Quais são os tipos comuns de bases de colunas para a construção da estrutura de aço?

Este artigo apresenta principalmente algumas formas, projetos e práticas comuns para bases de colunas de estrutura de aço

Classificação da base de coluna de aço

1. De acordo com o tipo de suporte, ele pode ser dividido em bases de colunas rigidamente conectadas e bases de colunas articuladas.

2. De acordo com a forma estrutural, ele pode ser dividido em: base de coluna incorporada, base de coluna externa, base de coluna inserida e base de coluna exposta.

O type e MEcânico Properties de Coluna BASE

(1) A base da coluna exposta conecta a parte inferior da coluna a uma placa de base relativamente rígida por soldagem, que é fixada com parafusos de ancoragem incorporados na fundação de concreto. Este formulário está em uso desde os estágios iniciais do desenvolvimento da estrutura de aço até hoje. Tradicionalmente, as bases de colunas são classificadas e usadas como articuladas ou rigidamente conectadas. No entanto, o primeiro é difícil de alcançar a articulação completa, ou, embora possa transmitir uma certa quantidade de momento de flexão, não pode atender às condições de rigidez completamente indiretas. De uma perspectiva mecânica, é mais apropriado considerá -lo como uma conexão semi -rígida. O modo principal de transmitir momento de flexão nesse tipo de base de coluna é mostrado na Figura 1. Na base da coluna, a força axial, o momento de flexão e a força de cisalhamento são aplicados. A tensão e a pressão são transmitidas através do contato entre a placa de base da coluna e a fundação de concreto. A força de cisalhamento é resistida pelo atrito entre a placa de base da coluna e a superfície de contato da fundação ou transmitida por parafusos de âncora.

P1 O princípio da transmissão de força para bases de colunas expostas

Na maioria dos casos, o momento de flexão de plástico na parte inferior de uma coluna determinada pelo rendimento de parafusos de ancoragem é relativamente pequena em comparação com o momento de flexão totalmente plástico na seção transversal da base da coluna exposta e da raiz da coluna. O comportamento mecânico da base da coluna sob momento de flexão é determinado principalmente pelo desempenho dos parafusos de ancoragem. A relação de deformação da carga é mostrada na Figura 2. Se o parafuso de âncora puder desenvolver totalmente a deformação plástica após ceder sob tensão, as características da força de restauração da base da coluna exposta sob cargas repetidas são mostradas na Figura 3. No entanto, no projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real, o projeto real de engenharia, o projeto real de engenharia, a A base da coluna geralmente quebra na parte rosqueada antes que a seção enfraquecida do parafuso da âncora produz, ou há uma alta possibilidade de o parafuso de ancoragem ser puxado para fora devido a ancoragem insuficiente. Nesse caso, é difícil ver deformação plástica suficiente da base da coluna.

P3 Resiliência de bases de colunas expostas sob cargas repetidas

(2) base de coluna terceirizada

A base da coluna terceirizada é envolvida em concreto armado dentro de uma faixa de 2,5-3 vezes a altura da seção transversal da coluna (tamanho máximo da seção transversal) na parte inferior da coluna de aço (Figura 4). Essa forma de base da coluna é projetada como uma base de coluna fixa e, se projetada corretamente, pode garantir o grau de fixação e capacidade de rolamento da base da coluna. O comportamento mecânico desta base de coluna é determinado principalmente pelo comportamento mecânico do concreto envolto em barras de aço.

P4 Base de coluna terceirizada

(3) base de coluna incorporada

A base da coluna incorporada incorpora o fundo da coluna de aço com um comprimento equivalente a cerca de duas vezes a altura da seção transversal no concreto da fundação. A área circundante é reforçada com concreto armado (Figura 5). Do ponto de vista da conveniência da construção, esse tipo de base de coluna possui mais processos em comparação com outras formas de bases de colunas, resultando em um aspecto desfavorável do período de construção. No entanto, o conceito estrutural é muito claro, pois pode atender facilmente aos requisitos de formar dobradiças de plástico na parte inferior da coluna de aço. Portanto, desde que o projeto e a construção estejam corretos, as características da força de restauração da base da coluna podem exibir um relacionamento estável em forma de fuso. As principais considerações do projeto são garantir a profundidade da base da coluna e a espessura do concreto circundante para a parte incorporada da coluna de aço.

