Quali sono i tipi comuni di basi di colonne per la costruzione di struttura in acciaio?

Questo articolo introduce principalmente alcune forme, progetti e pratiche comuni per le basi di colonne della struttura in acciaio

Classificazione della base di colonne d'acciaio

1. Secondo il tipo di supporto, può essere diviso in basi di colonne rigidamente collegate e basi di colonna incernierate.

2. Secondo la forma strutturale, può essere diviso in: base di colonne incorporata, base di colonne esterna, base di colonne inserita e base di colonna esposta.

Il type e Me meccanico Pcorde Di Colonna Base

(1) La base della colonna esposta collega la parte inferiore della colonna a una piastra di base relativamente rigida mediante saldatura, che è fissata con bulloni di ancoraggio incorporati nella fondazione in cemento. Questa forma è stata in uso sin dalle prime fasi dello sviluppo della struttura in acciaio fino ad oggi. Tradizionalmente, le basi di colonne sono classificate e usate come incernierate o rigidamente connesse. Tuttavia, il primo è difficile da ottenere l'articolazione completa o, sebbene possa trasmettere un certo momento di flessione, non può soddisfare condizioni di rigidità completamente indirette. Dal punto di vista meccanico, è più appropriato considerarlo come una connessione semi rigida. La modalità principio di trasmissione del momento di flessione in questo tipo di base di colonne è mostrata nella Figura 1. Nella base della colonna, la forza assiale, il momento flettente e la forza di taglio vengono applicati. La tensione e la pressione vengono trasmesse attraverso il contatto tra la piastra di base della colonna e la base in cemento. La forza di taglio è resistita dall'attrito tra la piastra di base della colonna e la superficie di contatto della fondazione o trasmessa da bulloni di ancoraggio.

P1 il principio di trasmissione della forza per le basi di colonne esposte

Nella maggior parte dei casi, il momento di piegatura in plastica nella parte inferiore di una colonna determinata dalla resa dei bulloni di ancoraggio è relativamente piccolo rispetto al momento di flessione completamente plastica nella sezione trasversale della base della colonna esposta e della radice della colonna. Il comportamento meccanico della base di colonne sotto il momento della flessione è principalmente determinato dalle prestazioni dei bulloni di ancoraggio. La relazione di deformazione del carico è mostrata nella Figura 2. Se il bullone di ancoraggio può sviluppare completamente la deformazione plastica dopo aver ceduto sotto tensione, le caratteristiche di forza di ripristino della base di colonne esposte sotto carichi ripetuti sono mostrate nella Figura 3. Tuttavia, nella progettazione ingegneristica effettiva, il La base di colonne si rompe spesso nella parte filettata prima della sezione indebolita del bullone di ancoraggio, oppure esiste un'alta possibilità che il bullone di ancoraggio venga estratto a causa di un ancoraggio insufficiente. In questo caso, è difficile vedere una deformazione plastica sufficiente della base di colonne.

P3 Resilienza delle basi di colonne esposte sotto carichi ripetuti

(2) Base colonna in outsourcing

La base della colonna in outsourcing è avvolta in cemento armato in un intervallo di 2,5-3 volte l'altezza della sezione trasversale della colonna (dimensione massima della sezione trasversale) nella parte inferiore della colonna d'acciaio (Figura 4). Questa forma di base di colonne è progettata come una base di colonne fissa e, se progettata correttamente, può garantire il grado di fissazione e la capacità del cuscinetto della base di colonne. Il comportamento meccanico di questa base di colonna è determinato principalmente dal comportamento meccanico del calcestruzzo avvolto con barre di acciaio.

