Узел стык колонна фундамент

Узел стыка сборной железобетонной колонны с фундаментом

Полезная модель относится к области строительства и предназначена для многоэтажных и высотных зданий с повышенными нагрузками на колонны при связевой системе каркаса и шарнирным сопряжением колонны с фундаментом. В узле стыка сборной железобетонной колонны 1 с плитной частью свайно-плитного фундамента 2 четыре анкерных болта 3 выполнены из арматурных стержней и пропущены через стальную пластину 4, расположенную на поверхности плитной части свайно-плитного фундамента 2. В верхней части анкерных болтов 3 выполнена резьба, а нижняя часть выполнена в виде полукольца. Закладная деталь в торце железобетонной колонны 1 выполнена в виде нижней торцевой пластины 5 с четырьмя угловыми отверстиями под анкерные болты 3 и оснащена уголками 6 с приваренными под углом к горизонтальной плоскости пластинами ограничителями 7. Уголки 6 и пластины 7 образуют ниши. К боковым граням уголков 6 приварены анкерные стержни 8, анкерующие закладную деталь в торце колонны 1. Техническим результатом является увеличение несущей способности узла и уменьшение расхода металла. 3 ил.

Полезная модель относится к области строительства и предназначена для многоэтажных и высотных зданий с повышенными нагрузками на колонны при связевой системе каркаса и шарнирным сопряжением колонны с фундаментом.

Известен стык железобетонной сборной колонны с фундаментом («Руководство по конструированию бетонных и железобетонных конструкций из тяжелого бетона (без предварительного напряжения)», Москва, Стройиздат, 1978, рис.59), который включает в себя сборную железобетонную колонну, нижний конец которой вставлен в стакан подколонника фундамента, который сопрягается с плитной частью фундамента, а плитная часть оперта на естественное основание или на свайное основание в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки. Зазор между гранями стакана и гранями колонны заполняют в процессе монтажных работ монолитным бетоном.

Недостатком такого решения является необходимость проведения омоноличивания узла, что повышает трудоемкость при отрицательных температурах. Также недостатком является необходимость временного крепления колонны до набора прочности бетона омоноличивания. Необходимость выверки колоны по высоте и вертикали вызовет необходимость использовать кондукторы, что также повышает трудоемкость и стоимость монтажных работ.

Известен узел соединения железобетонной колонны с фундаментом (патент RU 2314392 МПК E04B 1/38 опубл. 10.01.2008), в котором металлические закладные элементы колонны выполнены в виде четырех уголков, расположенных по углам колонны полками в обхват колонны так, что внешняя поверхность полок совпадает с плоскостями боковых поверхностей колонны. Каждая из полок уголка изнутри снабжена арматурными стержнями, расположенными через равные интервалы по длине уголка поочередно в перекрещивающихся под прямым углом плоскостях, параллельных сторонам колонны. Арматурные стержни жестко связаны с уголками и с продольными арматурными стержнями колонны, а концы каждой пары, соосно расположенных арматурных стержней, жестко связаны между собой отрезками арматуры. Уголки жестко соединены между собой пластинами, установленными с четырех сторон колонны попарно, а траверсы расположены попарно с двух сторон каждого уголка. Траверсы каждой пары лежат во взаимно перпендикулярных плоскостях параллельно сторонам колонн.

Основным недостатком известного технического решения является высокий расход металла, так как опорная пластина шире сечения колонны из-за необходимости крепления к ней траверс, из-за наличия восьми траверс и пластин, соединяющих уголки. Кроме того, усилия от колонны на опорную плиту передаются только через траверсы и сварные швы крепления траверс, через нижний торец усилия передаваться не будут, что снижает несущую способность узла.

Основная задача, решаемая полезной моделью, состоит в создании узла стыка сборной железобетонной колонны с фундаментом, обладающего низкой трудоемкостью и стоимостью.

Техническим результатом является увеличение несущей способности узла и уменьшение расхода металла.

Основной технический результат достигается тем, что в узле стыка сборной железобетонной колонны со свайно-плитным фундаментом, включающем опорную плиту, связанную с плитной частью свайно-плитного фундамента, металлические закладные детали колонны, согласно предложенному решению, закладная деталь, расположенная в торце железобетонной колонны, выполненная в виде нижней торцевой пластины с отверстиями под анкерные болты и оснащена приваренными к ней уголками с приваренными под углом к горизонтальной плоскости пластинами ограничителями, образующими с уголками ниши, к боковым граням уголков приварены анкерные стержни, а анкерные болты пропущены через стальную пластину, расположенную в плитной части свайно-плитного фундамента.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен боковой вид узла стыка сборной железобетонной колонны с плитной частью свайно-плитного фундамента, на фиг.2 приведен разрез A-A по шву между верней поверхностью свайно-плитного фундамента и торцом сборной железобетонной колоны, на фиг.3 приведен разрез B-B по сечению колонны чуть выше ее торца.

