Жесткие базы колонн

Режим Жесткие базы колонн предназначен для проектирования и оценки несущей способности конструктивных решений узлов баз колонн, с помощью которых реализовано жесткое закрепление колонны в фундаменте. Этот режим охватывает широкий спектр конструктивных решений узлов данного типа, а именно:

Конструктивные решения первых четырех типов баз колонн предусматривают отсутствие каких-либо дополнительных деталей, подкрепляющих опорную плиту, такие базы проектируют, как правило, для бескрановых зданий или для зданий с кранами малой грузоподъемности. Базы колонн с траверсами, в которых анкерные болты работают в составе опорной плиты, предусматривают наличие дополнительных конструктивных элементов (траверс и консольных ребер), обеспечивающих более равномерное распределение напряжений в бетоне фундамента под опорной плитой.

При работе этого режима в соответствии с выбранным нормативным документом выполняются проверки:

а

б

в

г

д

Рис.1. Типы конструктивных решений узлов жестких баз колонн без траверс и консольных ребер

 

 

а

б

в

г

д

е

ж

 

з

и

Рис.  2. Типы конструктивных решений узлов жестких баз колонн с траверсами и консольными ребрами

 


а

б

Рис. 3. Типы конструктивных решений узлов жестких баз колонн с выносными траверсами
 
 

Главное окно режима Жесткие базы колонн включает следующие страницы: Конфигурация, Усилия, Конструкция, Сварка, Чертеж и Кривые взаимодействия.

На странице Конфигурация пользователем определяются исходные данные для расчета (задается сечение колонны, класс стали для колонны, класс бетона фундамента, коэффициент условий работы колонны и коэффициент надежности по ответственности). Выбор типа сечения колонны реализуется нажатием соответствующей кнопки: Прокатный двутавр или Сварной двутавр. В соответствии со сделанным выбором изменяется интерфейс страницы Конфигурация. Для прокатного двутавра, выбранного в качестве типа поперечного сечения колонны, необходимо определить сортамент и номер профиля в данном сортаменте. Это осуществляется в диалоговом окне Выбор профиля, которое становится доступным после нажатия кнопки Выбор сечения колонны.

Если в качестве типа сечения колонны выбран сварной двутавр, необходимо определить размеры поперечного сечения колонны: высоту hw и толщину tw стенки, ширину bf и толщину tf полки. Размеры поперечного сечения колонны вводятся в таблицу в миллиметрах. Заметим, что толщины полок и стенки можно ввести вручную или же выбрать из выпадающего списка, в котором содержится набор толщин, соответствующий сортаменту листовой стали. Обеспечена возможность графического контроля поперечного сечения колонны в информационном окне, которое становится доступным после нажатия кнопки Предварительный просмотр (image\ebx_630612231.gif).

Материалы, использующиеся для расчета и проектирования узла жесткой базы колонны, определяются нажатием одноименных кнопок Сталь колонны (служит для назначения стали самой колонны) и Сталь плиты (служит для назначения стали опорной плиты базы, траверс и консольных ребер). В выпадающем списке Бетон предлагаются для выбора классы бетона для фундамента.

Коэффициент условий работы колонны можно ввести в соответствующем окне ввода или же выбрать в диалоговом окне Коэффициенты условий работы, нажав на расположенную рядом кнопку ().

Коэффициент условий работы опорной плиты базы колонны вычисляется в данном режиме автоматически. Пользователю необходимо задать коэффициент условий работы колонны, а не опорной плиты.

На этой же странице в выпадающем списке Коэффициент надежности по ответственности необходимо задать соответствующий коэффициент, на который в последующем будут умножены все расчетные значения внутренних усилий для всех расчетных комбинаций нагружений, действующих в опорном сечении колонны. В том случае, когда значения внутренних усилий в опорном сечении колонны получены по результатам анализа системы уже с учетом коэффициента надежности по отвественности (т.е., например, когда расчетные значения прикладываемых нагрузок были получены с учетом данного коэффициента), в выпадающем списке Коэффициент надежности по ответственности необходимо выбрать значение равное единице.

Нажатие кнопки Основная надпись обеспечивает доступ к одноименному диалоговому окну, предназначенному для заполнения штампа чертежа, используемого в эскизе проектного решения узла базы колонны жесткого типа. Кнопка Сохранить как шаблон позволяет запомнить внесенную информацию как шаблон штампа в данном сеансе работы с программой. Использовать сохраненный шаблон можно как в текущем, так и в других режимах работы программы, нажав на кнопку Загрузить шаблон.

