berekening kolomvoet

Berekeningsmethode stalen Kolomvoeten

Docent: M.Roos Hogere Bouwkunde / Overspannend staal 1 van 9

De voet onder een stalen kolom brengt in het algemeen zowel een verticale als een horizontale kracht over naar de fundering. De constructie van de voet bestaat doorgaans uit een voetplaat, al of niet verstijfd met aangelaste schotten, en de verankering aan de fundering. De afmetingen van de voetplaat moeten zodanig zijn dat de drukkracht in de stalen kolom voldoende wordt verdeeld over het minder sterke beton van de fundering of onderbouw. Bij sterk excentrisch of op trek belaste kolommen moet de voetplaat bovendien in staat zijn de trekkrachten naar de ankers over te brengen. De ruimte tussen de onderkant van de voetplaat en de bovenkant van de fundering is de stelruimte. Deze ruimte is noodzakelijk voor het opvangen van maatafwijkingen in zowel de staalconstructie als de betonnen onderbouw. Na het stellen van de staalconstructie vult men de stelruimte met een krimparme voegmortel. Dit vullen heet 'ondersabelen' of 'onderkauwen' . Bij een centrisch, op druk belaste voetplaat gaat men uit van een gelijkmatige drukverdeling op de voegmortel. In werkelijkheid wordt de belasting meer geconcentreerd onder de flenzen en het lijf overgedragen. Naarmate echter de stijfheid van de voetplaat toeneemt, is de oplegdruk meer gelijkmatig verdeeld. Kolom met voetplaat en verankering voor het overbrengen van voornamelijk verticale belastingen.



Kolom met voelplaat en verankering voor het overbrengen van trekkrachten.

Methode 01 De stijfheid van de voetplaat kan worden verhoogd door het aanbrengen van verstijvingsschotten of door een grotere dikte te kiezen. Deze laatste oplossing is te verkiezen boven de relatief dure oplossing met verstijvingsschotten. Het benodigde oppervlak van de voetplaat hangt af van de rekenwaarde fj;u;d van het onderliggende materiaal. fj;u;d = 0,67 * kb * fb;d kb = vergrotings- of oppervlaktefactor. Voor kb mag de waarde kb=1 worden aangehouden, of worden berekend volgens: kb = √a1b1 / √ab

a en b zijn de afmetingen van het op druk belaste deel van de voetplaat. a1 en b1 de afmetingen van het effectieve funderingsoppervlak De maximale waarde bedraagt kb = 5;



f’b;d = rekenwaarde voor de betondruksterkte De factor 0,67 is een uitvoeringsfactor, die is gebaseerd op een voegdikte van ten hoogste 0,2 maal de kleinste zijde van de voetplaat en een karakteristieke druksterkte van de voegmortel van minimaal 0,2 maal de karakteristieke betondruksterkte f’c;b. De maximale voegdikte bedraagt 60 mm. Bij toepassing van voegmortels met een hoge karakteristieke druksterkte wordt de betondruksterkte van de betonconstructie van de onderbouw maatgevend en kunnen grotere krachten worden overgebracht. Rekenwaarde van de betondruksterkte [N/mm2] volgens NEN 6720.

Voorbeeld 01 In dit rekenvoorbeeld worden de voetplaat van de gevelkolom gedimensioneerd en getoetst. De voetplaat wordt belast door een normaalkracht en een moment. Door het berekenen van de voetplaat en de ankers wordt gebruik gemaakt van de rekenprocedure volgens NEN 6772 (TGB 1990 Staalconstructies) GEGEVENS De kolom is een IPE 240. De staalsoort is S235 en de sterkteklasse van het beton B25. De breedte van de betonnen funderingsbalk is 450 mm en de hoogte 800 mm.

Op de kolomvoet werkt een verticale drukkracht Fs;d;V = 85,5 kN, een horizontale

kracht Fs;d;H = 37,5 kN en een moment Ms;d = 75 kNm. Het moment Ms;d = 75 kNm kan zowel rechts- als linksdraaiend op de kolomvoet werken. DIMENSIONERING De dimensionering bestaat in het algemeen uit een praktisch aangenomen geometrie met indien mogelijk ankers buiten de flenzen. Uit de toetsing moet blijken of deze aangenomen geometrie juist is. Voor de lengte van de voetplaat wordt gekozen hp= 380 mm en voor de breedte bp= 190 mm. De hart op hart afstand van de ankers loodrecht op de y-as kan dan 310 mm (ha) zijn. Hieruit volgt voor de randafstand e = 35 mm. De hart op hart afstand van de ankers evenwijdig aan de y-as is 120 mm en de randafstand e1 = 35 mm. De rekenprocedure volgens NEN 6772 is gebaseerd op een flexibele voetplaat en een uniforme drukspanningsverdeling op het onderliggende voegmateriaal.



