Срезные устройства в базах стальных колонн

Начинать нужно не с упора, а с пути силы

В англоязычных документах встречаются термины shear lug, shear key и shear stub. Обычно это стальная пластина или короткий профиль, приваренный снизу к опорной плите и передающий сдвиг боковым давлением на бетон. Термин shear anchor шире: им могут называть и анкер, работающий поперёк оси, и приварной упор. Поэтому в чертежах важнее показать конструкцию и расчётную схему, чем ограничиться переводом названия.

Раскос или стержень колонны
Фасонка, швы и опорная плита
Трение, анкеры или срезной упор
Бетон и арматура тумбы
Фундамент или ростверк
Основание и соседние опоры

Главная мысль: несущая способность базы равна не сумме красивых цифр для стали и анкеров, а сопротивлению самого слабого звена выбранного пути. Если упор выдержал, но отколол край тумбы, поперечная сила до фундамента не дошла.

Пять основных способов передать сдвиг

Схема	Как работает	Где уместна	Главный риск
Трение под плитой	Прижим от сжатия создаёт сопротивление скольжению на контакте плиты, подливки и бетона.	Умеренный сдвиг и устойчивое сжатие без раскрытия контакта.	Подъём края плиты, смена знака усилия, усадка или пустоты подливки резко меняют результат.
Фундаментные болты	После выбора зазора стержень упирается в край отверстия и работает на срез с изгибом.	Небольшие силы при специально назначенной и выполнимой схеме передачи.	Увеличенные отверстия, втулки и слой подливки дают скольжение и неравномерное включение болтов.
Срезной упор	Пластина, тавр, двутавр или крестовина передаёт силу боковым давлением на бетон.	Большой сдвиг, связевые пролёты, подъём базы и циклическая нагрузка.	Вместо стали часто определяет расчёт выкалывание бетона к свободному краю.
Карман или заделанная база	Часть колонны либо базы омоноличивается; усилие передаётся распределённым контактом и арматурой.	Большие моменты и сдвиги, ответственные и сейсмические каркасы.	Сложные допуски, армирование, бетонирование и последующий контроль скрытой зоны.
Связь с ростверком или балкой	Закладные детали, стержни или фасонки вводят усилие прямо в армированную балку либо ростверк.	Когда реакцию нужно передать соседней опоре и замкнуть связевой контур.	Локальная деталь работает, но путь силы обрывается в нерассчитанной арматуре или узле.

Приближённая запись V_fr ≈ μN_c полезна для понимания трения: участвует только надёжно передаваемая сжимающая сила N_c. Но складывать сопротивление трения, болтов и упора без модели совместной работы нельзя. Сначала происходит микроскольжение, затем выбираются зазоры, и только после этого разные детали получают свою долю нагрузки.

Как устроен срезной упор

Самый простой упор — вертикальная пластина под базой, ориентированная перпендикулярно расчётной силе. Для двух направлений применяют крестовую схему или короткий прокатный профиль. Упор можно забетонировать вместе с фундаментом либо опустить в заранее оставленный карман и заполнить его безусадочной смесью после выверки колонны.

Расчёт не заканчивается подбором площади пластины. Проверяют её срез и изгиб, сварные швы к базе, местную работу опорной плиты, смятие бетона, выкалывание к каждому возможному краю, влияние растяжения анкеров, а также арматуру, которая должна увести усилие из локальной зоны в тело фундамента. При реверсе нагрузки рабочими поочерёдно становятся обе грани упора.

Группа приварных стад-болтов под плитой — другая расчётная схема. Она может передавать сдвиг, но не становится эквивалентом сплошной пластины только из-за общего названия shear anchor: проверяют сталь каждого упора, сварку, групповое и краевое выкалывание бетона, вырыв и взаимодействие усилий. [5]

В американском AISC Design Guide 1 и в ряде китайских правил отдельный упор назначают на полную требуемую поперечную силу, а не на остаток после вычитания трения. Это консервативная, но прозрачная модель: трение может оказаться полезным резервом, однако работоспособность базы от него не зависит. [2] [10]

Глубокий упор не обязательно сильнее мелкого: чем ближе его реакция к свободному краю и чем хуже она охвачена арматурой, тем убедительнее получается конус выкалывания — и тем менее убедительной сама база.

Почему связевой пролёт меняет задачу

В обычной сжатой колонне поперечная реакция нередко невелика по сравнению с продольной силой, поэтому трение действительно может быть главным механизмом. У опоры связевого пролёта другая картина. Усилие раскоса раскладывается на горизонтальную и вертикальную составляющие: первая приходит в базу как большой сдвиг, а вторая либо усиливает прижатие, либо пытается оторвать плиту от бетона. Тогда величина трения меняется вместе со знаком сейсмического цикла.

