База стальной колонны: опорная плита, анкеры и расчёт толщины плиты по ДБН В.2.6-198

Из чего состоит база колонны и как она передаёт усилие

База колонны — это опорная плита, приваренная к низу колонны, и анкерные болты в фундаменте. Траверсы и консольные рёбра, если они есть, передают усилие с колонны на выступающие части плиты.

ДБН В.2.6-198:2014 (п. 11.1) называет два способа передать расчётное усилие на плиту:

• через фрезерованный торец колонны, который опирается на строганую поверхность плиты (базы с фрезерованным торцем);
• через сварные швы (базы с траверсами и консольными рёбрами).

В базе с фрезерованным торцем расчётное усилие сжатия считают полностью передающимся через торцы (п. 17.13.1). Базу с фрезерованным торцом применяют только для центрально сжатых колонн: момента в стойке там быть не должно. Сопротивление торца смятию при наличии пригонки — расчётное сопротивление Rp из таблицы Г.4.

Размеры плиты в плане

Размеры плиты в плане определяют по прочности бетона фундамента (п. 11.1). Давление под плитой не должно превышать расчётного сопротивления бетона местному сжатию по нормам проектирования бетонных и железобетонных конструкций, а класс бетона и размеры фундамента задаёт проект фундамента. Какие усилия колонна передаёт на уровне плиты, разобрано в статье Фундамент под колонну, мачту или опору.

Когда действует момент, давление неравномерно, и каждый участок считают со средним давлением под ним (приложение М). Свесы за колонной должны вместить швы, анкеры и гайки с шайбами, а более длинный свес требует более толстой плиты.

Толщина плиты: формула (11.1)

Толщину плиты определяют из условия прочности при изгибе (п. 11.2, формула 11.1):

t ≥ √( 6 · Mmax · γn / ( Ry · γc ) )

Mmax — наибольший из моментов на разных участках плиты, поэтому сначала плиту разбивают на участки и считают момент каждого. Остальные величины собраны в таблице.

Изгибающие моменты на участках плиты

Колонна, траверсы и рёбра делят плиту на участки. Для консольного участка (свес за полкой или ребром) действует формула М.1, где c — вылет консоли:

M = 0,5 · q · c²

Для участка, опёртого на две взаимно перпендикулярные, три или четыре стороны, — формула М.2:

M = αp · q · bp²

Значения αp для каждой схемы опирания и отношения ap / bp берут из таблицы М.2 по схемам, которые там приведены. Размеры ap и bp принимают в свету (примечание 1). Для участка на три стороны при ap / bp меньше 0,35 момент считают как для консоли длиной ap, а между 0,35 и 0,5 значение находят линейной интерполяцией (примечание 2).

Нормы допускают учитывать смежные участки, разгружающие плиту. Вылет c и размер bp входят в моменты в квадрате, поэтому длинный свес без ребра быстро увеличивает нужную толщину.

Пример: плита под двутавр № 30 и N = 600 кН

Колонна из двутавра № 30 рассчитана в статье о расчёте стальной колонны. Данные те же: двутавр № 30 (высота 300 мм, ширина полки 135 мм), N = 600 кН, γn = 1,05. Принята плита 400 × 400 мм из стали С345, статическая нагрузка, равномерное давление; прочность бетона не проверяется.

Что показывает пример

Ry зависит от толщины, поэтому 300 Н/мм² (свыше 20 до 40 мм) проверяют после выбора листа: для 25 мм оно верное. Лист 20 мм не подходит: с Ry = 315 Н/мм² для него нужно 23,4 мм.

Это только консольный участок. Участок между полками, опёртый на три стороны, считают по М.2 с αp из таблицы М.2, а толщину определяет наибольший из моментов, так что 24,0 мм — нижняя граница.

Размер плиты влияет на толщину: 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. Большая плита снижает давление на бетон, но требует более толстого листа или рёбер.

Анкеры, отверстия в плите и подливка

Анкерные болты рассчитывают на растяжение от момента и продольной силы; расчётное сопротивление растяжению фундаментных болтов даёт п. 7.7 и таблица Д.6 ДБН В.2.6-198. Диаметр, сталь, длину и способ анкеровки определяет расчёт фундамента: ДБН В.2.1-10 об анкерных узлах не говорит. О болтах и резьбе — в статьях Анкерные болты для опор и мачт и Метрическая резьба анкерных и монтажных болтов.

Отверстия в плите делают с запасом, который перекрывает отклонения анкеров, а между гайкой и плитой иногда ставят шайбы увеличенного диаметра (ДСТУ EN 1090-2:2019, п. 11.2.3.3). Допуски на положение анкеров — в статье о монтажных допусках.

Плиту выставляют по высоте на нивелировочных гайках; их можно оставить постоянными, если технические условия не говорят иного (п. 9.5.4). Материал и толщину подливки под плитой колонны задаёт проект.

Что указать в КМД и в запросе

Изготовитель видит базу только такой, как она начерчена. В КМД и запросе должны быть:

Типичные ошибки

• посчитать только консоль и не проверить участки на три и четыре стороны: Mmax — наибольший из всех моментов;
• принять Ry для тонкого листа, а поставить более толстый: по таблице Г.2 расчётное сопротивление с ростом толщины снижается;
• применить базу с фрезерованным торцом для колонны с моментом: такие базы только для центрально сжатых колонн;
• оставить колонну на одних фундаментных болтах без расчалок: стандарт запрещает закреплять колонны от опрокидывания только ими, если это не проверено (ДСТУ EN 1090-2:2019, п. 9.6.5.1).

Нормативы и действие

• ДБН В.2.6-198:2014 «Стальные конструкции. Нормы проектирования» с Изменением №1: раздел 11, п. 7.7, п. 17.13.1, таблицы 5.1, Г.2, Г.4 и Д.6, приложение М;
• ДБН В.2.1-10:2018 «Основания и фундаменты зданий и сооружений. Основные положения»: размеры и класс бетона фундамента;
• ДСТУ EN 1090-2:2019 «Выполнение стальных и алюминиевых конструкций. Часть 2. Технические требования к стальным конструкциям» (пп. 9.5.4, 9.6.5.1, 11.2.3.3);
• ДБН В.1.2-14:2018 «Общие принципы обеспечения надёжности и конструктивной безопасности зданий и сооружений» (коэффициент γn).

Пункты, формулы и значения из ДБН В.2.6-198 прочитаны по тексту издания 2014 года; перед ссылкой в проекте их сверяют с действующей редакцией с Изменением №1. Числа примера иллюстративны.