3.3.4. Расчет оголовка колонны

Рассмотрим расчет оголовка на примере сплошной колонны. В состав оголовка, кроме верхнего участка стержня колонны, входят: опорная плита оголовка толщиной ; два опорных ребра оголовка высотой , толщиной и шириной каждое; два горизонтальных подкрепляющих ребра шириной, равной , и толщиной 8÷10 мм (рис. 17).

Толщина опорной плиты оголовка обычно принимается равной

. (3.39)

Считается, что при свободном опирании главных балок опорное усилие (3.38) передается с их опорных ребер на стержень колонны через опорную плиту и опорные ребра оголовка колонны. Суммарная ширина опорных ребер оголовка определяется выражением , а одного ребра , (3.40)

где - ширина опорного ребра балки (разд. 2.8).

Опорные ребра оголовка по своей суммарной ширине и толщине должны сопротивляться смятию, то есть должно выполняться условие , где длина сминаемой поверхности опорных ребер определяется выражением , (3.41)

а толщина опорных ребер оголовка находится по формуле

, (3.42)

где определяется так же, как в пояснении к формуле (2.43).

Высота каждого из двух опорных ребер определяется прочностью четырех сварных швов, прикрепляющих ребра к стенке колонны , откуда, предварительно назначив катет швов , можно найти требуемую высоту опорных ребер по формуле

. (3.43)

При этом длина шва, равная высоте опорного ребра, не должна превышать предельно допустимой величины . (3.44)

В случае невыполнения этого условия катет шва следует увеличить.

Величины, входящие в знаменатель правой части выражения (3.43) подробно описаны в разд. 2.7.

Рис. 17. Оголовок сплошной колонны

Кроме этого должно быть проверено условие прочности опорного ребра на срез , (3.45)

где определяется так же, как в пояснении к формуле (2.9).

Также следует проверить на срез стенку колонны по граням крепления опорных ребер . (3.46)

Если условие (3.44) не выполняется, необходимо увеличить толщину стенки колонны в пределах высоты оголовка с некоторым запасом путем вварки, как это показано на рис.17, более толстого стального листа толщиной , определяемой выражением . (3.47)

Аналогично выполняется расчет оголовка сквозной колонны, конструкция которого представлена на рис. 18. По формуле (3.41) определяется ширина опорных ребер , по формуле (3.42) их толщина , а по формулам (3.43-3.44) их высота . Высота листовой вставки, которая выполняет функцию вваренного участка стенки сплошной колонны, принимается равной , а ее толщина определяется выражением (3.47).

Если толщина листовой вставки значительно превысит толщину стенки ветви, например, более чем в три раза, целесообразно увеличить высоту . При этом необходимо контролировать совместное выполнение условий (3.43-3.44).

Рис. 18. Оголовок сквозной колонны

3.3.5. Расчет базы колонны

Рассмотрим расчет базы на примере сплошной колонны. В состав базы, кроме нижнего участка стержня колонны, входят: опорная плита базы длиной , шириной и толщиной ; два листа траверсы высотой и толщиной каждый (рис. 19).

Расчет базы сводится к определению высоты и толщины траверсы, размеров опорной плиты в плане и ее толщины.

Траверса воспринимает усилие от стержня колонны , определенное выражением (3.19), и передает его на опорную плиту. При этом считается, что указанное усилие полностью передается через четыре вертикальных угловых сварных шва длиной, равной высоте траверсы, то есть .

Расчет швов крепления траверсы к стержню колонны аналогичен расчету швов крепления опорных ребер в оголовке колонны.

Рис. 19. База сплошной колонны

Предварительно назначив катет швов , определяется требуемая высота траверсы по формуле

. (3.48) При этом длина шва, равная высоте траверсы, не должна превышать предельно допустимой величины

. (3.49)

Толщину траверсы обычно назначают в пределах 10÷16 мм и не менее .

Размеры опорной плиты в плане определяются прочностью материала фундамента , которая, в свою очередь, зависит от расчетного сопротивления бетона осевому сжатию и отношения площади верхнего обреза фундамента к площади опорной плиты . На начальной стадии расчета площадь не известна, но можно задаться отношением , например, приняв . (3.50)

Расчетное сопротивление определяется классом прочности бетона и для тяжелого и мелкозерностого бетона некоторых классов представлено в табл. 3.