P4 Base colonna in outsourcing

(3) Base colonna incorporata

La base della colonna incorporata incorpora la parte inferiore della colonna di acciaio con una lunghezza equivalente a circa il doppio dell'altezza della sezione trasversale nel calcestruzzo di fondazione. L'area circostante è rinforzata con cemento armato (Figura 5). Dal punto di vista della convenienza della costruzione, questo tipo di base di colonne ha più processi rispetto ad altre forme di basi di colonne, con conseguente aspetto sfavorevole del periodo di costruzione. Tuttavia, il concetto strutturale è molto chiaro in quanto può soddisfare facilmente i requisiti di formazione di cerniere di plastica nella parte inferiore della colonna d'acciaio. Pertanto, fintanto che la progettazione e la costruzione sono corrette, le caratteristiche di forza di ripristino della base di colonna possono visualizzare una relazione stabile a forma di mandrino. Le principali considerazioni di progettazione sono garantire la profondità della base della colonna e lo spessore del calcestruzzo circostante per la parte incorporata della colonna d'acciaio.

P 5 Base colonna incorporata

(P 6) mostra le caratteristiche della forza di ripristino della base della colonna quando la profondità di sepoltura della colonna cambia secondo 1D, 2D e 3D (D: altezza della sezione della colonna). Le caratteristiche della forza di ripristino cambiano con la profondità di sepoltura della base della colonna, ma nella misura in cui la profondità di sepoltura raggiunge il doppio dell'altezza della sezione colonna, si può considerare che in pratica diventa una forma del fuso. Per considerare il legame con il calcestruzzo circostante, esiste anche un metodo di progettazione per saldare i bulloni sulla parte incorporata della colonna, ma i bulloni funzionano solo quando c'è una separazione significativa tra la parte incorporata della colonna in acciaio e la circosta calcestruzzo. All'interno della gamma prevista di carico di progettazione, non si verificherà una separazione così grande, quindi si può prendere in considerazione che non vi è sostanzialmente alcun effetto.

P6 Restituzione delle caratteristiche della forza dei piedi di colonna incorporati

Il calcestruzzo attorno alla base di colonne incorporata è sottoposto a momento di flessione e forza di taglio che agisce sul fondo della colonna, con conseguente pressione significativa (vedi p 7). Pertanto, è necessario garantire lo spessore dello strato esterno per prevenire la perforazione e il fallimento del taglio. Per la colonna centrale, generalmente non vi è alcun problema, ma per la colonna del bordo e la colonna d'angolo, lo spessore esterno deve essere determinato in base ai calcoli. Se lo spessore del calcestruzzo necessario non può essere garantito a causa di problemi come edifici adiacenti o linee rosse, il rinforzo in acciaio dovrebbe essere utilizzato per il rinforzo necessario.

2 、 Punti di base della progettazione e della costruzione di base di colonne

Per garantire la sicurezza sismica dei nodi di base delle colonne, è necessario comprendere appieno le caratteristiche meccaniche della base di colonne ed eseguire correttamente la progettazione e la costruzione.

Per la progettazione, prima di tutto, è necessario specificare chiaramente le prestazioni della base di colonne sotto lo stato del limite di servizio. In secondo luogo, nello stato finale della capacità del cuscinetto, è necessario considerare le prestazioni della colonna in acciaio e della base della colonna. Vale a dire, sotto lo stato di utilizzo limite, la base di colonne progettata come una connessione incernierata non dovrebbe generare momenti di flessione e, in una certa misura, la base di colonne considerata come una connessione fissa dovrebbe essere in grado di ruotare, che appartiene a rigide connessioni e può sopportare momenti di flessione. Inoltre, basi di colonna esposte generali, bulloni di ancoraggio, piastre di base di colonne, ecc. Tutti subiscono una deformazione elastica. Non è possibile ottenere una connessione rigida completa. Inoltre, nello stato finale della capacità del cuscinetto, le cerniere di plastica si verificheranno alla base della colonna, che richiede una maggiore capacità di rotazione della plastica. La progettazione dettagliata della base di colonne deve essere effettuata in conformità con i requisiti della politica di progettazione.

Pertanto, per l'uso della progettazione dello stato limite, la rigidità rotazionale della base di colonne deve essere valutata in modo appropriato, la rigidità della base di colonne dovrebbe essere considerata nell'analisi strutturale per ottenere la forza interna del design e la forza interna che agisce sulla base di colonne dovrebbe essere accuratamente afferrato. La progettazione adeguata per la forza assiale, la piegatura e la forza di taglio sono un requisito di base.