На странице Сварка задаются параметры сварных соединений для узла. В группе Параметры соединения в специальных выпадающих списках необходимо назначить тип и вид сварки, а также определить положение шва. В режиме Узлы ферм реализованы виды сварки, соответствующие табл. 34* СНиП II-23-81* (табл. 36 СП 53-102-2004, табл. 38 СП 16.13330, табл. 1.112.2 ДБН В.2.6-163:2010 или табл. 16.2 ДБН В.2.6-198:2014), а именно: ручная, полуавтоматическая проволокой сплошного сечения при диаметре сварочной проволоки менее 1.4 мм, автоматическая и полуавтоматическая при диаметре сварочной проволоки 1.4…2.0 мм, автоматическая при диаметре сварочной проволоки 3…5 мм и полуавтоматическая порошковой проволокой. При этом положение сварных швов может быть в лодочку, нижнее, горизонтальное, вертикальное, потолочное. В группе Свойства материалов для сварки отображаются значения расчетного сопротивления угловых швов на условный срез по металлу шва Rwf и нормативного сопротивления металла шва Rwun. Определить эти значения можно в диалоговом окне Материалы для сварки, которое становится доступным после нажатия на кнопку image\ebx_-227029061.gif.

На странице Усилия задаются внутренние усилия, действующие в узле базы колонны: N – продольное усилие; My и Mz – изгибающие моменты в двух плоскостях; Qz и Qy – соответствующие им поперечные силы.

Для ориентации заданных внутренних усилий относительно главных осей инерции поперечных сечений, сходящихся в узле, каждый стержень узла связывают с локальной (местной) системой координат xyz. В программе реализована следующая ориентация локальных систем координат стержней: ось x-x направлена от начала стержня (начального узла) до конца (конечного узла), оси y-y и z-z (главные центральные оси инерции поперечного сечения стержня) вместе с осью x-x образуют правостороннюю систему координат Декарта. При этом ось y-y параллельна плоскости XoY глобальной системы координат, а ось z-z направлена в верхнее полупространство.

Таким образом, реализован общий случай нагружения колонны: двухосный изгиб со сжатием или растяжением. На рисунке, расположенном рядом с таблицей внутренних усилий, определены положительные направления внутренних усилий в сечениях элементов базы колонны. При нажатии кнопки Добавить в таблице усилий появляется новая строка, в которую необходимо ввести значения внутренних усилий для текущей комбинации нагрузок. Количество расчетных комбинаций нагрузок произвольно. Единицы измерения внутренних усилий, действующих в узле, определяются на странице Единицы измерения диалогового окна Настройки приложения. По умолчанию единицы измерения продольных и поперечных усилий – тонны, изгибающих моментов – тонны х метры. Изменение силовой плоскости выполняется одноименной кнопкой и приводит к переносу значений My и Qy в графы таблицы Mz и Qz, соответственно, и наоборот.

Таблица может быть заполнена и путем импорта из SCAD данных, описывающих расчетные сочетания усилий (РСУ). Файл с расширением .rsu2 создается в режиме Информация об элементе комплекса SCAD и импортируется по нажатии кнопки image\ebx_-227029061.gif. Отметим, что при создании в SCAD файла .rsu2 следует предварительно оставить в таблице расчетных сочетаний только те комбинации, которые соответствуют сечению стержневого элемента, примыкающего к узлу.

Страница Конструкция содержит группу кнопок для выбора конструктивного решения узла базы колонны жесткого типа.

Для проверки несущей способности известного конструктивного решения базы колонны в соответствии с требованиями норм необходимо задать все расчетные параметры узла. К таким параметрам относим размеры и толщины конструктивных элементов, входящих в состав узла, диаметры фундаментных болтов, размеры, регламентирующие расположение элементов относительно друг друга, катеты сварных швов, количество болтов, количество рядов болтов и др. Параметры узла вводятся в таблице, расположенной на странице справа. Диаметр, марка стали фундаментных болтов, а также их количество (для некоторых типов баз) задаются в специальных выпадающих списках, объединенных в группу Болты фундаментные. По умолчанию единицами измерения линейных размеров приняты миллиметры.

При нажатии кнопки Проектирование появляется  меню .

Если выбран первый пункт меню Все параметры не заданы, то выполняется автоматизированный подбор всех параметров конструктивного решения узла и при этом предполагается, что параметры конструкции узла не известны, а заданные ранее их значения игнорируются. Если же выбран пункт меню Некоторые параметры заданы, то для незаданных параметров (тех, которые в списке параметров равны нулю) программа автоматически определит их значения при фиксированных значениях заданных параметров.

