База колонны металлической колонны

Обновлено: 18.05.2024

Каркас бескранового промздания 18х42 м. Верхний обрез фундаментов под стальные колонны 40К1 предлагается не поднимать до отм. пола, дабы базу можно было потом обетонировать и скрыть в полу. Делают ли такое? и где можно про это почитать? Какие "за" и "против" ?

Только так и делают в основном.
Почитать - в любом учебнике МК, в книгах по каркасным промзданиям - в доунлоаде миллион книг лежит.

У меня к книгам тоже такой же вопрос. Потому как при обследовании НВАЭС в свое время видел эти базы своими глазами, необетонированные. Болты толще моей руки и т.д. И пока в своей жизни не видел обетонированных. Как потом восстанавливать окраску? Обычная через 7 лет потрескается.

Насколько помню. База, да и вообще метал, который в бетоне потом, не грунтуют на заводе, а обмазывают цементным молоком. Тогда у него (металла) сцепление с бетоном будет лучше, и краска (которая в бетоне) не облупится и вода на железяку не попадет. Где про это написано - не знаю. Пенсионер рассказывал один про это (с офигенным стажем - светлая ему память)

Только так и делают в основном.
Почитать - в любом учебнике МК, в книгах по каркасным промзданиям - в доунлоаде миллион книг лежит

Книги конкретно не впомню, но "Так было всегда, и так будет. "(с).
Вот фото столетней давности - обетонка баз колонн мартеновского цеха.
Вот серия - в пункте об антикорр. защите ( PPK прав) - прямое указание об обетонке.
Вот мой проект, свежий - конкретный объем обетонки, показан графически и учтен в спецификации.

Доброе утро коллеги. Позвольте задать вопрос в этой ветке. Надеюсь автор не будет против. Так вот, в настоящее время занимаюсь реконструкцией ремонтной мастерской, построенной во времена СССР. Базы колонн к сожалению не обетонированы. В результате наблюдается коррозия (какой степени не могу сказать, в обследовании нет). Вопрос: что можно сделать с этой базой? Почистить пескоструем и обетонировать? Или усилить стенки колонн, т.к. они могли ослабиться от коррозии. и потом обетонировать. p.s. Дополнительного обследования не будет. Фото прилагаю:

Доброе.
Раз обсл. не будет, то так и спроектируйте: "в случае, если после "раскопки" базы будт обнаружена сильная коррозия, то усилить (см. узел А), если не очень , то очистить, огрунтовать преобразователем, покрасить два раза эмалью и обетонировать".
Красить надо, ибо на границе бетон-воздух будет коррозия.
Бетонировать надо, ибо краска не вечна, а бетон - как доп. зашита.

Допустим, что придется усилять. В этом случае в голову приходит только приварить швеллеры полками к колонне или заплатки из листа. Не ослабит ли сварка ещё больше колонну? Ведь варить будут уже нагруженную колонну. Сжимающая сила в колонне при сварке составляет 20 тонн.

Проектирование металлических колонн

Металлические колонны промышленных и гражданских зданий

Стальные колонны являются несущими элементами металлического каркаса здания, воспринимающие основные нагрузки на здание или сооружение. Стальная колонна состоит из базы, оголовка и стержня колонны.

2. Оголовок колонны;

3. Сечение колонны.

РАСЧЕТ КОЛОНН

Проектирование колонн начинают с расчетов. Могут работать как центрально-сжатые стержни, а могут как сжато-изгибаемые элементы. Смотрите соответствующие страницы сайта:

Далее разрабатывают схему расположения колонн. Это может быть схема раздела КМ или КМД. Если объект простой, то это может быть схема в разделе АС.

ЧЕРТЕЖИ

Образец оформления схемы расположения колонн смотрим на странице:

Если мы делаем раздел КМ (Конструкции металлические), то можно ограничиться схемой расположения колонн и узлами. Узлы для схемы КМ смотрите на страницах с колоннами (Список ниже). Но если мы делаем КМД (Конструкции металлические деталировочные), то придется еще и отправочный марки разрабатывать. Без чертежей колонн тут не обойдешься, а так как колонны бывают разные, разложим их по категориям:

2. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые сквозного сечения.

3. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — одноветвевые с консолью для мостовых кранов.

4. ЧЕРТЕЖИ — Колонны — двухветвевые.

Ниже представлена информация для общего развития.

Классификация колонн

Колонны постоянного сечения применяют при отсутствии мостовых кранов большой грузоподъемности и высотой до 9 метров.