I punti di progettazione di varie forme di basi di colonna sono descritti separatamente di seguito.

(1) base di colonne esposte

È abbastanza difficile ottenere una cerniera completa o una connessione rigida per le basi di colonne esposte. Tuttavia, se vengono soddisfatte le seguenti condizioni, si può sostanzialmente la base della colonna per essere progettata come incerniera: la piastra di base di colonne ha una grande rigidità, che può sopprimere la deformazione locale e selezionare una lunghezza del bullone di ancoraggio appropriata, in modo che la parte filettata della Il bullone di ancoraggio non si rompe prima che la deformazione plastica si sviluppi a tutta la lunghezza del bullone di ancoraggio; La parte adesiva del bullone di ancoraggio nella fondazione in cemento può impedire il danno da punzonatura e taglio. Tuttavia, in questa situazione, la forza del cuscinetto di trazione del bullone di ancoraggio deve essere assicurata come maggiore della tensione di base della colonna causata dalla forza orizzontale (senza considerare l'effetto del carico in tensione). Il valore inferiore di 1/2 della capacità di cuscinetto di resa di trazione della colonna. È meglio impostare i tasti di taglio sotto la piastra di base della colonna per garantire la resistenza alle forze orizzontali.

Quando la base della colonna esposta è progettata come base di colonne resistenti alla flessione, la tensione generata dal momento di flessione è a carico del bullone di ancoraggio e la superficie di contatto tra la piastra di base della colonna e il calcestruzzo di base porta la pressione. Nella fase di progettazione preliminare, si presume generalmente che la piastra di base della colonna sia un componente rigido collegato e che il bullone di ancoraggio viene utilizzato come rinforzo a trazione e l'area della piastra di fondazione viene utilizzata come sezione trasversale del cemento rinforzato colonna. Sulla base di questo risultato di calcolo, viene selezionata la sezione trasversale del bullone di ancoraggio. In questo caso, quando la sezione trasversale della colonna è grande in una certa misura, è spesso difficile scegliere bulloni di ancoraggio sufficientemente spessi per garantire la necessaria capacità di cuscinetto. Quindi è difficile progettare una base di colonne con una capacità di cuscinetto di flessione maggiore della capacità di cuscinetto di flessione della sezione colonna. Se è possibile utilizzare un certo grado di bulloni di ancoraggio ad alta resistenza, questo problema dovrebbe essere risolto. Tuttavia, una volta utilizzati i bulloni di ancoraggio ad alta resistenza, può causare problemi di progettazione e costruzione per impedire il calcestruzzo di punzoni e taglio del calcestruzzo di fondazione ancorata e si verificherà anche il problema dell'eccessiva pressione tra la piastra di base di colonne e il calcestruzzo di base sottostante . Pertanto, la capacità del cuscinetto del design delle basi di colonna esposte non è per lo più determinata dalla capacità del cuscinetto della colonna ma dalla capacità portante della base di colonne. In questo caso, la capacità di cuscinetto di flessione della base della colonna deve raggiungere almeno 1/2 della capacità di cuscinetto di flessione della colonna stessa. Inoltre, per garantire la capacità di deformazione plastica, i requisiti di progettazione e costruzione di ciascuna parte della base di colonne devono anche avere le stesse condizioni di garanzia della base di colonna articolata sopra menzionata. Inoltre, in questo caso, è necessario valutare correttamente la rigidità rotazionale e ripristinare le caratteristiche di forza della base di colonne e rifletterle nella progettazione del telaio.

Dopo aver considerato i punti di cui sopra, il contenuto specifico di vari progetti relativi alla progettazione di basi di colonne esposte è il seguente (fare riferimento a P 8 e P 9).