Автоматизированный подбор проектного решения базы колонны совершался на базе анализа его чувствительности по отношению к варьированию управляемых параметров узла с учетом условий обеспечения необходимой несущей способности и конструктивных ограничений, регламентированных нормами (подробнее см. Назначение). При этом в качестве управляемых параметров узлов жестких баз колонн принимались диаметр анкерных болтов и толщина опорной плиты, а также габариты опорной плиты базы.

При нажатии кнопки Вычислить программа выполняет проверку несущей способности сечений элементов, примыкающих к узлу (колонны), конструктивных элементов узла (опорной плиты, траверс, анкерных плит и т.д.) и их соединений (анкерных болтов и сварных) при заданных (или ранее подобранных) значениях всех параметров узла в соответствии с требованиями норм.

Как при нажатии кнопки Проектирование, так и при нажатии кнопки Вычислить в поле Kmax, расположенном в нижней части окна, выводится максимальное из всех коэффициентов использования ограничений значение фактора (наиболее опасного) и указывается вид нормативной проверки (прочность, устойчивость, местная устойчивость и т.п.), при котором этот максимум реализовался, а также выполняется генерация чертежа конструктивного решения узла стыка балок жесткой базы колонны стадии КМ.

Полный перечень выполненных доступен по нажатию кнопки Факторы в специальном диалоговом окне Диаграмма факторов, где можно ознакомиться со значениями всех коэффициентов использования ограничений, представленных тут в числовой и графической формах. Список выполняемых программой проверок несущей способности элементов и соединений узлов жестких баз колонн представлен в таблице.

С помощью кнопки Отчет предусмотрена возможность формирования отчетного документа, который содержит исходные данные и результаты расчета.

Список проверок несущей способности элементов и соединений конструктивных решений узлов жестких баз колонн

№ п/п

Название фактора

Тип базы

Ссылка на

СНиП II-23-81*

Ссылка на
СП 53-102-2004

Ссылка на СП 16.13330

Ссылка на
ДБН B.2.6-163:2010

Ссылка на
ДБН B.2.6-198:2014

ШНК 2.03.05-13

1.

Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых по контуру

рис. 2, а, б, з, и; рис. 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.6.2, (101), (103)

п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2

п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2

п. 7.12

2.

Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых на три стороны

рис. 2; 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.6.2, (101), (104)

п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2

п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2

п. 7.12

3.

Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на участках, опертых на две стороны, которые сходятся под углом

рис. 2, а, б, ж

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.6.2, (101), (104)

п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.2), табл.Н.2

п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2

п. 7.12

4.

Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на консольных участках плиты

рис. 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.6.2, (101), (102)

п.1.7.2, (1.7.1), п.Н, (Н.1)

п.11.2, (11.1), п. М, (М.1), (М.2) табл. М.2

п. 7.12

5.

Прочность опорной плиты по нормальным напряжениям на свободных трапециевидных участках плиты

рис. 1; 2; 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.6.2, (101)

п.1.7.2, (1.7.1)

п.11.2, (11.1)

п. 7.12

6.

Прочность бетона фундамента на местное смятие под плитой

рис. 2; 3

            

7.

Прочность крепления колонны к опорной плите

рис. 1

п. 11.2*, (120)-(121)

п. 15.1.16, (155), (156)

п. 14.1.16, (176), (177)

п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)

п. 16.1.16, (16.2), (16.3)

п. 13.2,(129)-(130)

8.

Прочность крепления траверсы к полкам колонны

рис. 2, а, б, з, и; рис. 3

п. 11.2*, (120)-(121)

п. 15.1.16, (155), (156)

п. 14.1.16, (176), (177)

п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)

п. 16.1.16, (16.2), (16.3)

п. 13.2,(129)-(130)

9.

Прочность крепления траверсы к опорной плите

рис. 2, а, б, з, и; рис. 3

п. 11.2*, (120)-(121)

п. 15.1.16, (155), (156)

п. 14.1.16, (176), (177)

п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3)

п. 16.1.16, (16.2), (16.3)

п. 13.2,(129)-(130)

10.

Прочность крепления консольного ребра к полкам колонны

рис. 2, в, г, д, е; рис. 3

п. 11.4, (33)

п. 15.1.15, (38)

п. 14.1.15, (44)

п.1.12.1.15, (1.5.4)

п. 16.1.15, (9.4)

п. 13.4

11.