P 5 Base de coluna incorporada

(P 6) mostra as características da força de restauração da base da coluna quando a profundidade do enterro da coluna muda de acordo com 1D, 2D e 3D (altura da seção da coluna D: D: coluna). As características da força de restauração mudam com a profundidade do enterro da base da coluna, mas na medida em que a profundidade do enterro atinge o dobro da altura da seção da coluna, pode -se considerar que basicamente se torna uma forma do eixo. Para considerar a ligação com o concreto circundante, há também um método de design de parafusos de soldagem na parte incorporada da coluna, mas os parafusos só funcionam quando há uma separação significativa entre a parte incorporada da coluna de aço e a circundação concreto. Dentro da faixa esperada de carga de projeto, uma separação tão grande não ocorrerá, portanto, pode -se considerar que basicamente não existe esse efeito.

P6 Restaurando características de força dos pés da coluna incorporados

O concreto ao redor da base da coluna incorporado é submetido a momento de flexão e força de cisalhamento que atua no fundo da coluna, resultando em pressão significativa (ver P 7). Portanto, é necessário garantir a espessura da camada externa para impedir o perfil e a falha de cisalhamento. Para a coluna central, geralmente não há problema, mas para a coluna da borda e a coluna de canto, a espessura externa deve ser determinada com base nos cálculos. Se a espessura necessária do concreto não puder ser garantida devido a problemas como edifícios adjacentes ou linhas vermelhas, o reforço do aço deve ser usado para o reforço necessário.

2 、 Pontos básicos do projeto e construção da base da coluna

Para garantir a segurança sísmica dos nós base da coluna, é necessário entender completamente as características mecânicas da base da coluna e realizar o projeto e a construção corretamente.

Para o design, antes de tudo, é necessário especificar claramente o desempenho da base da coluna no estado de limite de serviço. Em segundo lugar, no estado final da capacidade de rolamento, é necessário considerar o desempenho da coluna de aço e da base da coluna. Ou seja, sob o estado de uso limite, a base da coluna projetada como uma conexão articulada não deve gerar momentos de flexão e, em certa medida, a base de coluna considerada como uma conexão fixa deve ser capaz de girar, que pertence a rígido conexões e pode suportar momentos de flexão. Além disso, bases gerais de colunas expostas, parafusos de ancoragem, placas de base da coluna, etc., todos passam por deformação elástica. Uma conexão rígida completa não pode ser alcançada. Além disso, no estado final da capacidade de rolamento, as dobradiças de plástico ocorrerão na base da coluna, o que requer uma maior capacidade de rotação plástica. O design detalhado da base da coluna deve ser realizado de acordo com os requisitos da política de design.

Portanto, para o uso do design do estado limite, a rigidez rotacional da base da coluna deve ser avaliada adequadamente, a rigidez da base da coluna deve ser considerada na análise estrutural para obter o projeto Força Interna e a força interna que atua na base da coluna deve ser compreendido com precisão. O design adequado para força axial, curta e força de cisalhamento é um requisito básico.

Os pontos de design de várias formas de bases de colunas são descritos separadamente abaixo.

(1) base de coluna exposta

É bastante difícil obter dobradiça completa ou conexão rígida para bases de colunas expostas. No entanto, se as seguintes condições forem atendidas, a base da coluna pode basicamente ser considerada projetada como articulada: a placa de base da coluna possui grande rigidez, que pode suprimir a deformação local e selecionar um comprimento apropriado do parafuso de ancoragem, de modo que a parte rosqueada da parte da rosca do O parafuso de âncora não quebra antes que a deformação plástica se desenvolva dentro de todo o comprimento do parafuso de ancoragem; A parte adesiva do parafuso de ancoragem na fundação de concreto pode evitar punções e danos ao cisalhamento. No entanto, nessa situação, a força de rolamento de tração do parafuso da âncora deve ser garantida para ser maior que a tensão base da coluna causada pela força horizontal (sem considerar o efeito da carga viva). O valor menor de 1/2 da capacidade de rolamento de rendimento de tração da coluna. É melhor definir teclas de cisalhamento sob a placa de base da coluna para garantir a resistência às forças horizontais.