Колонны переменного сечения более экономичны, чем колонны постоянного сечения. Используются при наличии мостовых кранов небольшой грузоподъемности (до 50 тн.)

Колонны с ветвями (двухветвевые, трехветвевые и т.д.) используются при наличии кранов большой грузоподъемности (Более 50 тн.)

Характер работы колонн

Центрально — сжатые колонны

Внецентренно — сжатые колонны

Конструкция стальных колонн

Основные конструктивные элементы:

— база (место крепления колонны к фундаменту);

— стержень (средняя часть колонны);

— консоль (участок крепления подкрановой балки);

— оголовок — верхняя часть колонны;

При проектировании колонн могут быть полезными следующие типовые серии:

№ п/п	Номер	Наименование	Примечания
1	Серия 1.423.3-8	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий без мостовых опорных кранов.	Смотреть
2	Серия 1.424-2	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми кранами.	Смотреть
3	Серия 1.424-4	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий.	Смотреть
4	Серия 1.424.3-7	Стальные колонны одноэтажных производственных зданий, оборудованных мостовыми опорными кранами.	Смотреть

Металлические колонны одноэтажных зданий проектируют с постоянным или переменным сечением. Колонны переменного сечения имеют сплошное постоянное сечение надкрановой части, а подкрановая часть может быть сплошного или сквозного сечения.

Колонны сквозного сечения проектируют с ветвями, которые соединяются решеткой. Раздельные колонны проектируют из независимо работающих шатровой и подкрановой ветвями. Если колонны работают на центральное сжатие, при этом изгибающие моменты незначительны, то применяют колонны сплошного сечения, которые выполняют из широкополочных прокатных или сварные двутавров. При изготовлении сквозных колонн используют двутавры, швеллеры и уголки.

Рис. 1. Типы стальных колонн: а, б — постоянного сечения; в – переменного сечения; г — раздельного типа; д — сечение сплошных колонн; е — то же сквозных

В зданиях без мостовых кранов, а также здания с мостовыми кранами грузоподъемностью до 20 тн. высотой до 8,4 м применяют стальные унифицированные колонны постоянного сечения из сварных двутавров с высотой стенки 400 и 630 мм (рис.1 а, б). В зданиях высотой 10,8 … 18,0 м, с кранами грузоподъемностью до 50 тн используют унифицированные колонны, которые проектируют из двух частей: подкрановой и надкрановой (рис.1 в). Для зданий, имеющих высоту более 18 м с мостовыми кранами грузоподъемностью 75 тн. и более, стальные колонны проектируют по индивидуальным проектам. Раздельные колонны применяют в зданиях с мостовыми кранами (125 тн. и более).

Колонны крепятся к фундаменту за счет нижней части в которой предусмотрена стальная база колонны (башмак). Базы колонн крепят к фундаментам анкерными болтами, которые предусматривают в фундаментах при их изготовлении.

Базы колонн

Различают два основных типа баз — шарнирные и жесткие.

Простейшей шарнирной базой для центрально сжатых колонн является база, состоящая из толстой стальной опорной плиты, на которую опирается фрезерованный торец стержня.

Типы баз колонн

Применение баз с передачей усилия через фрезерованный торец стержня колонны целесообразно для колонн со значительной нагрузкой. Для легких колонн (а также в случае отсутствия торцефрезерных станков) применяют базы, в которых все усилие передается на плиту через сварные швы.

Передача усилия от стержня колонны на опорную плиту может быть также осуществлена при помощи траверсы, которая служит для более или менее равномерной передачи силовых потоков от стержня на плиту, приближая конструкцию по характеру воздействия к жесткому «штампу», опирающемуся на фундамент. Одновременно траверса является опорой для плиты при ее работе на изгиб от реактивного (отпорного) давления фундамента. Сама траверса работает на изгиб как двухконсольная балка, опертая на пояса или ветви колонны и нагруженная отпорным давлением фундамента.

Во внецентренно сжатых колоннах, как правило, устраивают жесткие базы, которые могут передавать изгибающие моменты.

С этой целью траверсы приходится развивать в направлении действия момента. При относительно небольших опорных моментах траверсы делают из листов толщиной 10 — 12 мм или швеллеров.

Некоторое применение нашли также базы подкосного типа. Существенным недостатком такой базы являются ее малая жесткость, а также коробление опорной плиты в результате усадки швов, прикрепляющих листовые подкосы.

В колоннах с более тяжелыми крановыми нагрузками, с большими опорными моментами базы и их траверсы приходится еще более развивать.

