Progettazione della piastra di base per carico e momento assiale
La progettazione della piastra di base per il carico e il momento assiale dipende dall'entità e dalla direzione dei carichi applicati. La procedura di calcolo cambia a seconda che la connessione sia retta a compressione, tensione, o una combinazione di carico assiale e momento flettente. I calcoli di un caso non possono sempre essere riutilizzati in un altro, quindi il primo passo è identificare in quale categoria rientra il tuo design.
Guida alla progettazione AISC 1 (3Rd Edition) è il riferimento principale per la progettazione di piastre di base con carichi momento. Include tutte le equazioni e una procedura di calcolo passo passo. Questo viene fatto per controllare le equazioni che si formano dall'ACI produce un set di calcolo per la progettazione di piastre di base soggette a carichi momento, seguendo le procedure indicate nell’AISC DG1.
Impostato 1: Compressione e flessione assiale combinate (Momento basso)
Quando una piastra di base è caricata di momento, può sembrare che la piastra si inclini da un lato. Tuttavia, quando il carico di compressione è elevato, l'eccentricità (il momento diviso per il carico assiale) può rimanere entro l’eccentricità critica della connessione. In questo caso, al carico applicato si resiste interamente appoggiandosi al calcestruzzo, e le ancore non portano alcuna forza di sollevamento. Questo è il caso più ideale per la progettazione della piastra di base, poiché gli ancoraggi fungono solo da bulloni di fissaggio.
Come determinare se la piastra di base si trova nel caso di compressione a basso momento:
Il primo passo è calcolare l'eccentricità del carico. Lo facciamo dividendo il momento carico, \(M_r\), dal carico assiale, \(P_r\).
\( e = \dfrac{M_r}{P_r} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-39)
Il passo successivo è determinare l'eccentricità del carico critico, \(\varepsilon\).
\( \varepsilon = \dfrac{N}{2} – \dfrac{Y}{2} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-41)
Per determinare l'eccentricità del carico critico, abbiamo bisogno di due dimensioni. La \(N\) la dimensione è la larghezza della piastra di base, che è specificato nel progetto. La seconda dimensione è la \(Y\) dimensione, che rappresenta la larghezza totale del cuscinetto. La \(Y\) la dimensione inizia dal bordo della piastra di base e si estende verso l'interno verso il centro della piastra di base. Vedere la figura sopra per un'illustrazione.
In altre parole, la posizione dell'eccentricità del carico critico viene misurata dal centro della piastra di base al punto medio della \(Y\) dimensione. Come il valore di \(Y\) diminuisce, il valore di \(\varepsilon\) aumenta.
Il caso del momento basso controlla quando il l'eccentricità effettiva è inferiore o uguale all'eccentricità del carico critico.
\( e \leq \varepsilon \)
Adesso, vogliamo determinare il valore di \(Y\) dimensione, nello specifico la dimensione più piccola che può avere. Si noti che la forza assiale verso il basso \(P_r\) è uguale alla larghezza del cuscinetto \(Y_{min}\) moltiplicato per la sollecitazione del cuscinetto per unità di lunghezza \(q_{max}\) .
\( P_r = Y_{min}q_{max} \)
Riorganizzando questa equazione si ottiene:
\( Y_{min} = \dfrac{P_r}{q_{max}} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-36)
Assumiamo quindi che questa sollecitazione di cuscinetto venga applicata su tutta la lunghezza della piastra di base, \(B\). Per ottenere la massima sollecitazione sul cuscinetto per unità di lunghezza, \(q_{max}\), moltiplichiamo la capacità portante massima consentita del calcestruzzo, \( f_{p,max} \) alla lunghezza della piastra di base, \(B\). Ricordare che stiamo massimizzando la capacità portante ammissibile della connessione al fine di minimizzarla \(Y_{min}\).
\( q_{max} = f_{p(max)} B \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-37)
La capacità portante del calcestruzzo è data dall'equazione seguente. Un esempio di come utilizzare questa equazione è fornito in questo Esempio di progettazione SkyCiv. Sentiti libero di controllare la nostra procedura passo passo.