Quando a base da coluna exposta é projetada como uma base de coluna resistente à flexão, a tensão gerada pelo momento de flexão é suportada pelo parafuso de âncora, e a superfície de contato entre a placa de base da coluna e o concreto fundamental suporta a pressão. No estágio de projeto preliminar, geralmente se supõe que a placa de base da coluna seja um componente conectado rígido e o parafuso de ancoragem é usado como reforço de tração, e a área da placa de fundação é usada como seção transversal do concreto armado coluna. Com base nesse resultado de cálculo, a seção transversal do parafuso de ancoragem é selecionada. Nesse caso, quando a seção transversal da coluna é grande em certa medida, geralmente é difícil escolher parafusos de âncora suficientemente espessos para garantir a capacidade de rolamento necessária. Portanto, é difícil projetar uma base de coluna com uma capacidade de rolamento de flexão maior que a capacidade de rolamento de flexão da seção da coluna. Se um certo grau de parafusos de âncora de alta resistência puder ser usado, esse problema deve ser resolvido. No entanto, uma vez que os parafusos de ancoragem de alta resistência são usados, isso pode causar problemas de projeto e construção para evitar o perfil e a falha de cisalhamento do concreto da fundação ancorada, e o problema de pressão excessiva entre a placa de base da coluna e o concreto fundamental abaixo também surgirá . Portanto, a capacidade de rolamento de projeto das bases de colunas expostas é determinada principalmente pela capacidade de rolamento da coluna, mas pela capacidade de rolamento da base da coluna. Nesse caso, a capacidade de rolamento de flexão da base da coluna deve atingir pelo menos 1/2 da capacidade de rolamento de flexão da própria coluna. Além disso, para garantir a capacidade de deformação plástica, os requisitos de projeto e construção de cada parte da base da coluna também devem ter as mesmas condições de garantia que a base de coluna articulada mencionada acima. Além disso, nesse caso, é necessário avaliar corretamente a rigidez rotacional e restaurar as características da força da base da coluna e refleti -las no design do quadro.

Depois de considerar os pontos acima, o conteúdo específico de vários projetos relacionados ao design de bases de colunas expostas é o seguinte (consulte P 8 e P 9).

P 9 Princípio de transmissão de força da base de coluna enterrada externa

1.Roção devido ao alongamento do parafuso de ancoragem

2. A placa inferior basicamente não produz deformação de flexão

3. Falha de cisalhamento de punco a partir dos componentes âncora não pode ocorrer

4.Não dano ao concreto acima do solo

5. Força de cisalhamento resistente com teclas de cisalhamento

a) placa de base da coluna

Para garantir que a placa de base da coluna possa manter a elasticidade mesmo no estado de capacidade de rolamento final e determinar a espessura da placa ou fornecer reforço adequado para esse fim. Como resultado, a placa inferior projetada pode ser considerada como um componente rígido, e a avaliação da rigidez da base da coluna pode ser feita sem considerar a influência da deformação da placa inferior. No entanto, a soldagem entre a placa de base e a coluna adota uma conexão totalmente soldada. Sob a placa de base, a soldagem pode resistir à força de cisalhamento que atua nela.

b) parafuso de âncora

B-1. É necessário que a deformação plástica da base da coluna seja gerada pelo parafuso de ancoragem sob o estado da capacidade de mancal final.

Os parafusos de ancoragem são feitos de materiais de aço, como Q235B e Q355B, que podem garantir a taxa de resistência de escoamento e a capacidade de deformação plástica.

A parte rosqueada do parafuso de ancoragem é processada e dividida nas duas extremidades do parafuso de ancoragem para garantir que a parte rosqueada não quebre antes que a haste do parafuso atinja o rendimento da seção completa. O comprimento da haste do parafuso é mais de 25 vezes o seu diâmetro. Aplique revestimento anti -ferrugem ou embrulho na seção da haste do parafuso. Ao fixar a placa de base do parafuso, as porcas duplas são usadas para evitar a rotação. A extremidade incorporada no concreto da fundação está equipada com componentes de ancoragem para impedir que o parafuso da ancoragem puxe.

B-2. Sob o estado limite de capacidade de rolamento, é necessário que a deformação plástica da base da coluna seja gerada pela coluna

Não há restrições à força, razão de rendimento e capacidade de deformação plástica dos materiais dos parafusos de âncora. No entanto, a seleção da área de seção transversal do parafuso da âncora deve garantir que o momento de flexão na coluna e a tensão na parte rosqueada do parafuso de âncora causados ​​pela força de tração no estado limite sejam inferiores à força a haste do parafuso de ancoragem.

Instale as peças rosqueadas do comprimento necessário nas duas extremidades do parafuso de ancoragem. A configuração do comprimento da haste do parafuso de ancoragem deve considerar impedir que o concreto da fundação seja danificado por perfurar e cisalhamento a partir do ponto de fixação do parafuso de ancoragem. Ao fixar a placa de base da coluna, as porcas duplas são usadas para evitar a rotação. A extremidade incorporada no concreto da fundação deve ser equipada com prendedores de âncora para impedir que o parafuso de ancoragem puxe.