Удобны, с точки зрения производства сварки открытые одностенчатые башмаки, усиленные ребрами или листовыми подкосами. Последние должны быть приварены швами минимальной толщины во избежание коробления опорного листа.

Открытые одностенчатые башмаки

Одностенчатые башмаки чаще всего применяются в сплошных колоннах постоянного сечения. К их недостаткам относится малая жесткость из плоскости рамы.

Подносный двухстенчатый разъемный башмак

Вариант двухстенчатого башмака с подкосами может быть применен для самых тяжелых колонн; при этом ввиду больших размеров базы, препятствующих транспортировке колонны с базой в целом виде, подобные башмаки иногда делают разъемными.

В сплошных колоннах переменного сечения весьма распространенным типом является сварной башмак с раздельными траверсами — одностенчатый в пределах стенки и двухстенчатый у ветвей.

Башмак с раздельными траверсами

В сквозных колоннах промышленных зданий обычно применяются базы раздельного типа, состоящие из двух самостоятельных башмаков, соединенных уголковыми связями.

База сквозной колонны

При большом расстоянии между ветвями они более экономичны, чем сплошные башмаки.

Клепаные башмаки устраиваются только в клепаных колоннах; по своей конструкции они аналогичны сварным башмакам.

Клепаный башмак сплошной колонны

Прикрепление башмаков к фундаментам осуществляется при помощи анкерных болтов (анкеров), заделываемых в фундамент при бетонировании. В центрально сжатых колоннах анкерные болты не рассчитывают и размеры их назначают по конструктивным соображениям (d = 22 — 26 мм).

В изгибаемых защемленных колоннах анкерные болты работают на растяжение от изгибающего момента. В этом случае их диаметр и длина назначаются по расчету.

Для удобства монтажа в верхней части фундамента вокруг анкерных болтов иногда оставляют колодцы сечением около 100 X 100 мм и глубиной 500 мм, которые позволяют производить незначительный отгиб болтов. При установке анкеров с применением жестких кондукторов (что особенно рекомендуется) колодцев не делают.

Отверстия в башмаке для анкерных болтов, как правило, делают диаметром, большим диаметра болтов, закрывая их монтажными шайбами, привариваемыми к башмаку после установки колонны в проектное положение. После установки колонн базы обетониваются для предохранения от коррозии.

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Башмак внецентренно сжатой колонны оказывает неравномерное давление на поверхность фундамента. В направлении действия момента плита башмака оказывает на фундамент сжимающее действие, а с противоположной стороны стремится оторваться от поверхности фундамента….

Расчет опорной плиты и траверсы центрально сжатой колонны Размеры опорной плиты центрально сжатой колонны определяются по расчетному сопротивлению бетона фундамента осевому сжатию R6 (принимаемому равным 44 кг/см2 для бетона марки…

Расчет и конструирование баз

Расчет опорной плиты и траверсы центрально сжатой колонны

Размеры опорной плиты центрально сжатой колонны определяются по расчетному сопротивлению бетона фундамента осевому сжатию R₆ (принимаемому равным 44 кг/см 2 для бетона марки 100). Минимальная площадь плиты определяется по формуле

где N — расчетное усилие в колонне.

Найдя необходимую площадь плиты, переходят к конструированию башмака, назначая ширину плиты В несколько больше ширины колонны.

Плита работает на изгиб от равномерно распределенной нагрузки (отпорного давления фундамента)

причем различные участки плиты будут находиться в разных условиях изгиба. На фигуре показана плита, на которой могут быть выделены три различных участка.

К расчету опорной плиты центрально сжатой колонны

Первый участок плиты 1 работает и рассчитывается как консоль. Для этого выделяют полосу шириной 1 см и подсчитывают момент в сечении I — I:

Момент сопротивления плиты толщиной 8 и шириной 1 см будет равен

Плита должна иметь достаточную толщину, чтобы равномерно передавать нагрузку на бетон, не прогибаясь при этом (как показано в преувеличенном виде), т. е. башмак должен работать как жесткий штамп.

Используя полное напряжение в плите, равное расчетному сопротивлению, можно записать условно

откуда связь между толщиной плиты и вылетом консоли получается в следующем виде:

Второй участок плиты 2 работает как плита, опертая по четырем сторонам и нагруженная снизу той же равномерно распределенной нагрузкой q = σ_б. Расчет такой прямоугольной плиты, у которой максимальный момент действует в ее центре, производится при помощи таблиц, составленных акад. Б. Г. Галеркиным, по формулам

Здесь М_а и М_b — моменты, вычисленные для полос шириной 1 см в направлении размеров а и b; α — длина короткой стороны прямоугольника; α₁ и α₂ — коэффициенты, принимаемые по таблице в зависимости от отношения стороны b (более длинной стороны) к α.