Кроме того, растянутый раскос может дойти до текучести, а сжатый — потерять устойчивость и оставить несбалансированную реакцию. Поэтому базу связевой колонны проверяют не только на усилия из линейного расчёта. В сейсмической расчётной ситуации ей задают усилия, соответствующие принятому пластическому механизму и ожидаемой прочности присоединённых элементов. Американский AISC 341 прямо связывает требуемую поперечную силу базы с горизонтальными составляющими требуемой прочности элементов, присоединённых к ней. [1] Китайский GB 50017-2017 в главе о сейсмическом проектировании по заданным показателям работоспособности формулирует сходную логику: сопротивление базы стойки связевой системы сдвигу и совместному растяжению рекомендуется принимать не ниже усилий от 1,2-кратной силы текучести присоединённого раскоса. Это специальное правило главы 17, а не формула для каждой обычной базы. [10] Практические схемы с анкерами, упорами, заделкой и связью с фундаментной балкой показаны также в руководстве NIST для специальных концентрических связей. [16]

Практический тест схемы

Нарисуйте свободное тело узла: раскос, фасонку, колонну и базу. Если стрелка усилия упирается в подпись «анкеры по месту», а дальше не видно ни бетона, ни арматуры, ни ростверка, расчёт ещё не закончен.

Сейсмика: прочность без предсказуемого поведения недостаточна

При многократной смене знака база скользит, раскрывается и снова садится на подливку. Зазор вокруг фундаментного болта выбирается не мгновенно, упор попеременно прижимает бетон с двух сторон, а растяжение анкеров уменьшает нормальную силу под плитой. Поэтому статическая проверка отдельных деталей не описывает форму циклической работы узла.

Сначала назначают где системе разрешено деформироваться неупруго. Если пластическим звеном должен быть раскос, база и её путь усилия проектируются как недиссипативная часть с запасом относительно ожидаемой прочности раскоса. Если допускают качание или пластический шарнир именно в базе, такое поведение должно быть частью расчётной модели и подтверждённой системы, а не случайным результатом проскальзывания, вырыва анкера или откола бетона. Хрупкое выкалывание, разрушение шва и потеря анкеровки хорошими «предохранителями» не являются. [1] [9]

Та же оговорка относится к крепежу в бетоне. EN 1992-4 допускает пластичность анкера в сейсмическом расчёте только для растягивающей составляющей, а не как механизм рассеяния энергии при срезе. Зазор вокруг анкера при реверсе создаёт ударное включение и должен быть устранён либо явно учтён по правилам принятой системы крепления. [14]

Реверс: проверяют оба направления и обе рабочие грани упора.
Два горизонтальных направления: одна пластина передаёт силу преимущественно поперёк своей плоскости; для V_x и V_y нужна соответствующая геометрия.
Совместное действие: учитывают N, V_x, V_y, M_x, M_y и кручение в одной расчётной ситуации.
Деформации: скольжение и раскрытие базы включают в модель, если они способны изменить распределение усилий в связях и диафрагме.
Последовательность: учитывают монтаж до твердения подливки и проектное состояние после набора прочности.

Как к задаче подходят в США, Европе и Китае

Инженерная физика везде одна, но нормы по-разному расставляют акценты. Ниже — не таблица взаимозаменяемых формул, а карта подходов. Для рабочего проекта применяют нормы той страны и ту национальную редакцию, которые заданы для объекта.