Узел стыка сборной железобетонной колонны 1 с плитной частью свайно-плитного фундамента 2 включает в себя четыре анкерных болта 3, выполненных из арматурных стержней и установленных в плитной части свайно-плитного фундамента. В верхней части анкерных болтов 3 выполнена резьба, нижняя часть выполнена в виде полукольца. Анкерные болты 3 пропущены через стальную пластину 4, расположенную на поверхности плитной части свайно-плитного фундамента 2. Также узел включает в себя закладную деталь в торце железобетонной колонны 1, выполненную в виде нижней торцевой пластины 5 с четырьмя угловыми отверстиями под анкерные болты 3 и оснащенную уголками 6 с приваренными под углом к горизонтальной плоскости пластинами ограничителями 7, уголки 6 и пластины 7 образуют ниши, а к боковым граням уголков 6 приварены анкерные стержни 8, анкерующие закладную деталь в торце колонны 1.

Монтаж узла стыка сборной колонны 1 с плитной частью свайно-плитного фундамента 2 производят следующим образом. На анкерные болты 3 навинчивают нижние юстировочные гайки 9 и устанавливают армирующую сетку 10, затем устанавливают колонну 1 таким образом, чтобы отверстия в пластине 5 закладной детали колонны 1 оделись на анкерные болты 3 и пластина 5 оперлась на котировочные гайки 9. При помощи котировочных гаек 9 производят регулировку высотного положения и отклонения от вертикали колонны 1. После приведения колонны 1 в проектное положение и закрепления фиксирующими гайками 11, горизонтальный шов и ниши замоноличиваются мелкозернистым напрягающим бетоном 12.

Предлагаемое техническое решение, благодаря рассмотренным выше признакам, отличается наиболее совершенной конструкцией, которая позволяет упростить процесс монтажа колонны на фундамент, сократить трудоемкость и стоимость работ при сохранении надежности узла.

Полезная модель используется, например, для зданий, строящихся по экспериментальной архитектурно-строительной системе «КАСКАД».

Узел стыка сборной железобетонной колонны с фундаментом, включающий опорную плиту, связанную с плитной частью свайно-плитного фундамента, металлические закладные детали колонны, отличающийся тем, что закладная деталь, расположенная в торце железобетонной колонны, выполнена в виде нижней торцевой пластины с отверстиями под анкерные болты и оснащена приваренными к ней уголками с приваренными под углом к горизонтальной плоскости пластинами ограничителями, образующими с уголками ниши, к боковым граням уголков приварены анкерные стержни, а анкерные болты пропущены через стальную пластину, расположенную в плитной части свайно-плитного фундамента.

Источник

Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 28.05.2015 2015-05-28

Статья просмотрена: 12746 раз

Библиографическое описание:

Абрашитов, В. С. Расчёт узла сопряжения колонн с фундаментом / В. С. Абрашитов, А. Н. Жуков, Э. Х. Алмаметов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 11 (91). — С. 213-217. — URL: https://moluch.ru/archive/91/19612/ (дата обращения: 19.08.2021).

Одной из основных задач при проектировании стальных рамных каркасов многопролётных зданий является закрепление колонны в фундаменте, обеспечивающее восприятие поперечной и продольной сил, а также изгибающего момента расчетной величины при основном и особом сочетании нагрузок.

В соответствии с расчётной схемой металлического каркаса многопролётного здания имеется в узлах соединения колонны с фундаментом либо шарнирное, либо жёсткое сопряжение (рис.1).

Рис.1. Узел соединения колонны с фундаментом

При анализе проектной документации нескольких зданий для Пензы и Пензенской области выявлено, что соединение металлической колонны из прокатного двутавра с железобетонным столбчатым фундаментом осуществляется через металлическую базу из плиты базы и четырёх анкерных болтов (рис. 2). Причём анализируемые проекты имели здания с несколькими пролетами и высотой не менее трёх этажей. Соединения несущих балок с колонной осуществлено по шарнирной схеме. Естественно, что при определении усилий в элементах поперечной рамы необходимо было вводить жёсткое соединение фундамента с колонной в виде жёсткого закрепления, так как в противном случае система становится статически изменяемой (при шарнирном соединении колонн с фундаментом). В рабочей же документации показывается узел соединения колонны с фундаментом через плоскую плиту и четыре анкерных болта.