P 9 Principio di trasmissione della forza della base di colonna sepolta esterna

1.Rotazione dovuta all'allungamento del bullone dell'ancoraggio

2. La piastra inferiore sostanzialmente non produce deformazione di flessione

3. Impossibile eliminazione del taglio a partire dai componenti dell'ancoraggio

4.Non danno al cemento sopra il suolo

5. Forza di taglio refistica con tasti di taglio

a) Piatto di base della colonna

Per garantire che la piastra di base della colonna possa mantenere l'elasticità anche nello stato di capacità del cuscinetto finale e determinare lo spessore della piastra o fornire un rinforzo adeguato a tale scopo. Di conseguenza, la piastra inferiore progettata può essere considerata come un componente rigido e la valutazione della rigidità della base della colonna può essere eseguita senza considerare l'influenza della deformazione della piastra inferiore. Tuttavia, la saldatura tra la piastra di base e la colonna adotta una connessione completamente saldata. Sotto la piastra di base, la saldatura può resistere alla forza di taglio che agisce su di essa.

b) bullone di ancoraggio

B-1. È necessario che la deformazione plastica della base di colonne sia generata dal bullone di ancoraggio sotto lo stato di capacità del cuscinetto finale.

I bulloni di ancoraggio sono realizzati con materiali in acciaio come Q235b e Q355b che possono garantire il rapporto di resistenza alla snervamento e la capacità di deformazione plastica.

La parte filettata del bullone di ancoraggio viene elaborata e divisa ad entrambe le estremità del bullone di ancoraggio per garantire che la parte filettata non si rompa prima che l'asta del bullone raggiunga la resa completa della sezione. La lunghezza dell'asta del bullone è più di 25 volte il suo diametro. Applicare rivestimento antiruggine o avvolgimento alla sezione a bullone. Quando si fissa la piastra di base del bullone, vengono utilizzati doppi dadi per prevenire la rotazione. L'estremità incorporata nel calcestruzzo di fondazione è dotata di componenti di ancoraggio per evitare che il bullone di ancoraggio si tiri fuori.

B-2. Nell'ambito del limite della capacità del cuscinetto, è necessario che la deformazione plastica della base colonna sia generata dalla colonna

Non ci sono restrizioni sulla resistenza, sul rapporto di snervamento e sulla capacità di deformazione plastica dei materiali per bulloni di ancoraggio. Tuttavia, la selezione dell'area della sezione trasversale del bullone di ancoraggio dovrebbe garantire che il momento di piegatura nella colonna e lo stress nella parte filettata del bullone di ancora l'asta del bullone di ancoraggio.

Installare le parti filettate di lunghezza necessarie su entrambe le estremità del bullone di ancoraggio. L'impostazione di lunghezza dell'asta del bullone di ancoraggio dovrebbe prendere in considerazione la possibilità di impedire che il calcestruzzo di fondazione venga danneggiato da punzonatura e taglio a partire dal punto di fissaggio del bullone di ancoraggio. Quando si fissa la piastra di base della colonna, vengono utilizzati doppi dadi per prevenire la rotazione. L'estremità incorporata nel calcestruzzo di fondazione dovrebbe essere dotata di dispositivi di fissaggio di ancoraggio per evitare che il bullone di ancoraggio si tiri fuori.

Concrete di Fondazione C.

Quando la parte corta della colonna sul calcestruzzo di fondazione è sottoposta a pressione dalla piastra inferiore della colonna, la parte comune non deve essere danneggiata. Pertanto, dovrebbe esserci un'amplificazione delle dimensioni sufficiente rispetto alla piastra di base della colonna. Ulteriori barre di acciaio dovrebbero essere fornite sul lato esterno del bullone di ancoraggio. Inoltre, quando si porta lo stato limite finale, è necessario garantire la profondità e la larghezza necessarie per evitare un guasto al taglio a punzonatura in calcestruzzo a partire dal punto di fissaggio del bullone dell'ancora.

D. Grouting di fondazione

Garantire una spaziatura sufficiente tra la superficie superiore della base in cemento e la piastra inferiore della colonna da riempire di mortaio. Il mortaio adotta il mortaio senza restringimento della forza.

a) Assicurarsi la posizione del piano e la dimensione della lunghezza sporgente dei bulloni di ancoraggio incorporati nel calcestruzzo di fondazione b) Trattamento di prevenzione della ruggine dei bulloni di ancora e) Prevenzione di serraggio e rotazione dei bulloni di ancoraggio

Come accennato in precedenza, ci sono molti problemi che devono essere affrontati nella progettazione e nella costruzione di basi di colonne esposte e nessuno di essi non può raggiungere le prestazioni richieste. Pertanto, è necessario comprenderlo appieno. Soprattutto la difficoltà nell'acquisto di prodotti Bolt di ancoraggio che soddisfano i requisiti di cui sopra sul mercato è un grosso problema.