Практика	Обычная база	Большой сдвиг и сейсмика	Что особенно важно
США	AISC допускает рассматривать трение, работу стержней анкеров после выбора зазора и отдельный срезной упор. Для лёгкого сдвига анкеры могут оказаться достаточными, но обычно их не назначают главным срезным механизмом без явной проверки. [3]	При большой реакции AISC рекомендует shear lug или заделанную часть колонны. AISC 341 задаёт для сейсмических систем расчётные усилия базы через требуемую прочность присоединённых элементов; бетонная часть упора проверяется по ACI 318, раздел 17.11. Редакцию ACI принимают ту, которую ввёл местный строительный код. [1] [5]	Разделяют механизмы по жёсткости и величине скольжения. Полномасштабные испытания подтверждают участие трения, анкеров и упора, но измеренный коэффициент трения нельзя переносить на любой объект. [4]
Европа	EN 1993-1-8 описывает базу компонентным методом и рассматривает трение и анкеры. В редакции 2005 года для песчано-цементной подливки приведено расчётное значение коэффициента трения 0,20 — его нельзя бездумно заменять значением из другого руководства или новой редакции. Сумма трения и среза анкеров в этой модели допускается лишь при отверстиях без увеличенного зазора. [6]	Руководство SCI P398 для значительного сдвига предлагает shear stub; при передаче через анкеры обращает внимание на зазоры и приваренные после выверки шайбовые пластины. Бетонные виды разрушения анкеров проверяют по EN 1992-4, а сейсмический замысел — по EN 1998. [7] [14] [9]	Идёт переход ко второму поколению Еврокодов: в EN 1993-1-8:2024 правила баз перенесены в нормативное приложение D. Даты национального введения различаются, поэтому на проекте проверяют принятую редакцию и Национальное приложение. [8]
Китай	GB 50017-2017 рекомендует не использовать фундаментные болты для горизонтальной реакции внизу колонны. Реакцию предлагается воспринимать трением с коэффициентом 0,4 либо срезным упором, причём упор рассчитывается на полную поперечную силу. [10]	Для одноэтажных стальных промышленных зданий GB/T 50011-2010 в редакции 2024 года предпочитает заделанные, вставные или обетонированные базы. В пояснении к пункту 9.2.16 для открытой базы колонны с раскосом рекомендуется срезной упор независимо от расчётной потребности. Это пояснение, а не текст обязательного пункта. [11]	Это требование имеет конкретную область применения: его нельзя автоматически распространять на все типы китайских зданий. Одновременно обязательные общие положения задаёт GB 55002-2021. [12]

Китайская практика зависит от типа здания

Общий GB 50017 задаёт предпочтительный путь усилия, но не единственную форму детали. Для многоэтажных и высотных гражданских стальных зданий JGJ 99-2015 предпочитает заделанную базу. В открытой базе он допускает передать всю поперечную силу упором либо, при специальных условиях, анкерами: кольцевой зазор ограничивается, поверх ставится пластина, привариваемая к базе после выверки, и отдельно проверяется её шов. Это исключение хорошо показывает общий принцип: анкер начинает надёжно работать на сдвиг лишь тогда, когда конструктор спроектировал не только его диаметр, но и контакт в отверстии. [15]

Российский СП 294.1325800.2017 также различает расчётные и конструктивные фундаментные болты: конструктивные допустимы для монтажа и устойчивости, если скольжение и опрокидывание предотвращены собственным весом. Однако детальную модель срезного упора и бетонного разрушения проектировщик должен сформулировать сам в увязке со стальными и железобетонными нормами. [13]

Что именно проверяют в расчёте

Участок пути	Расчётные вопросы	Что часто упускают
Опорная плита и упор	Срез и изгиб упора, местный изгиб плиты, швы, взаимодействие с осевой силой и моментом.	Эксцентриситет реакции бетона относительно шва и различное направление V_x и V_y.
Анкеры	Сталь, совместное растяжение и срез, выбор зазора, изгиб стержня, анкеровка и пригодность для сейсмики.	Фактически работающие отверстия, втулки, шайбовые пластины и невозможность равномерного распределения.
Бетон у упора	Местное смятие, выкалывание к свободным краям, раскалывание, вырыв и передача усилия на арматуру.	Малая ширина тумбы, несколько близких упоров, растяжение от анкеров и реверс силы.
Арматура и фундамент	Растяжки и сжатые подкосы, анкеровка стержней, срез и изгиб тумбы, ростверка и подошвы.	Локальная арматура у упора не заменяет замкнутого пути до основной системы фундамента.
Основание	Скольжение, опрокидывание, давление под подошвой и взаимодействие соседних опор.	Мощный стальной упор способен лишь перенести проблему ниже — в фундамент или грунт.

Если в расчёте участвуют два механизма, для каждого задают не только прочность, но и перемещение, при котором он включается. Без такой совместимости безопаснее назначить один ясный основной путь для полной расчётной силы, а остальные детали считать резервом или монтажными — именно в том статусе, который указан на чертеже.

Деталь должна пережить стройку

Карман. Его размеры должны позволять установить колонну с реальными допусками, завести смесь и удалить воздух; тесный карман превращает расчётное опирание в несколько случайных контактов.
Подливка. Назначают материал, толщину, подготовку поверхности, прочность к моменту нагружения и контроль заполнения. «Безусадочная» в названии не отменяет технологию.
Арматура. Геометрию упора координируют с сетками, хомутами и анкерами до выпуска чертежей, а не вырезают стержни на площадке для удобства монтажа.
Анкерные отверстия. Если болты действительно передают сдвиг, чертёж должен задать способ выбора зазора — например, втулки или привариваемые после выверки шайбовые пластины — и допустимую последовательность сварки.
Скрытые работы. До подливки проверяют швы упора, положение анкеров и арматуры; после — подтверждают заполнение и прочность смеси.
Монтаж. Временные клинья и гайки рассчитывают на монтажные воздействия до того, как постоянный путь передачи силы станет работоспособным.