В случае, если — b/a > 2, определение момента может быть произведено для полосы, вырезанной вдоль короткой стороны, как в однопролетной балке (смотрите таблицу ниже, последний столбец).

В предположении упругого защемления краев плиты можно полученные по формуле (34.VIII) или как в однопролетной балке моменты уменьшить на 25%.

Третий участок плиты 3 работает как плита, опертая по трем сторонам. Наиболее опасным местом такой плиты является середина ее свободного края. Момент в этом сечении определяется по формуле

где α₃ — коэффициент, принимаемый по таблице;

d₁ — длина свободного края плиты.

Определение толщины плиты производится по необходимому моменту сопротивления плиты

При конструировании базы следует стремиться к тому, чтобы толщины на различных участках плиты, определяемые по формулам (33.VIII) и (36.VIII), были близкими друг к другу. Этого можно достичь, изменяя размеры a, b и с. Так, например, на фигуре, в путем постановки диафрагмы, участок 3 (внизу) разбивается на два: на участок 4, опертый по четырем сторонам, и на участок 5, опертый по трем сторонам, но с меньшим размером а₁.

Обычно толщину опорной плиты принимают в пределах 16 — 40 мм (кроме плит колонн с фрезерованными торцами, где толщина может быть больше).

Высота траверсы определяется из условия размещения сварных швов, через которые усилия со стержня колонны передаются на траверсу.

Расчет опорной плиты и анкерных болтов внецентренно сжатой колонны

Схема к расчету анкерных болтов

Этому отрыву препятствуют анкерные болты, осуществляющие защемление колонны. При конструировании первоначально задаются шириной плиты базы В. Длина плиты определяется из того условия, чтобы максимальное напряжение в фундаменте у края плиты σб макc было меньше расчетного сопротивления бетона сжатию:

При этом наибольшее растягивающее напряжение у противоположного края плиты будет равно

Комбинация нагрузок для определения N и М при этом выбирается наиневыгоднейшая.

Решая уравнение (37.VIII) относительно L, можно определить необходимую длину плиты по принятой ширине плиты В и заданному расчетному сопротивлению бетона R_б:

После определения размеров плиты L и В переходят к конструированию базы и определению толщины плиты.

При определении толщины плиты предполагают (несколько в запас прочности), что плита нагружена равномерно распределенной нагрузкой q = σ_б макс (так как большей частью моменты бывают разных знаков). Исключение допускают только для средних участков плиты, которые можно рассчитывать на равномерно распределенную нагрузку, равную максимальному напряжению, соответствующему краю данного участка.

При расчете анкерных болтов исходят из предположения, что растягивающая сила Z, определяемая растянутой зоной эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами.

Поэтому, составляя уравнение равновесия относительно центра тяжести D сжатой треугольной зоны; эпюры напряжений, т. е. точки приложения равнодействующей сил сжатия, получим

Отсюда суммарное усилие Z во всех анкерных болтах, находящихся на одной стороне башмака:

и соответственно общая площадь сечения этих анкеров (считая по нарезке)

где m — коэффициент условий работы колонны;

m_с — коэффициент условий работы анкерных болтов, принимаемый равным 0,65;

R_p — расчетное сопротивление анкерных болтов растяжению, принимаемое равным 2 100 кг/см 2 для болтов из стали Ст. 3.

Величина а определяется из геометрического соотношения

При определении величины с принимаются абсолютные значения σб (без учета их знака).

Плечо анкерных болтов, т. е. размер у, определяют следующим образом. Сначала конструируют деталь прикрепления анкера к башмаку колонны и тем самым определяют размер е. Искомый размер у получится из уравнения

При расчете анкерных болтов необходимо принимать комбинацию нагрузок, дающую при минимальном N максимальное значение М (например, при ветре, но без кранов и снега).

Площадь сечения одного анкера, очевидно, получится, если общую площадь, определенную по формуле (41.VIII), разделить на количество анкеров, расположенных на одной стороне башмака. Обычно на другой стороне башмака анкерные болты ставят симметрично.

Диаметр анкеров принимается в пределах от 20 до 76 мм, так как более толстые анкерные болты сложны в изготовлении. Закрепление анкеров в фундаменте может осуществляться путем сцепления их с бетоном, чем и определяется глубина их заделки, или при помощи опорных шайб.

