Фундаментные болты используют для закрепления оборудования, колонн или металлоконструкций к бетонному основанию. Несмотря на простоту конструкции, расчет нагрузки требует внимательного подхода и знания специальных формул.

Если болт окажется перегружен, это приведет к ослаблению соединения и деформации всей конструкции. Если же его диаметр или количество будут избыточными, возрастет стоимость и трудоемкость монтажа.

Какие данные нужны для расчета

Прежде чем переходить к формулам, необходимо определить исходные величины:

Показатель продольной силы N. Это вертикальная нагрузка от конструкции или оборудования. Измеряется в кН.
Изгибающий момент M. Сила, стремящаяся опрокинуть закрепленный компонент относительно основания. Учитывается в кН*м.
Количество крепежа n. Количество анкеров, работающих совместно.
Расстояния yᵢ. Характеристика расстояний от оси поворота до каждого крепежа.
Прочностные характеристики материалов. Расчетное сопротивление бетона (Rb) и стали (Ra). Эти параметры берутся из строительных норм.

Каждый параметр важен, ведь они используются в формулах для расчета. Некоторые из них рассчитываются по проекту, другие указаны в нормативных документах.

Расчет под действием силы и момента

Когда оборудование закрепляется группой болтов, на каждый из них действует не только общий вес конструкции, но и момент. Какая формула используется при расчетах:

P = -N / n + (M * y1) / (Σ(yᵢ²))

где:

P – наивысшая нагрузка на крепеж;
N – показатель продольной силы;
n – количество единиц крепежа;
M – изгибающий момент;
y1 – расстояния от оси поворота до каждого крепежа;
Σ(yᵢ²) – сумма квадратов расстояний до всех болтов.

Эта зависимость показывает, что общий вес (N) распределяется равномерно на все анкеры, а изгибающий момент перераспределяет усилия, увеличивая нагрузку на крайние болты.

Расчет для колонн

Если болты используются для крепления колонн через опорные башмаки, применяют другую формулу. Она учитывает работу бетона в зоне сжатия:

P = (Rb * bs * x — N) / n

где:

P – усилие на крепеж;
Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию;
bs – ширина опорного элемента;
x – высота бетона в сжатой зоне;
N – продольная сила;
n – количество единиц крепежа на стороне растяжения.

Если x ≤ 0, то есть сжатая зона отсутствует, бетон не работает, и вся нагрузка передается на анкеры.

Пример расчета

Для лучшего понимания формул расчета нагрузки на рассматриваемый тип крепежа стоит рассмотреть определенную ситуацию. Для примера использованы следующие параметры:

изгибающий момент M = 1200 кН*м;
продольная сила N = 100 кН;
количество болтов n = 8;
расстояния до оси yᵢ = [0; 1.45; 2.0 м].

Далее процесс рассмотрен поэтапно с подробным объяснением каждого шага.

Шаг 1. Вычисление суммы квадратов расстояний

Данный параметр ранее использовался в основной формуле, поэтому без него не обойтись. В рассматриваемом примере расчет выгляди так:

Σ(yᵢ²) = 0² + 1.45² + 2.0² + (остальные болты) = 16.41 м²

Шаг 2. Использование полученных данных в формуле

Поэтапный разбор:

P = -N / n + (M * y1) / Σ(yᵢ²).
1. P = -100 / 8 + (1200 * 2.0) / 16.41.
1. P = -12.5 + 146.2.
1. P ≈ 133.7 кН.

Получается, что на наиболее нагруженный болт приходится около 134 кН. Этой информации достаточно для выбора крепежа.

Как проверяется выбранный болт

После того как вычислено усилие, инженер сравнивает его с несущей способностью болта. Для этого:

Определяется расчетная площадь болта. Формула: Asa = (k0 * P) / Ra, где k0 – коэффициент условий работы, Ra – расчетное сопротивление стали.
Проверяется прочность на растяжение, срез и изгиб. При необходимости учитывается предварительная затяжка, чтобы снизить переменные нагрузки.
Сравнивается с расчетной несущей способностью, указанной в таблицах ГОСТ или СП. Если усилие P превышает допустимое значение – диаметр болта увеличивают или применяют болты более высокого класса прочности.

Контрольные мероприятия позволяют не допустить критических ошибок при проведении монтажных работ.

Почему важно правильно распределять нагрузку на болты

Ошибки в расчете приводят к тому, что часть болтов оказывается перегруженной, а другие почти не сработают. В результате:

появляется перекос конструкции;
болты вытягиваются из бетона или обрываются;
бетон в зоне анкера разрушается;
уменьшается срок службы оборудования.

Пример показал, что при моменте 1200 кН·м и весе 100 кН на один болт приходится нагрузка порядка 134 кН. Это значение далее сравнивается с несущей способностью конкретного диаметра и марки стали.

Грамотный расчет позволяет избежать этих проблем и подобрать болты с оптимальными параметрами. Это обязательный этап проектирования, обеспечивающий надежность крепления и долговечность всей конструкции.

Как рассчитать нагрузку на фундаментный болт: примеры и формулы