Прочность крепления консольного ребра к траверсе

рис. 2, а, б, ж

п. 11.5, (120)-(123), (126)

п. 15.1.16, (155), (156), п.15.1.17, (157), (158), п. 15.1.19, (161)

п. 14.1.16, (176), (177), п. 14.1.17, (178), (179), п. 14.1.19, (182), (183)

п.1.12.1.16, (1.12.2), (1.12.3), п.1.12.1.17, (1.12.4), (1.12.5), п.1.12.1.19, (1.12.8), (1.12.9)

п. 16.1.16, (16.2), (16.3), п. 16.1.17, (16.4), (16.5), п. 16.1.19, (16.8), (16.9)

п. 13.5, (129)-(132), (135)

12.

Прочность фундаментных болтов

рис. 1; 2; 3

п. 11.7*, (129), п. 11.8, (130)

п. 15.2.9, (167), п. 15.2.10, (168)

п. 14.2.9, (186)-(188), п.14.2.10, (189))

 п.1.12.2.9, (1.12.12) –(1.12.14), п.1.12.2.10, (1.12.15),

п. 16.2.9, (16.12) –(16.14), п. 16.2.10, (16.15)

п. 13.7*, (138), п. 13.8, (139)

13.

Прочность траверсы по касательным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (29)

п. 9.2.1, (36)

п. 8.2.1, (42)

п.1.5.2.1, (1.5.2)

п. 9.2.1, (9.2)

п. 7.12,(25)

14.

Прочность траверсы по приведенным напряжениям

рис. 3

п. 5.14*, (33)

п. 9.2.1, (38)

п. 8.2.1, (44)

п.1.5.2.1, (1.5.4)

п. 9.2.1, (9.4)

п. 7.12,(29)

15.

Прочность траверсы по нормальным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.2.1, (41)

п.1.5.2.1, (1.5.1)

п. 9.2.1, (9.1)

п. 7.12,(24)

16.

Прочность консольного ребра по касательным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (29)

п. 9.2.1, (36)

п. 8.2.1, (42)

п.1.5.2.1, (1.5.2)

п. 9.2.1, (9.2)

п. 7.12,(25)

17.

Прочность консольного ребра по приведенным напряжениям

рис. 3

п. 5.14*, (33)

п. 9.2.1, (38)

п. 8.2.1, (44)

п.1.5.2.1, (1.5.4)

п. 9.2.1, (9.4)

п. 7.12,(29)

18.

Прочность консольного ребра по нормальным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (28)

п. 9.2.1, (35)

п. 8.2.1, (41)

п.1.5.2.1, (1.5.1)

п. 9.2.1, (9.1)

п. 7.12,(24)

19.

Прочность анкерной пластинки по касательным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (29)

п.9.2.1, (36)

п. 8.2.1, (42)

п.1.5.2.1, (1.5.2)

п. 9.2.1, (9.2)

п. 7.12,(25)

20.

Прочность анкерной пластинки по приведенным напряжениям

рис. 3

п. 5.14*, (33)

п.9.2.1, (38)

п. 8.2.1, (44)

п.1.5.2.1, (1.5.4)

п. 9.2.1, (9.4)

п. 7.12,(29)

21.

Прочность анкерной пластинки по нормальным напряжениям

рис. 3

п. 5.12, (28)

п.9.2.1, (35)

п. 8.2.1, (41)

п.1.5.2.1, (1.5.1)

п. 9.2.1, (9.1)

п. 7.12,(24)

Примечания:

 

  1. Расчетное сопротивление металла границы сплавления сварных угловых соединений Rwz определено по формуле табл. 3 СНиП II-23-81* или табл. 4 СП 53-102-2004 (СП 16.13330) или табл.1.3.3 ДБН В.2.6-163:2010 или по табл. 7.3 ДБН В.2.6-198:2014 или по табл. Е.9 приложения Е ШНК 2.03.05-13.

  2. Расчетное сопротивление стыковых сварных швов Rwz определено по формуле табл. 3 СНиП II-23-81* или табл. 4 СП 53-102-2004 (СП 16.13330) или табл.1.3.3 ДБН В.2.6-163:2010 или по табл. 7.3 ДБН В.2.6-198:2014 или табл. Е.9 приложения Е ШНК 2.03.05-13 при отсутствии физических методов контроля качества.