\( f_{p(max)} = 0.85 f’_{c} \sqrt{A_{2}/A_{1}} \leq 1.7 f’_{c} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-2)
Il termine \( f’_{c} \) è la resistenza a compressione del calcestruzzo. Questo di solito è specificato nel progetto. I valori comuni sono 3 ksi e 4 KSI. Le zone A2 e A1 costituiscono la zona portante del supporto (calcestruzzo) e l'area del cuscinetto caricato (utilizza combinazioni di carico fattorizzate in ASCE), rispettivamente.
In alcuni casi, gli ingegneri possono presumere che l'area di supporto sia uguale all'area caricata \(A_{2} = A_{1}\) poiché anche questo è conservativo. Se i valori effettivi sono necessari per aumentare la capacità, è possibile utilizzare una procedura iterativa per risolvere i valori esatti A1 e A2. Nel Calcolatore della piastra di base gratuita SkyCiv, questa iterazione è già implementata.
Infine, l'equazione dell'eccentricità critica può essere semplificata in:
\( e_{crit} = \dfrac{N}{2} – \dfrac{P_r}{2 q_{max}} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-40)
Verifiche di progettazione necessarie per Low Moment Case (Compressione + Flessione):
- Cuscinetto in calcestruzzo
- Piastra di base cedevole all'interfaccia del cuscinetto
Impostato 2: Compressione/tensione e flessione assiale combinate (Design di piastre di base in acciaio con piccolo momento)
Se l'eccentricità è maggiore dell'eccentricità critica, cioè il carico assiale è relativamente piccolo rispetto al carico momento, la piastra di base tende a ribaltarsi, con compressione da un lato e tensione dall'altro. Gli ancoraggi devono avere una capacità di trazione sufficiente per resistere alla forza di sollevamento indotta. Ciò può verificarsi con compressione e flessione, o con tensione e flessione.
Come determinare se la piastra di base si trova nel caso di compressione/tensione a grande momento:
Dopo la discussione della sezione precedente, Il caso del momento grande controlla quando il l'eccentricità effettiva è maggiore dell'eccentricità del carico critico.
\( e > e_{crit} \)
\( e > \dfrac{N}{2} – \dfrac{P_r}{2 q_{max}} \) (AISC DG1 3a edizione Eq. 4-53)
Verifiche di progettazione necessarie per Large Moment Case (Compressione + Flessione o tensione + Flessione):
- Cuscinetto in calcestruzzo
- Piastra di base cedevole all'interfaccia del cuscinetto
- Piastra di base cedevole all'interfaccia tesa
- L'ancora controlla la tensione
Di seguito viene fornita una guida completa per controllare la tensione degli ancoraggi Esempio di progettazione SkyCiv.
Impostato 3: Tensione assiale e flessione combinate (Momento basso)
Le piastre di base possono anche sopportare tensione e momento. Anche se questo è meno comune, è ancora uno scenario possibile. Si applica quando l'eccentricità dei carichi di tensione e momento è sufficientemente piccola da impedire alla piastra di comportarsi come un caso di momento elevato. Qui, tutte le ancore sono in tensione. Sono disponibili diversi metodi per distribuire la forza tra gli ancoraggi e vale la pena esaminarli come ulteriore lettura.
Come determinare se la piastra di base si trova nel caso di tensione a momento basso:
Per determinare se la piastra di base caricata con tensione e momento si trova nel caso di momento basso, dobbiamo verificare se l'eccentricità risultante rientra nel \( f \) dimensione. Questa dimensione è la distanza dal centro degli ancoraggi al centro della piastra di base su un lato.
Verifiche di progettazione necessarie per Low Moment Case (Tensione + Flessione):
- Piastra di base cedevole all'interfaccia tesa
- L'ancora controlla la tensione
Per ulteriori informazioni sulle verifiche degli ancoraggi con tensione, controlla questa documentazione progettazione dell'ancora secondo ACI 318-19.
Calcola i carichi di progettazione della piastra di base con SkyCiv
Software di progettazione della piastra di base Skyciv esegue i calcoli sopra descritti, compreso il cuscinetto in calcestruzzo, cedimento della piastra di base, tensione dell'ancora, e altri controlli di connessione. Seleziona il codice di progettazione, inserire la colonna e le condizioni di caricamento, e generare i risultati del progetto direttamente nel tuo browser.
