8.5.6. Особенности расчета общей базы внецентренно-сжатой колонны

База внецентренно-сжатой колонны развивается в плоскости действия изгибающего момента (рис.8.12, а).

Под плитой в бетоне фундамента возникают нормальные напряжения σ_б (рис. 8.12, б), определяемые по формуле внецентренного сжатия:

σ_б = N/A_пл ± M/W_пл= N/(BL) ± 6M/(BL²),

где A_пл и W_пл – площадь и момент сопротивления плиты;

B и L – ширина и длина плиты.

При определенном сочетании усилий N′ и M′ (при большом значении изгибающего момента M′) второй член формулы может оказаться больше первого и под плитой возникают растягивающие напряжения, в этом случае отрыву плиты будут препятствовать анкерные болты.

Рис. 8.12. К расчету базы колонны:

а – общий вид базы; б – распределение напряжений под опорноц плитой

Определение размеров плиты в плане выполняют на комбинацию усилий N и M, дающую наибольшее краевое сжатие бетона.

Шириной плиты задаются конструктивно:

B = b + 2(t_тр + c),

где b – ширина сечения колонны;

t_тр – толщина траверсы (принимают 8 – 16 мм);

с – вылет консольной части плиты (принимают 40 – 150 мм).

Из условия прочности бетона фундамента на сжатие σ_б,max ≤ R_b,loc определяют длину плиты:

где R_b,loc = φ_bR_b (здесь R_b – расчетное сопротивление бетона сжатию; φ_b – коэффициент, учитывающий повышение прочности бетона сжатию в стесненных условиях под опорной плитой).

Установив окончательные размеры опорной плиты (размеры согласуются с ГОСТами на листовую сталь), вычисляют фактические напряжения в бетоне фундамента:

σ_б = N/(BL) ± 6M/(BL²).

Работа и расчет плиты аналогичны работе и расчету ее в базе центрально-сжатой колонны (см. п. 4.5).

Толщину опорной плиты определяют из условия ее прочности на изгиб от отпора фундамента, рассматривая отдельные участки пластинки, опертой по 1, 2… сторонам.

Так как напряжения в бетоне фундамента под плитой распределяются неравномерно, при определении моментов на различных участках величину σ_f принимают наибольшей в пределах каждого участка по эпюре напряжений в бетоне.

Траверсу рассчитывают как двухконсольную балку, шарнирно опертую на пояса колонны под действием отпора бетона фундамента и усилия в анкерных болтах.

Толщиной траверсы предварительно задаются, а ее высоту определяют из условия размещения сварных швов, рассчитанных на срез от реакции балки (траверсы) со стороны наибольшего сжатия. Траверсы приваривают к полкам колонны наружными угловыми швами.

Такие траверсы целесообразны при небольшой ширине колонны (до 500 – 700 мм).

Отрывающее усилие в анкерных болтах определяют в предположении, что сжатие под плитой воспринимается бетоном, а суммарная растягивающая сила Z_a, соответствующая растянутой зоне эпюры напряжений, полностью воспринимается анкерными болтами (см. рис. 8.12).

Исходя из уравнения равновесия сил относительно центра тяжести сжатой зоны бетона M′ – N′а – Z_ay = 0, усилие в анкерных болтах с одной стороны базы определится:

Z_a = (M′– N′а)y,

где а = L/2 – с/3 – плечо силы N′ относительно центра тяжести сжатой зоны бетона;

y = L – с/3 + z_о;

c = σ_б,max L/(σ_б,max+σ_б,min) – длина сжатой зоны бетона.

Требуемую площадь сечения одного анкерного болта из условия его прочности на растяжение определяют по формуле

A_b = Z_a/(nR_baγ_с),

где n – количество анкерных болтов с одной стороны базы;

R_ba – расчетное сопротивление анкерного болта (см. табл. 8.5).