  3. При расчете опорной плиты учтен коэффициент условий работы γc в соответствии с поз. 11 табл. 6* СНиП II-23-81* или поз. 3.9 табл. 1 СП 53-102-2004 (или поз. 9 табл. 1 СП 16.13330) или поз. 9 табл.1.1.1 ДБН В.2.6-163:2010 или поз. 9 табл. 5.1 ДБН В.2.6-198:2014 или поз. 13 табл. F.1 приложения F ШНК 2.03.05-13.

  4. При расчете болтовых соединений учтен коэффициент условий работы γb, значение которого принято в соответствии с поз. 1 табл. 35* СНиП II-23-81* и примечанием к табл. 38 СП 53-102-2004 (или примечание к табл. 41 СП 16.13330) или табл.1.12.4 ДБН В.2.6-163:2010 или табл. 16.4 ДБН В.2.6-198:2014 или табл. F.2 приложения F ШНК 2.03.05-13 как для многоболтового соединения на болтах класса точности В и С, а также на высокопрочных болтах с нерегулируемым натяжением.

  5. Катеты угловых сварных швов принимались по расчету, но не менее конструктивно минимальных катетов, указанных в табл. 38* СНиП II-23-81* и табл. 35 СП 53-102-2004 (или табл.38 СП 16.13330) или табл.1.12.1 ДБН В.2.6-163:2010 или табл. 16.1 ДБН В.2.6-198:2014 и не более максимальных, оговоренных в п. 12.8, а) СНиП II-23-81* и п. 15.1.7, а) СП 53-102-2004 (или п.14.1.7, а) СП 16.13330) или п.1.12.1.5, б) ДБН В.2.6-163:2010 или п. 16.1.5, б) ДБН В.2.6-198:2014 или в табл. 29 ШНК 2.03.05-13.

Расчетная длина фланговых угловых сварных швов принималась не более максимального значения, определенного в п. 12.8, г) СНиП II-23-81* и п. 15.1.7, г) СП 53-102-2004 (или п.14.1.7, г) СП 16.13330) или п.1.12.1.5, д) ДБН В.2.6-163:2010 или п. 16.1.5, д) ДБН В.2.6-198:2014.

 

При переходе на страницу Чертеж выполняется проверка и проектирование узла аналогично режиму Вычислить. Если результаты анализа параметров элементов узла не противоречат конструктивным и нормативным требованиям, то выполняется генерация чертежа узлового решения стадии КМ.

В верхней части страницы Чертеж расположена панель инструментов с кнопками управления (image\ebx_1256080553.gif), которые обеспечивают возможность масштабирования графического изображения, его сохранение в формате DWG (DXF) системы AutoCAD и печать.

На странице Кривые взаимодействия строятся кривые, ограничивающие область несущей способности заданного (или подобранного) конструктивного решения узла жесткой базы колонны при действии в нем различных пар внутренних усилий, которые могут возникнуть в опорном сечении колонны.

Для получения такой кривой необходимо нажать кнопку Показать. При этом, выбор пары варьируемых внутренних усилий выполняется в выпадающем списке, а все остальные усилия полагаются равными тем значениям, которые заданы в группе Фиксированные значения усилий.

С помощью курсора можно обследовать представленную на графике область несущей способности узла жесткой базы. Каждому положению курсора соответствует определенная пара числовых значений варьируемых усилий, величины которых отображаются в соответствующих полях. Нажатие правой кнопки мыши позволяет увидеть список выполненных проверок и значений факторов для того набора внутренних усилий, который соответствует текущему положению курсора на области кривой взаимодействия.

Одновременно в поле Коэффициент выводится максимальное значение коэффициента использования ограничений Kmax, соответствующее текущим значениям внутренних усилий, а в поле Критический фактор выдается название типа проверки, для которой он вычислен. Если курсор мыши располагается за границами области несущей способности, где Kmax > 1, то рядом с названием типа проверки появляется предупреждающий знак .

Кроме того, окно содержит три кнопки:   , которые позволяют выполнить следующие действия:

 — если заданы усилия, то нажатие этой кнопки приведет к отрисовке точек, координаты которых в области несущей способности соответствуют этим усилиям;

 — отрисовка выпуклой оболочки указанных выше точек, т.е. всего множества точек, которые могут быть результатом линейной комбинации заданных усилий, в том числе и их неполных значений;

 — сохранение в текстовом файле тех усилий, которые приводят к Kmax=1 (в дальнейшем данный файл можно импортировать в другие программы для дальнейшего анализа).