D'altra parte, esistono già metodi di costruzione del piede di colonne che tengono conto dei punti di cui sopra e comprendono le loro proprietà meccaniche attraverso esperimenti strutturali. Determinare e applicare i dettagli di progettazione standardizzati in altri paesi, implementare un sistema di costruzione responsabile e garantire la qualità delle costruzioni.

(2) Base colonna in outsourcing

La base di colonne in outsourcing (vedi P 4) può soddisfare i requisiti di progettazione della connessione rigida nella parte inferiore della colonna, purché il design corretto sia eseguito sul cemento armato della parte esternalizzata. Cioè, per garantire un'altezza equivalente a 2,5 volte l'altezza della sezione trasversale della colonna. La forza di taglio che agisce sulla sezione della colonna superiore del calcestruzzo esterno viene trattata come un carico concentrato che agisce sul calcestruzzo esterno di tipo cantilever. Progettalo in modo che lo stress portato dalla colonna d'acciaio sia trasmesso al cemento armato avvolto. In questo caso, i bulloni di ancoraggio nella parte inferiore della colonna possono sopportare la forza interna solo durante l'installazione. Al fine di garantire il trasferimento di sollecitazione dalla colonna d'acciaio al cemento armato nella posizione superiore, le barre in acciaio rinforzate sono installate nella parte superiore e le barre longitudinali ai quattro angoli del cemento esterno sono rinforzate con cerchi nella parte superiore, garante Spessore di strato protettivo necessario (fare riferimento a P 10).

(3) Piedi di ramo sepolti

La base di colonne incorporata (fare riferimento a P 5) dovrebbe garantire una profondità di sepoltura equivalente a più del doppio dell'altezza della sezione colonna. La colonna in acciaio che circonda la parte incorporata dovrebbe essere adeguatamente equipaggiata con barre di acciaio. Attraverso queste misure, la base della colonna può essere progettata con una resistenza sufficiente e la deformazione plastica può verificarsi all'estremità inferiore della colonna. Vale a dire, è relativamente facile progettare basi di colonne che consentono alle colonne di acciaio di esercitare la capacità di deformazione plastica. Tuttavia, la base della colonna incorporata richiede la colonna in acciaio incorporata nel calcestruzzo di base per trasmettere la forza di reazione della colonna d'acciaio al calcestruzzo circostante attraverso la pressione, garantendo la profondità di sepoltura della colonna e lo spessore del calcestruzzo intorno alla colonna è il punto chiave del punto chiave Il design (fare riferimento a P 7). Se la profondità di sepoltura non è sufficiente o lo spessore del calcestruzzo circostante è troppo piccolo, causerà il fallimento del taglio del calcestruzzo e la base della colonna può essere danneggiata prima che la deformazione plastica della colonna si sviluppi completamente (fare riferimento a P 11) .

Il calcestruzzo attorno alla colonna trasmette la forza attraverso la compressione reciproca con il corpo della colonna, causando la deformazione locale fuori dal piano del pannello della colonna. È un buon metodo per aggiungere una scheda di partizione di irrigidimento (fare riferimento alla Figura 7) o riempire la colonna con calcestruzzo in una colonna di acciaio leggermente inferiore alla parte superiore del calcestruzzo di fondazione.

Progettando ragionevolmente la base di colonne incorporata, le cerniere di plastica possono essere formate sotto lo stato del cuscinetto finale della colonna. Pertanto, la colonna stessa deve avere una capacità di deformazione plastica sufficiente. Pertanto, l'acciaio che può causare un fragile insufficienza al limite, come i tubi in acciaio quadrato a freddo, non dovrebbe essere usato il più possibile in questa situazione.

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