База сталевої колони: опорна плита, анкери й розрахунок товщини плити за ДБН В.2.6-198

З чого складається база колони й як вона передає зусилля

База колони — це опорна плита, приварена до низу колони, і анкерні болти у фундаменті. Траверси й консольні ребра, якщо вони є, передають зусилля з колони на виступні частини плити.

ДБН В.2.6-198:2014 (п. 11.1) називає два способи передати розрахункове зусилля на плиту:

• через фрезерований торець колони, який обпирається на стругану поверхню плити (бази з фрезерованим торцем);
• через зварні шви (бази з траверсами й консольними ребрами).

У базі з фрезерованим торцем розрахункове зусилля стиску вважають таким, що цілком передається через торці (п. 17.13.1). Базу з фрезерованим торцем застосовують лише для центрально-стиснутих колон: моменту в стійці там не повинно бути. Опір торця зминанню за наявності пригонки — розрахунковий опір Rp із таблиці Г.4.

Розміри плити в плані

Розміри плити в плані визначають за міцністю бетону фундаменту (п. 11.1). Тиск під плитою не повинен перевищувати розрахункового опору бетону місцевому стиску за нормами проєктування бетонних і залізобетонних конструкцій, а клас бетону й розміри фундаменту задає проєкт фундаменту. Які зусилля колона передає в рівні плити, розібрано в статті Фундамент під колону, щоглу чи опору.

Коли діє момент, тиск нерівномірний, і кожну ділянку рахують із середнім тиском під нею (додаток М). Виступи за колоною мають вмістити шви, анкери й гайки з шайбами, а довший виступ потребує товщої плити.

Товщина плити: формула (11.1)

Товщину плити визначають з умови міцності при згині (п. 11.2, формула 11.1):

t ≥ √( 6 · Mmax · γn / ( Ry · γc ) )

Mmax — найбільший із моментів на різних ділянках плити, тож спершу плиту розбивають на ділянки й рахують момент кожної. Решту величин зібрано в таблиці.

Згинальні моменти на ділянках плити

Колона, траверси й ребра ділять плиту на ділянки. Для консольної ділянки (виступ за полицею чи ребром) діє формула М.1, де c — виліт консолі:

M = 0,5 · q · c²

Для ділянки, обпертої на дві взаємно перпендикулярні, три чи чотири сторони, — формула М.2:

M = αp · q · bp²

Значення αp для кожної схеми обпирання й відношення ap / bp беруть із таблиці М.2 за схемами, які там наведено. Розміри ap і bp приймають у світлі (примітка 1). Для ділянки на три сторони при ap / bp менше за 0,35 момент рахують як для консолі завдовжки ap, а між 0,35 і 0,5 значення знаходять лінійною інтерполяцією (примітка 2).

Норми допускають враховувати суміжні ділянки, що розвантажують плиту. Виліт c і розмір bp входять у моменти в квадраті, тому довгий виступ без ребра швидко збільшує потрібну товщину.

Приклад: плита під двотавр № 30 і N = 600 кН

Колону з двотавра № 30 розраховано в статті про розрахунок сталевої колони. Дані ті самі: двотавр № 30 (висота 300 мм, ширина полиці 135 мм), N = 600 кН, γn = 1,05. Прийнято плиту 400 × 400 мм зі сталі С345, статичне навантаження, рівномірний тиск; міцність бетону не перевіряється.

Що показує приклад

Ry залежить від товщини, тому 300 Н/мм² (понад 20 до 40 мм) перевіряють після вибору листа: для 25 мм воно правильне. Лист 20 мм не підходить: з Ry = 315 Н/мм² для нього потрібно 23,4 мм.

Це лише консольна ділянка. Ділянку між полицями, обперту на три сторони, рахують за М.2 з αp із таблиці М.2, а товщину визначає найбільший із моментів, тож 24,0 мм — нижня межа.

Розмір плити впливає на товщину: при 350 × 350 мм (q = 4,90 Н/мм², c = 107,5 мм) t ≥ 22,3 мм, при 500 × 500 мм (q = 2,40 Н/мм², c = 182,5 мм) t ≥ 26,4 мм. Більша плита знижує тиск на бетон, але потребує товщого листа або ребер.

Анкери, отвори в плиті й підливка

Анкерні болти розраховують на розтяг від моменту й поздовжньої сили; розрахунковий опір розтягу фундаментних болтів дає п. 7.7 і таблиця Д.6 ДБН В.2.6-198. Діаметр, сталь, довжину й спосіб анкерування визначає розрахунок фундаменту: ДБН В.2.1-10 про анкерні вузли не говорить. Про болти й різьбу — у статтях Анкерні болти для опор і щогл та Метрична різьба анкерних і монтажних болтів.

Отвори в плиті роблять із запасом, який перекриває відхили анкерів, а між гайкою й плитою інколи ставлять шайби великого діаметра (ДСТУ EN 1090-2:2019, п. 11.2.3.3). Допуски на положення анкерів — у статті про монтажні допуски.

Плиту виставляють по висоті на нівелювальних гайках; їх можна лишити постійними, якщо технічні умови не кажуть іншого (п. 9.5.4). Матеріал і товщину підливки під плитою колони задає проєкт.

Що вказати в КМД і в запиті

Виробник бачить базу лише такою, як її накреслено. У КМД і запиті мають бути:

Типові помилки

• порахувати лише консоль і не перевірити ділянки на три й чотири сторони: Mmax — найбільший із усіх моментів;
• прийняти Ry для тонкого листа, а поставити товстіший: за таблицею Г.2 розрахунковий опір зі зростанням товщини знижується;
• застосувати базу з фрезерованим торцем для колони з моментом: такі бази лише для центрально-стиснутих колон;
• лишити колону на одних фундаментних болтах без відтяжок: стандарт забороняє закріплювати колони від перекидання лише ними, якщо цього не перевірено (ДСТУ EN 1090-2:2019, п. 9.6.5.1).

Нормативи й чинність

• ДБН В.2.6-198:2014 «Сталеві конструкції. Норми проектування» зі Зміною №1: розділ 11, п. 7.7, п. 17.13.1, таблиці 5.1, Г.2, Г.4 і Д.6, додаток М;
• ДБН В.2.1-10:2018 «Основи і фундаменти будівель та споруд. Основні положення»: розміри й клас бетону фундаменту;
• ДСТУ EN 1090-2:2019 «Виконання сталевих та алюмінієвих конструкцій. Частина 2. Технічні вимоги до сталевих конструкцій» (пп. 9.5.4, 9.6.5.1, 11.2.3.3);
• ДБН В.1.2-14:2018 «Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд» (коефіцієнт γn).

Пункти, формули й значення з ДБН В.2.6-198 прочитано за текстом видання 2014 року; перед посиланням у проєкті їх звіряють із чинною редакцією зі Зміною №1. Числа прикладу ілюстративні.