Таблица 3

Расчетное сопротивление бетона

Класс бетона	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25

Расчетное сопротивление материала фундамента смятию определяется выражением . (3.51)

Требуемая площадь плиты . (3.52)

Ширина плиты принимается из конструктивных соображений в соответствии со схемой, представленной на разрезе 3-3 рис. 26. а длина назначается из условия , откуда . (3.53)

Окончательно длина плита принимается из геометрических соображений, учитывающих габарит сечения колонны и размеры участков размещения анкерных болтов общей длиной (разрез 3-3 рис. 19).

Бетон фундамента является упругим основанием для опорной плиты базы. Для простоты расчета считается, что давление под плитой распределено равномерно, а сама плита рассчитывается как пластинка, нагруженная снизу со стороны фундамента равномерно распределенным воздействием и опертая сверху на систему ребер, образованную торцом стержня колонны и траверсами. Таким образом, опорная плита на участках между ребрами под действием нагрузки изгибается.

Величина может быть найдена по фактической нагрузке и габаритам опорной плиты с помощью выражения

(3.54.1)

или по максимально возможной нагрузке со стороны фундамента, равной его прочности, то есть с помощью формулы

. (3.54.2)

Распределение изгибающих моментов в плите на конкретном участке зависит от его опорного контура. Так на рис. 27,а участок № 1 представляет собой прямоугольную пластинку, опертую по всему контуру, то есть опирается на четыре канта. Участок № 2 также представляет собой прямоугольную пластинку, но опертую на три канта, один из которых свободный, а примыкающие к нему закреплены. Участок № 3 является прямоугольной пластинкой, закрепленной только одной стороной, то есть является консольным участком.

Наибольший изгибающий момент, действующий на полосе единичной ширины в пластинке с любым опорным контуром, определяется выражением

, (3.55)

где - коэффициент академика Б.Г. Галеркина, зависящий от соотношения характерных размеров -го участка.

В табл. 4 представлены значения для различных схем участков и соотношений характерных размеров, в том числе обозначенных на рис. 27,а. Для консольного участка , - свес.

Толщина плиты базы определяется выражением

, (3.56)

где – наибольшее значение изгибающего момента из числа найденных для каждого участка по формуле (3.55).

Рис.20. Разбивка плиты базы на участки

Таблица 4

Значения коэффициента для расчета пластинок на изгиб

Схема участка		Значения при соотношении , равном
		0,5	0,7	0,9	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	>2,0
1		0,060	0,088	0,107	0,112	0,120	0,126	0,129	0,131	0,132	0,133
2
3		-	-	-	0,048	0,063	0,075	0,086	0,094	0,100	0,125

Примечания: 1. На схемах 1 и 2 a – размер свободного края;

2. На схеме 3 a – размер меньшей стороны;

3. Для схем 1 и 2 при момент определять как для консольного

участка со свесом, равным .

Для фиксации проектного положения центрально сжатой колонны при ее шарнирном сопряжении с фундаментом принимаются анкерные (фундаментные) болты М20÷М30. Отверстия в опорной плите под анкерные болты выполняются диаметром в 1,5÷2 раза больше номинального диаметра анкерного болта. На анкерные болты надеваются анкерные шайбы, притягиваемые гайками и приваренные монтажной сваркой к опорной плите. Диаметр отверстия в анкерной шайбе на 2÷3 мм больше диаметра анкерного болта.

Расчет базы сквозной колонны аналогичен сплошной. На рис. 20,б представлена разбивка плиты базы колонны с ветвями из швеллеров на участки, которые также опираются на четыре канта, три канта и являются консольными.

Если толщина плиты базы по расчету окажется более 40 мм, то следует добиться ее уменьшения, например, расчленением на большее число участков установкой промежуточных траверсных ребер, как это показано на рис. 20,в. На участках меньших размеров действуют изгибающие моменты с меньшими значениями, что приводит у уменьшению толщины опорной плиты, определяемой выражением (3.56).