C Concreto da Fundação

Quando a parte da coluna curta no concreto da fundação é submetida à pressão da placa inferior da coluna, a parte comum não deve ser danificada. Portanto, deve haver amplificação de tamanho suficiente em relação à placa de base da coluna. Barras de aço adicionais devem ser fornecidas no lado externo do parafuso de ancoragem. Além disso, ao gerar o estado limite final, é necessário garantir a profundidade e a largura necessárias para evitar falhas de cisalhamento de perfuração de concreto a partir do ponto de fixação do parafuso de ancoragem.

d. Rejuntamento da fundação

Certifique -se de espaçamento suficiente entre a superfície superior da fundação de concreto e a placa inferior da coluna para encher com argamassa. A argamassa adota força de argamassa não de encolhimento.

a) Verifique se a posição plana e o tamanho saliente do comprimento dos parafusos de ancoragem embutidos no concreto da fundação b) Tratamento de prevenção de ferrugem dos parafusos de ancoragem c) ligação dos parafusos de ancoragem d) vedação (rejunte) da placa inferior da coluna e da fundação de concreto e) Aperto e prevenção de rotação dos parafusos de ancoragem

Como mencionado acima, há muitos problemas que precisam ser abordados no projeto e construção de bases de colunas expostas, e qualquer uma delas não pode alcançar o desempenho necessário. Portanto, é necessário entender completamente isso. Especialmente a dificuldade na compra de produtos de âncora que atendem aos requisitos acima no mercado é uma questão importante.

Por outro lado, já existem métodos de construção de pés de coluna expostos que levam em consideração os pontos acima e entendem suas propriedades mecânicas por meio de experimentos estruturais. Determine e aplique detalhes do projeto padronizado em outros países, implemente um sistema de construção responsável e garanta a qualidade da construção.

(2) base de coluna terceirizada

A base da coluna terceirizada (consulte P 4) pode atender aos requisitos de design da conexão rígida no fundo da coluna, desde que o design correto seja realizado no concreto armado da parte terceirizada. Isto é, para garantir uma altura equivalente a 2,5 vezes a altura da seção transversal da coluna. A força de cisalhamento que atua na seção transversal da coluna superior do concreto externo é tratada como uma carga concentrada que atua no concreto externo do tipo cantilever. Projete isso para que a tensão suportada pela coluna de aço seja transmitida ao concreto armado embrulhado. Nesse caso, os parafusos de ancoragem na parte inferior da coluna só podem suportar a força interna durante a instalação. Para garantir a transferência de tensão da coluna de aço para o concreto armado na posição superior, as barras de aço reforçado são instaladas na parte superior e as barras longitudinais nos quatro cantos do concreto externo são reforçadas com argolas no topo, garantindo que o Espessura necessária da camada protetora (consulte a P 10).

(3) pés de galho enterrados

A base da coluna incorporada (consulte a P 5) deve garantir uma profundidade de enterro equivalente a mais que o dobro da altura da seção da coluna. A coluna de aço ao redor da parte incorporada deve estar adequadamente equipada com barras de aço. Através dessas medidas, a base da coluna pode ser projetada com resistência suficiente e deformação plástica pode ocorrer na extremidade inferior da coluna. Ou seja, é relativamente fácil projetar bases de colunas que permitam que as colunas de aço exerçam capacidade de deformação plástica. No entanto, a base da coluna incorporada requer a coluna de aço incorporada no concreto da fundação para transmitir a força de reação da coluna de aço ao concreto circundante através da pressão, garantindo a profundidade do enterro da coluna e a espessura do concreto ao redor da coluna é o ponto -chave do ponto de o design (consulte a p 7). Se a profundidade do enterro não for suficiente ou a espessura do concreto circundante for muito pequena, causará falha no cisalhamento do concreto e a base da coluna poderá ser danificada antes que a deformação plástica da coluna se desenvolva totalmente (consulte P 11) .

O concreto ao redor da coluna transmite a força através da compressão mútua com o corpo da coluna, causando deformação local fora da plana do painel da coluna. É um bom método adicionar uma placa de partição de endurecimento (consulte a Figura 7) ou preencher a coluna com concreto em uma coluna de aço ligeiramente menor que a parte superior do concreto da fundação.

Ao projetar razoavelmente a base da coluna incorporada, as dobradiças de plástico podem ser formadas sob o estado final do rolamento da coluna. Portanto, a coluna em si deve ter capacidade de deformação plástica suficiente. Portanto, o aço que pode causar falhas quebradiças em seu limite, como tubos de aço quadrado formado a frio, não devem ser usados ​​o máximo possível nessa situação.

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