КУРСЫ
NEW
В РАЗРАБОТКЕ
Многоэтажное офисное здание. Особые воздействия
Большепролетное промышленное здание. Конструирование
Click to order
СКИДКА 20% ЗА РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ
Шайбы для баз колонн
О чем?
Недавно на YouTube канале Structuristik вышло видео на тему проблем с анкерными болтами и их исправления. Там подробно рассказано как быть если болты покинули проектное положение. А в это статье расскажем как быть если болты остались на месте, ну или почти на месте)
Широко известно, что установка болтов в проектное положение вызывает затруднения. Удача, если болты отклонились от проектного положения на 5−10 мм. О точности в 1−2 мм не приходится даже мечтать. Поэтому отверстия под фундаментные болты в опорных плитах делают существенно больше, чем для обычных болтов в других узлах. Что бы передать нагрузку с опорной плиты на болт, установленный в увеличенное отверстие, под комплектные шайбы дополнительно ставят листовые шайбы. Такое решение дает увеличенный допуск на положение фундаментных болтов и возможность корректной выверки колонны.
Эта статья посвящена выбору размеров отверстий dh и вырезов в опорных плитах, а также выбору размеров Bpw и толщин tpw листовых шайб.
Отечественная практика
Нормативная документация не дает никаких указаний по этому поводу. Ни СП 16, ни СП 70, ни СП 294 не дают никаких рекомендаций оставляя принятие решения инженеру. Тут на помощь инженерам приходят учебники и справочники. Приведем пару примеров:

Справочник «Металлические конструкции. Том 2. Стальные конструкции зданий и сооружений» под авторством В. В. Кузнецова при жесткой базе:

«Отверстия в плитах для анкерных болтов назначают на 20−30 мм больше диаметра болта. На болты надевают шайбы и после натяжения болта гайкой шайбу приваривают к плите. Для болтов диаметром 42, 48 и 56 мм обычно принимают шайбы размерами 160×160 мм при толщине 20−25 мм, а для болтов диаметром 64 мм одну из сторон шайбы увеличивают до 200 мм, а толщину до 28 мм.»

и при шарнирном опирании базы:

«Отверстия или вырезы для болтов в опорной плите делают в 1.5 больше диаметра болтов. Если болты до установки в фундамент объединяют в пространственные каркасы, то прочность их взаимного расположения существенно повышается, что позволяет снизить норму допуска до 6 мм».

Справочник «Металлические конструкции» под авторством Н. П. Мельникова гласит при шарнирном опирании базы колонны:

«Конструктивные анкерные болты, принимают диаметром 20−30 мм и крепят непосредственно к плите, в которой делают отверстия или вырезы 1.5 раза больше диаметра болтов. Эти отверстия закрывают шайбами из листовой стали толщиной 16−20 мм, которые приваривают к плите».

«Металлические конструкции. Том 1. Элементы конструкций» В. В. Горев рекомендует при жестком сопряжении:

«Для компенсации неточности установки анкерных болтов отверстия в плитах для анкерных болтов предусматривают на 20−30 мм больше диаметра болта, а на болты надевают шайбы, которые после натяжения болтов приваривают к плите. Для болтов диаметром 42−56 мм принимают шайбы размером 160×160 мм при толщине 20−25 мм, а при диаметре 64 мм одну из сторон шайбы увеличивают до 200 мм, а толщину до 28 мм.»

и при шарнирном сопряжении:

«Отверстия или вырезы для болтов в опорной плите базы делают в 1.5 раза больше диаметра болта».
Не трудно заметить, что авторитетные отечественные авторы дают одни и те же рекомендации: принимать диаметр отверстий равным в 1.5 раза большим, чем диаметр анкерных болтов, при диаметре болтов 20−30 мм, принимать толщину шайб 16−20 мм, при диаметре 42−56 принимать толщину шайб 20−25 мм, а при диаметре фундаментного болта 64 мм принимать толщину шайб 28 мм. Размеры шайб фиксированы для болтов диаметром 42−64 мм. Если свести данные в таблицу с учетом номенклатуры фундаментных болтов получим:
Этих рекомендаций хватит для абсолютного большинства проектов. Хотя, для болтов M36 рекомендаций найти не удалось. Давайте обратимся к зарубежным коллегам.
А что там в Европе?
В качестве примера европейской практики примем рекомендации двух популярных книг, называемых в инженерной среде Green Book’ами.
Simple Joints to Eurocode 3, он же Green Book по шарнирным узлам указывает, что отверстия в опорных плитах должны быть на 6 мм больше диаметра фундаментного болта (болты рекомендуют применять от 20 до 36 мм) с установкой шайб по BS EN ISO 7091 или пластинчатых шайб.
Joints in Steel Constructions — Moment-Resisting Joints to Eurocode 3, она же Green Book по жестким узлам не устанавливает необходимости увеличения отверстий в опорных плитах по сравнению с обычными болтовыми соединениями и, как следствие, необходимости применения листовых шайб. Итого имеем:
Что ж, остается только позавидовать точности монтажа в Европе и глянуть что же там за океаном.
А какая практика в Америке?
Американские рекомендации касаемо баз колонн расположены в двух документах, а именно AISC SteelConstruction Manual 15th Ed и AISC Design Guide 1 «Base Plate and Anchor Rod Design» 2nd Ed. Оба этих документа дают одинаковые рекомендации, приведенные в таблице ниже:
Примечание:
В таблице представлены данные в миллиметрах.
Тут рекомендации побогаче, но проблема в применяемых единицах измерения.
Интересно также что AISC DG1 указывает, что нет необходимости приваривать шайбы к опорной плите, если фундаментные болты не должны воспринимать сдвиг. Звучит логично.
Итого
Требования по размерам отверстий в базах, толщине и размерах листовых шайб отличаются довольно существенно. Так справочники рекомендуют установку под фундаментные болты диаметром 20 мм шайбы толщиной от 16 до 20 мм, а нормы AISC указывают на толщину 6.83 мм (получено интерполяцией). Давайте разбираться самостоятельно:
Кое-какие размышления
Примем номенклатуру болтов по ГОСТ 24 379.0 «Болты фундаментные. Общие технические условия».
Диаметр отверстий в опорных плитах примем примерно в 1.5 раза больше диаметра болта. Это согласуется с требованиями AISC и рекомендациями В. В. Кузнецова, Н. П. Мельникова и В. В. Горева. Для болтов диаметром до 30 мм включительно будем округлять диаметр отверстия до 2 мм, для болтов от 36 мм до 56 мм — до 5 мм, для болтов от 64 мм — до 10 мм.

Таким образом получим:
Для определения толщины пластины примем её как консольно защемленную балку по действием давления от комплектной гайки, длиной равной разности диаметра отверстия в плите и диаметра отверстия в комплектной гайке.
Конечно, применять методы сопротивления материалов к балкам, высота которых больше их длины, строго говоря, не приемлемо, но в первом приближении — сойдет. Вычисления в ANSYS оставим для сотрудников НИИ — они такое любят. Вычисленные толщины для болтов из стали 09Г2С-345 и шайб из стали С355 и С255 приведены в таблице ниже.
Покажем на графике, как полученные значения соотносятся с требованиями AISC.
Видно, результаты, полученные по принятому методы показывают хорошую сходимость с рекомендациями AISC.
Теперь определимся с размером пластины. Размер пластины должен быть, по крайней мере не меньше диаметра комплектной шайбы. Отношение диаметра шайбы к диаметру болта варьируется от 3 до 1.82. Поэтому отступать будем именно от диаметра комплектной шайбы. Прибавим к диаметру две толщины пластины и полученное число округлим до 5 мм вверх. Полученные размеры приведены в таблице:
09Г2С-345/С355
09Г2С-345/С255
Покажем на графике, как полученные значения соотносятся с требованиями AISC.
Предложенные размеры для всех рассматриваемых диаметров превышают значения, установленные требованиями AISC. Объясняется это большим размером коплектных шайб, поставляемых по ГОСТ по сравнению с шайбами поставляемыми по ASTM F436.
Таким образом сведем все полученные данные в одну таблицу:
09Г2С-345/С355
09Г2С-345/С255
Для унификации можно принять толщины и размеры пластин по худшему варианту — как для фундаментных болтов из стали 09Г2С-345 и листовых шайб из стали С255. Диаметры отверстий в листовых шайбах принять равными диаметру отверстий в комплектных шайбах.
ВЫВОДЫ
Да, вот такие вот заморочки ради шайб) Но зато можно раз и навсегда определиться с их размерами и толщиной и принять это в качестве стандарта организации.
Остались вопросы или есть замечания? Вступайте в нашу группу в VK и подписывайтесь на наш канал в TG. Оставляйте там вопросы и замечания и мы постараемся ответить на всё)


Автор статьи:

Блинов Сергей

Инженер-конструктор

ПУБЛИКАЦИИ