Типы анкерных закреплений

При определении длины заделки анкерных болтов можно руководствоваться таблицей. Нарезку анкера обычно делают длиной 120 — 150 мм. При конструировании базы необходимо следить за тем, чтобы можно было свободно повернуть гайку при затяжке болта. Поэтому минимальное расстояние от оси болта до траверсы желательно принимать равным 1,5 d (где d — диаметр болта).

Анкерные болты выносят за опорную плиту для того, чтобы во время монтажа колонну можно было двигать во все стороны (примерно на 20 мм), устанавливая ее по оси.

Высота траверсы назначается из условия размещения сварных швов или заклепок, прикрепляющих стержень колонны к траверсе.

Определение толщины плиты

Определение толщины плиты под подкрановую ветвь из
условия ее работы на изгиб.

Пример. Требуется рассчитать конструкцию башмака решетчатой колонны, показанную на фигуре. Максимальные расчетные усилия в колонне принимаем те же, что и в примере:

В этом примере были определены наибольшие усилия в ветвях в подкрановой ветви N_п.в = 135,75 т; в наружной ветви N_н.в = 113 т.

Расчетная комбинация усилий в колонне для расчета анкерных болтов (от постоянной и ветровой нагрузок) принята:

Расчетное сопротивление осевому сжатию бетона марки 100 Rб = 44 кг/см 2 . Материал башмака Ст. 3; электроды типа Э42. Коэффициент условий работы m = 1.

Решение. 1) Определяем необходимую площадь опорных плит:

под подкрановую ветвь

под наружную ветвь

Назначаем размеры плит:

Давление на бетон будет равно:

2) Определяем необходимую толщину плиты под подкрановую ветвь из условия ее работы на изгиб. На участке 2 плита работает как консоль от определенной нагрузки в виде отпорного давления бетона q = σ_б.

Момент в консоли

На участке 1 плита оперта по трем сторонам и также нагружена равномерно распределенной нагрузкой при отношении сторон

находим по таблице коэффициент σ₃ = 0,128. Максимальный изгибающий момент в середине свободной стороны равен

Этот момент больше консольного, а потому и подбираем по нему толщину плиты [по формуле (36.VIII)]

Принимаем δ_пл = 24 мм.

3) Производим расчет траверсы и ребер базы. Принимаем траверсу из листов 450 X 12 и толщину швов, прикрепляющих ветвь к траверсе, h_ш = 10 мм. Предполагая при расчете швов, что усилие ветви передается на опорную плиту только через листы траверсы, которые привариваются к двутавру четырьмя швами, и принимая расчетную длину шва равной l_ш = 45 — 2 = 43 см (где 2 см — вычет на непровар концов швов), найдем напряжение в швах

В швах, прикрепляющих листы траверсы к плите, при h_ш = 10 мм напряжение будет равно

Проверяем среднее ребро, укрепляющее плиту; это ребро с размерами 350 X 300 X 10 воспринимает давление от бетона σ_б с грузовой площади шириной 370:2 = 185 мм.

Нагрузка, действующая на ребро, будет равна:

Для ребра, работающего как консоль, защемленная в стенку, найдем:

Опорная реакция консоли А, сдвигающая ребро относительно стенки:

Производим расчет сварных швов, прикрепляющих консоль к стенке. Имеются два сварных шва h_ш = 10 мм. Шов подвергается действию срезывающей силы А и момента М. Проверку производим по условней формуле

4) Производим расчет анкерных болтов. Необходимая суммарная площадь сечения анкерных болтов, прикрепляющих наружную ветвь колонны, определится по формуле (41.VIII):

Здесь а = 45,2 см — расстояние от оси колонны до середины опорной плиты подкрановой ветви;

у — 100 см — расстояние от оси рассчитываемых анкеров до середины той же плиты;

m_с = 0,65 — коэффициент условий работы анкерных болтов;

R_p — 2 100 кг/см 2 — расчетное сопротивление растяжению анкерных болтов.

Значения а и у определяем, исходя не из формул (42.VIII) и (43.VIII), выведенных для сплошной опорной плиты, а из условий равновесия, приравнивая нулю сумму моментов всех сил относительно центра сжатой эпюры напряжений.

Найденную суммарную площадь сечения болтов делим на 2 (число болтов):

По таблице принимаем болты диаметром d = 56 мм, длина забелки в бетон l₃ = 1 000 мм.

Читайте также: