиты

Опорная плита работает как пластинка на упругом основании (упругим основанием является бетон фундамента), загруженная давлением, передаваемым от торца колонны, ветвей траверсы. В инженерной практике для упрощения расчётов плиту рассматривают как пластинку, опёртую на торец колонны, траверсы и рёбра жёсткости находящуюся под воздействием реактивного отпора фундамента. Под отпором фундамента понимается напряжения сжатия в бетоне по контакту плита-бетон.

В зависимости от конструктивных особенностей базы, плита может быть разделена на участки, шарнирно опёртые по контуру (на четыре стороны или канта, на три канта, на два канта) и консольные участки.

На рис. 3. Показаны участки плиты: опирание на 3 канта – участок – 1; на 4 канта – участок 2 и консольный участок - 3.

Отпор фундамента в пределах каждого из участков (отсеков) принимают равномерно распределенным и равным (в запас прочности) наибольшему напряжению сжатия в пределах рассматриваемого участка. Длина каждого канта определяется измерением на эскизе плана плиты с учётом линейного масштаба. В связи с небольшими толщинами элементов опорного контура можно использовать расстояние «в свету».

Отсек 3 – консоль, ширина расчетной полоски 1 см.

 

 

Отсек 1 – тонкая пластина, опертая шарнирно на 3 стороны (3 канта)

 

– свободная не опёртая сторона отсека

 

	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9		1.2	1.4		≥ 2
	0.06	0.074	0.088	0.097	0.107	0.112	0.12	0.126	0.132	0.133

 

Отсек 2 – тонкая пластина опертая по контуру

		1.1	1.2	1.3	1.4	1.5	1.6	1.8		≥ 2
	0.048	0.055	0.063	0.069	0.075	0.0815	0.086	0.094	0.10	0.125

полоска с большей кривизной соответствует короткой стороне пластинки

– более короткая сторона

 

Из выделяем , тогда ;

 

;

Окончательно принимаем стандартную . Если , то в опасный отсек следует поставить ребро жесткости( правый отсек 2 , рис. 1) и заново провести расчет этого раздела, или принять более высокую марку бетона.

 

Расчёт анкерных, фундаментных болтов

Возникающие под плитой растягивающие напряжения σ_р , рис. 1 не могут быть компенсированы силами сцепления между плитой и бетоном, и создаётся опасность отрыва края плиты базы колонны от фундамента.

Усилия в анкерных болтах S_a определяют в предположении; что действия равнодействующей эпюры σ_р

полностью воспринимается анкерными болтами. С каждой стороны базы ставят по два анкерных болта.

На рисунке 7 показана расчётная схема для определения усилий в анкерных болтах.

Усилие в анкерных болтах находят из условия равновесия моментов всех сил относительно центра тяжести «О» сжатой зоны эпюры напряжений отпора фундамента

 

∑ M_o = M_a - N_a∙n - 2S_a∙m = 0, откуда

 

S_a = ( M_a - N_a∙n) / 2 m. *

 

Плечи всех сил, входящих в это уравнение, можно найти графически на эскизе базы колонны с учётом принятого линейного масштаба, либо аналитически:

 

l_c = ( l_пл∙|σ_с ) / ( σ_с + σ_р ),

где σ_с и σ_р определяются от действия внешних усилий N_a и M_a, взятые без учёта знака, где

n = 0,5 l_пл - l_c / 3 - расстояние от оси колонны до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений;

m = k + n + l_пл / 2 - расстояние от оси анкерных болтов до центра тяжести сжатой зоны эпюры напряжений, где К=100 ÷150 мм. – расстояние от оси анкерных болтов до края плиты.

Отдельно следует остановиться на определение значений Ма и Nа. Из выражения * для S_a видно, что усилия S_a в анкерных болтах тем больше, чем больше разность в числителе этого выражения, поэтому при определении Sa следует рассмотреть два возможных сочетания нагрузок, расчётной схемы рамы.

1. собственный вес + ветер

M_a = 0,82 M_g + M_q

N_a = 0,82 N_g + N_q

 

2. собственный вес + снег + ветер

M_a = 0,82 M_g + n_c ( M_p + M_q )

N_a = 0,82 N_g + n_c ( N_p + N_q )

 

В этих формулах M_g, M_q; M_p и N_g, N_q, N_p – значение изгибающего момента и продольной силы соответственно от постоянной, ветровой и снеговой нагрузок для нижнего сечения колонны, найденные из статического расчёта рамы.

 

Так как постоянная нагрузка g разгружает анкерные болты, то значение Mg и Ng следует определять при коэффициенте надёжности по нагрузке γ_f = 0,9, а не при γ_f = 1,1, как это было сделано при статическом расчёте рамы. Поэтому в приведённых формулах значения M_g и N_g умножается на коэффициент К = 0,9 / 1,1 = 0,82; где 0,9-коэффициент сочетания нагрузок.

Определив значение S_a для двух сочетаний нагрузок, за расчётное принимают наибольшее из них. В производственных зданиях с шарнирным сопряжением ригеля с колоннами наибольшего усилия S_a , как правило, возникает при сочетании: постояннаянагрузка + ветер, тогда M_a=M_g и N_a=0,82N_g.

 

Требуемую площадь анкерного болта по резьбе определяют по зависимости A_δп = S_a/ R ,

где R =1450кг/см² – расчётное сопротивление для стали анкерных болтов ВСт3кп2.

Выбрать анкерный болт проще по несущей способности, используя данные таблицы 1.

Нормальные размеры анкерных фундаментных болтов из стали марки ВСт3кп2 (бетон фундамента класса не менее B12,5):

 

Таблица 1

d = 24 - 36 мм; d = 42 - 80 мм; d = 30 - 80 мм.

 

 

На чертеже должна быть указана полная длина анкерного болта

 

l_aб = l_зад + δ_пл+h_тр+ (δ_ап или h_шв) + l_гб;

где l_зад - длина заделки в бетон анкерного болта ( таблица 1);

δ_пл - толщина опорной плиты;

h_тр -высота траверсы; **

( δ_ап или h_шв ) толщина анкерной плитки или высота опорных швеллеров;

l_гб - длина головки болта (шайба+гайка, принимаются примерно (2÷3) d_аб.

** высота траверсы определится далее:

 

 

3.4 Подбор сечения швеллеров и анкерных плиток

 

Сечение анкерных плиток и опорных швеллеров определяют из условия прочности при изгибе. Расчётная схема опорных анкерных швеллеров показана на рис. 8.

Материал швеллеров и опорной (анкерной) пластинки С255, R_y=2300кг/см²

 

 

где расстояние от оси болта до оси траверсы – с = 0,5δ_тр+0,5d_o + ( 60 -100 мм ),

d_o-диаметр отверстия принимают по табл. 1

 

Расчётная схема подбора сечения анкерных плиток

Момент сопротивления плитки по ослабленному сечению.

W = ( b_ап - d_o ) ∙ δ / 6

Несущая способность анкерной плитки при изгибе M_x ≤ R_y∙ W , откуда можно найти требуемую толщину плитки δ

При δ ≥40 мм, следует перейти на вариант с использованием швеллеров.

Расчёт траверсы

Каждую из траверс условно можно рассматривать как двух консольную балку, рис. 10б,11, шарнирно опертую в местах крепления к колонне. Расчёт ведётся на действие отпора фундамента (на консоль), и усилий от анкерных болтов.

На рисунке 10а показана схема нагрузок отпора, действующих на обе траверсы.

 

Пояснения к рисунку 10

1. Изгиб траверсы происходит в её плоскости относительно оси нормальной к этой плоскости;

2. Нейтральная линия проходит по середине высоты траверсы;

3. На траверсу действует со стороны фундамента линейная нагрузка q_тр = σ_с∙0,5 b_пл.

 

Переход от конструктивной к расчётной схеме траверсы показан на рис. 11 в дополнении к схемам рис. 10 а,б. За расчётный изгибающий момент принимается наибольший из моментов М₁ и М₂

М₁ = q_тр l / 2 ;M₂ = S_a∙K; требуемая высота траверсы h_тр определится из условия прочности M_max ≤ W ∙R_y∙γ_c и W = δ_тр∙h / 6

h =

 

где М_max (кг·см);δ_тр=( 1,2÷1,6 см);

R_y -кг/см²

 

Требуемую высоту траверсы h округляем до ближайшей стандартной ширины листа проката.

 

Таблица 5

Толщина

Размеры листов, мм

22;25

Ширина

 

Принятое сечение следует проверить на срез от наибольшей из перерезывающих сил

 

(Q₁, Q₁’; Q₂, Q₂’), рис. 10б.

τ_max= 1,5 Q_max / δ_тр∙ h_тр ≤ R_cр∙γ_с.

 

При невыполнении условий прочности, следует увеличить h_тр или δ_тр .Большими значениями запаса прочности можно пренебречь. Потеря общей устойчивости каждой из траверс (из плоскости траверсы) физически не может произойти, т.к. вся база колонны бетонируется до отметки чистого поля.

 

3.5 Расчёт крепления траверсы к колонне

 

Сварные швы, крепящие обе траверсы к полкам колонны, воспринимают реакции 2V_A и 2V_B, рис .10а, загруженных силами 2S_a и линейной нагрузкой отпора фундамента. Более просто можно определить силы, действующие на сварные швы Ш1, используя усилия в стержне колонны, рис. 12.

Используя принцип независимости действия сил, основную расчётную схему разложим на две, рис. 12.

Очевидно, что наибольшее усилие приходится на левых два шва от совместного действия M и N, T=T_M-+T_N, тогда сила, воспринимаемая одним швом Ш1 равна

T_ш = 0,5 ( М / h + N / 2).

Назначают катет углового шва К_f = 1,2δ_min, где δ_min - наименьшая из δ_п и δ_тр, δ_п толщина полки колонны. Кроме того, следует учесть требования СНиП к назначению минимального катета шва . Проверка прочности сварного шва

 

≤ Т_ш / β_f ∙ К_f ∙ l_w ≤ R_fw∙γ_с

 

При невыполнении этого условия обычно увеличивают h_тр.

 

 

 

---

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:

©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.