Рис. 2. Соединение колонн с железобетонным фундаментом

Вместе с тем базы колонн имеют закрепления нижнего конца в фундаменте либо шарнирное, либо жёсткое. Причём если колонны центрально сжаты, то крепления их к фундаментам можно осуществлять непосредственно за опорную плиту болтами, чаще всего двумя и иногда четырьмя, которые условно можно назвать монтажными. При этом такое закрепление называют шарнирным, так как на плиту базы не действует изгибающий момент (М=0). Анкерные болты должны воспринимать изгибающие моменты и работать, как правило, на растяжение, что приводит к тому, что база проектируется с наличием распределительных траверс по схеме на рис.3, то есть жёсткой.

Рис. 3. Жёстко опёртая база внецентренно-сжатой колонны

Напряжение под плитой базы колонны определяется в зависимости от величины значений N и M по формуле:

,

где В — ширина плиты базы, а L — длина базы.

Значения этих напряжений могут быть разные в виде схем (рис.4):

Рис.4 Эпюры нагружения

Анализируя оба варианта эпюр нагружения, можно сказать, что по первому варианту болты не работают на растяжение и их условно можно назвать монтажными, так как они работают на сжатие.

По второму варианту контактная зона плиты с фундаментом не может воспринимать растягивающие напряжения и растягивающие усилия, воспринимаемые анкерными болтами. Сила, которую воспринимают анкерные болты, определяется из условия статического равновесия системы по формуле:

,

где M и N — расчётные усилия для фундаментной плиты; — сила, которую воспринимают анкерные болты; a — расстояние от центра тяжести плиты базы до центра тяжести эпюры сжатых напряжений под плитой базы; y — расстояние от анкерных болтов до центра тяжести эпюры сжатых напряжений.

Чем меньше будет значение продольной силы и больше значение изгибающего момента, тем больше будет значение силы . Выполняя соединение колонны с плитой базы по рисунку 1 это соединение в технической литературе [1], [2], [3] всегда считалось шарнирно опёртым. Тем не менее, имеется техническое решение по типовой серии 1.423.3–8 вып.2, когда базу колонн проектируют без траверс для бескаркасных зданий, в зданиях с подвесным транспортом и с мостовыми кранами общего назначения грузоподъемностью до 5 тс. Такая плита базы должна быть рассчитана на изгиб по схеме на рис.5.

Рис.5 Схема грузовой площади при расчёте плиты базы на изгиб от отпора фундамента на плиту

Расчет плиты ведут по следующей методике, описанной в [5]:

Толщину опорной плиты следует определять расчетом на изгиб пластинки по формуле

(1)

где М_max — наибольший из изгибающих моментов М, действующих на разных участках опорной плиты и определяемых по формулам:

1) для консольного участка плиты

(2)

2) для участка плиты, опертого на четыре стороны в направлении короткой и длинной сторон соответственно

(3)

3) для участка плиты, опертого по трем сторонам

(4)

для участка плиты, опертого на две стороны, сходящиеся под углом, по формуле (4), принимая при этом d₁ — диагональ прямоугольника, а размер а₁ в таблице Е.2 [5]- расстояние от вершины угла до диагонали. Здесь с — вылет консольного участка плиты;

α₁, α₂, α₃ — коэффициенты, зависящие от условий опирания и отношения размеров сторон участка плиты и принимаемые согласно таблице Е.2 [5]; q — реактивный отпор фундамента под рассматриваемым участком плиты на единицу площади плиты.

При этом площадь стальной опорной плиты должна удовлетворять требованиям расчета на прочность фундамента. Передача расчетного усилия на опорную плиту может осуществляться через фрезерованный торец или через сварные швы конструкции, опирающейся на плиту [5].

В связи с этим необходимо рассчитать сварной шов, прикрепляющий плиту базы к сплошной колонне, применяя для этого формулу:

, (5)

где — момент сопротивления расчётного сечения сварного соединения по металлическому шву.

Данная формула применяется, если значение ; то есть расчёт ведётся по металлу шва, а не по металлу границы сплавления (см. [5]).

Только если толщина плиты и сварные соединения колонны с плитой удовлетворяют вышеуказанным расчётам, можно считать соединение колонн с фундаментом по рисунку 1 условно жёстким и в расчётах опорный узел принимать жёстким. При проверке несущей способности уже изготовленных рам с устройством соединения колонн с фундаментом по типу рис. 1 без траверс нельзя считать соединения жесткими.

1. Металлические конструкции. Под ред. Н. С. Стрелецкого, М., 1961.

2. Муханов К. К. Металлические конструкции. М. Строиздат, 1967.

3. Васильев А. А. Металлические конструкции. М. Строиздат, 1975.

4. Металлические конструкции. Справочник проектировщика, Т. 2. Под ред. В. В. Кузнецова, М., 2011.

5. СП. 16. 13330. 2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция. СНиП II-23–81*. М., 2011.

Источник