Как выбрать схему

Умеренный статический сдвиг и гарантированное сжатие: сначала проверьте возможность передачи трением с нормативным коэффициентом для заданной поверхности и подливки.
Небольшой или средний сдвиг через анкеры: применяйте такую схему только при контролируемых отверстиях, понятном включении стержней и полной проверке стали и бетона.
Большой сдвиг, подъём плиты, раскос или реверс: назначайте отдельный срезной упор либо прямую связь с ростверком; проектируйте бетонную и арматурную часть так же внимательно, как стальную.
Большие совместные момент и сдвиг в сейсмике: рассмотрите заделанную, вставную или обетонированную базу, если она даёт более короткий и проверяемый путь усилий.
Передача реакции между опорами: замкните связевой контур балкой, ростверком или плитой и проверьте его до грунта, включая деформации основания.

Итог: лучший срезной упор — не самый массивный, а тот, для которого можно одним непрерывным рисунком показать путь силы, пластический механизм, бетонные виды разрушения, армирование, монтаж и контроль качества. Сталь заканчивается у сварного шва; инженерная ответственность — нет.

Нормативные документы и источники

Ссылки и статусы документов проверены 5 сентября 2026 года. Для расчёта применяют официально действующую на объекте редакцию, Национальное приложение и требования местной экспертизы.

ANSI/AISC 341-22. Seismic Provisions for Structural Steel Buildings. Раздел D2.6 и комментарий: расчётные усилия базы, скольжение в отверстиях анкеров, срезной упор и заделанная база.
AISC Design Guide 1. Base Connection Design for Steel Structures, 3-е издание, 2024. Практика расчёта открытых и заделанных баз, включая сейсмические случаи.
AISC Engineering FAQ 7. Anchor Rods, Base Plates and Embedded Plates. Трение, анкеры и применение срезного упора при больших горизонтальных силах.
Gomez et al. Behavior and Design of Column Base Connections, AISC Engineering Journal. Полномасштабные испытания трения, анкеров и срезного упора.
ACI 318 Building Code Portal. Действующие редакции норм по конструкционному бетону; раздел 17.11 охватывает присоединения со срезными упорами.
JRC Eurocodes Workshop: Design of Joints — Column Bases. Компонентная модель EN 1993-1-8:2005, анкеры в срезе и трение под плитой.
SCI P398. Joints in Steel Construction: Moment-Resisting Joints to Eurocode 3. Практическое проектирование баз, шайбовые пластины и shear stub. Руководство использует коэффициент трения 0,30; это не значение 0,20 из EN 1993-1-8:2005.
JRC: Second generation of the Eurocodes; BS EN 1993-1-8:2024. Общий график национальной публикации новых редакций до 30 сентября 2027 года и отмены первого поколения до 30 марта 2028 года.
JRC Eurocodes Workshop: Design of Steel Buildings for Earthquake Resistance. Иерархия прочности и расчёт стальных связевых систем по Eurocode 8.
GB 50017-2017. Standard for Design of Steel Structures. Пункты 12.7.4 и 17.2.12: горизонтальная реакция базы, трение, фундаментные болты, срезной упор и усилия базы связевой системы.
GB/T 50011-2010, редакция 2024 года. Code for Seismic Design of Buildings. Пункт 9.2.16 и пояснение для баз колонн одноэтажных стальных промышленных зданий; приказ Минстроя КНР о редакции 2024 года.
GB 55002-2021. General Code for Seismic Precaution of Buildings and Municipal Engineering. Официальное сообщение о введении обязательного общего стандарта.
СП 294.1325800.2017 «Конструкции стальные. Правила проектирования». Официальная карточка Росстандарта; пункт 5.3.2 — расчётные и конструктивные фундаментные болты.
JRC. Commentary on EN 1992-4: Design of Fastenings for Use in Concrete. Виды разрушения крепежа в бетоне, сейсмическая квалификация, совместное действие растяжения и среза и роль дополнительной арматуры.
JGJ 99-2015. Technical Specification for Steel Structure of Tall Building. Пункт 8.6: открытые и заделанные базы высотных гражданских зданий.
NIST GCR 13-917-24. Seismic Design of Steel Special Concentrically Braced Frame Systems. Раздел 5.3: силовой путь базы связевой колонны, упоры, анкеры, арматура и передача реакции в фундамент.

Материал носит обзорный характер и не заменяет расчёт базы, фундамента и грунтового основания для конкретного объекта.