Bepaling kp en Fj;u;d

Indien wordt aangenomen dat de helft van het oppervlak van de voetplaat op druk wordt belast dan is a = hp 190 mm en b = bp = 190 mm. Er geldt volgens art. 11.7.2.2 van NEN 6772 de minimale waarde voor a1 = 190 + 2 * 35 = 260 mm en b1 = 5b = 5 * 190 = 950 mm. De vergrotingsfactor kb volgt dan uit formule (11.7-6) van NEN 6772



De rekenwaarde van de maximale druksterkte fj;u;d van het onderliggende voegmateriaal is dan volgens formule (11 .7-5) van NEN 6772: fj;u;d = 0,67 * kb * f’b;d = 0,67 * 2,6 * 15 = 26 N/mm2

Hierin wordt de rekenwaarde voor de betondruksterkte f' b;d voor de betonkwaliteit B25 bepaald volgens NEN 6720, art. 6.1.1: f' b;d = 0, 72f' ck/1 ,2 = 0,6f'ck = 0,6 * 25 = 15 N/mm2. Bepaling f s De drukkracht Fs;d;V;flens wordt bepaald door de gemiddelde spanning σs:d;flens en het flensoppervlak Aflens·

De lengte (2 * ls + tf) van de betondrukzone volgt uit het verticals evenwicht: Fs;d; flens = (2* ls + tf)bp *fj;u;d (afb. 3.6.2a). lnvulling geeft 310 * 103 = (2*ls + 9,8) * 190 * 26, waaruit volgt ls = 26mm Dikte tp van de voetplaat De dikte tp van de voetplaat wordt bepaald door het grootste moment aan de druk- of trekzijde. Drukzijde: Het moment in de voetplaat ter plaatse van snede 1 (afb. 3.6.1) aan de drukzijde is: Ms.d.l = 0,5fj;u;d bpls

2 = 0,5 * 26 * 190 * 262 * 106 = 1,7 kNm. Trekzijde. De trekkracht in de ankers volgt uit het momentenevenwicht ten opzichte van het drukpunt (afb. 3.6.2a).

De trekkracht in de ankers is Nt;s;d = 241,3 kN. Het moment in de voetplaat ter plaatse van snede 2 aan de trekzijde is dan:



Ms;d.2= Nt;s;d(ha- h)/2 = 241,3 * 103 * (310- 240)/2 = 8,4 kNm Voetplaatdikte. Het moment Ms;d 2 > Ms.d 1 dus maatgevend voor de dikte tp van de voetplaat.

Volgens NEN 6772 mag de controle van de schuifspanning in de voetplaat achterwege worden gelaten.



Methode 02 Gunstiger is de rekenmethode die is gebaseerd op een meer realistische, directe belastingoverdracht via de flenzen en het lijf van de kolom. De lengte ls, aan weerszijden van de flens volgt uit het verticale evenwicht van krachten:

Directe belastingoverdracht via de flenzen en het lijf van de kolom

Fs:d:flens is de drukkracht in de flens van de kolom en hr de afstand tussen de afrondingsstralen van de beide flenzen. De aangenomen drukverdeling, treedt op indien s ≥ 5tvoetplaat



De spreidingsbreedte ls mag ten hoogste gelijk zijn aan ls, mits wordt voldaan aan de voorwaarde Fs:d:lijf ≤ fy:d twhr. De dikte t per eenheid van breedte van de voetplaat volgt nu uit:

Voorbeeld 02

De lengte van de voetplaat bedraagt; l = h + 2*ls = 290 + 2·85 = 460 mm. Als laatste moet worden gecontroleerd of de aangenomen gelijkmatige drukverdeling correct is. In dit geval is s = 50 mm ≥ 1 ,5t = 1 ,5 * 33 = 50 mm. Dus aangenomen drukverdeling voldoet.



Voorbeeld 03

berekening kolomvoet

Documents

Transcript of berekening kolomvoet