45T龙门吊基础及轨道梁设计.doc

中国中铁五局郑州市轨道交通2号线一期工程土建施工01工区45t龙门吊基础及轨道梁演算 编制： 审核： 批准： 中国中铁五局郑州市轨道交通2号线一期工程土建施工01工区经理部二O一二年一月八日目 录一、设计依据3二、设计说明3三、基坑外轨道梁地基承载力演算43.1 演算模型43.2 基本参数5四、 基坑外轨道梁承载力演算74.1、验算基坑外龙门吊轨道梁74.2 参数准备84.3计算8五、车站顶板轨道梁、轨道立柱的布置形式及受力演算95.1龙门吊轨道在顶板的布置形式：95.2立柱与结构顶板各项承载力验算105.3轨道梁的各项承载力验算15六、预埋钢板及预留筋186.1设置预埋加强钢板：186.2设置预留筋：1945t龙门吊基础轨道梁设计一、设计依据1.1地质勘探资料；1.2龙门吊生产厂家提供有关资料；1.3建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；1.4混凝土结构设计规范（GB50010-2010）；1.5建筑结构荷载设计规范（GB50009-2001）二、设计说明广播台站拟采用2台45t龙门吊进行出渣及吊装作业，2台龙门吊沿车站横断面并排布置；45t龙门吊跨径为12m，根据现场车站顶板标准段宽度（宽19.1m）情况，2台龙门吊沿车站方向布置4根轨道梁，其中中间2根轨道梁需要在顶板上设置临时立柱同时在临时立柱上架设轨道梁。另外2根则铺设在基坑东西两侧地面上。车站结构顶板上布置轨道梁立柱，柱子的截面尺寸为900mm700mm（沿线路方向为900mm），沿线路方向中心间距为5000mm，与顶板纵梁中心间距1750mm。立柱高度为2.55m。采用在顶板上预留筋与顶板连接，布置在车站顶板上，如图2-1所示。图2-1 轨道梁立柱平面布置图（单位：mm） 轨道梁立柱上布置轨道梁，轨道梁全长40000mm，截面600mm，高800mm。两轨道梁中心间距为3500mm。其布置如图2-2所示。图2-2 轨道梁平面布置图（单位：mm）根据现场情况及受力情况，将本部45t龙门吊分为两部分内容进行设计演算。第一部分为基坑外轨道梁及地基承载力演算，第二部分为车站主体顶板上的轨道梁立柱及轨道梁受力演算。三、基坑外轨道梁地基承载力演算3.1 演算模型基础类型：刚性基础 计算形式：演算截面尺寸(如图3.1) 图3.1演算截面尺寸（单位：mm）3.2 基本参数3.2.1 几何参数基础宽度b=1.2m，基础埋深d=0.9m3.2.2 计算地基承载力计算公式：根据建筑地基基础设计规范（GB500072002）第5.2.5条中关于承载力计算部分的相关规定，当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：fa=Mbb+Mdmd+Mcck式中Mb、Md、Mc为承载力系数，按建筑地基基础设计规范（GB500072002）表5.2.5确定。对于b的取值，当在沙土中时，b小于3m时按3m取值。由地质勘探资料可知，土层21为粉土层，厚度为4.6m，粉土的内摩擦角为20.0，粘聚力为12kPa，查表得Mb、Md、Mc的取值分别为0.51、3.06、5.66，值取17.5 KN/m，m=18.5KN/mm。fa=Mbb+Mdmd+Mcckfa=0.5117.5+3.0618.51.2+5.6612=144.8kPa即地基承载力特征值是144.8kPa3.3.2、荷载作用下地基承载力验算验算方法：地基承载力验算：轨道梁基础长40m，根据45t龙门吊资料：支腿纵向距离为9.56m，龙门吊自重为100t，最大起重重量为45t，龙门吊每边4个轮子，每个轮子承受的龙门吊自重荷载为1008=11.25t；最不利荷载状况是起重荷载全部作用在该端轨道梁上，荷载系数取1.2，则每个轮子承受的最大荷载为Fmax=（1008454）g1.2=285kN，因此每个轮子承受的按最不利荷载情况布置轮压，见图-3.2。图3.2：荷载布置图（单位：m）由于两个轮子间距为0.9m，中间两个集中荷载间的间距为9.16m，这两个集中荷载在轨道梁上匀速运动，集中荷载通过轨道梁传递至地面，传递至地面的荷载可以等效为一个均布荷载。由于集中荷载比较大，钢筋混凝土轨道梁的刚度不能认为无穷大，因此不能在整个轨道梁长度范围内认为是均布荷载，只能在一定范围内等效为均布荷载。可以知道无论这两个集中荷载运动至轨道梁上任何部位，在两个集中荷载之间的范围内可以认为是均布荷载。梁的自重为18kN/m，设地面承受的均布荷载压强大小为q，则（q18）kN/m10.06m1.2m=1140kN，得q=112.4kPa；而在整个轨道梁长度范围内，无论两个集中荷载运动至何部位，两个集中荷载之间的区域给地面的均布荷载均是最大的，因此用上面得出的q来代替轨道梁给地面的压强大小是合理的。 而通过地基承载力验算软件得出的结果如下图所示：即算得出地基设计承载力为124kPa，轨道梁给地面的平均荷载为112.4kPa124kPa，满足要求。4、 基坑外轨道梁承载力演算4.1、基坑外龙门吊轨道梁承载力验算：断面尺寸为（宽高）：1200mm900mm，长度L约为40m，轨道梁采用C30钢筋砼现场浇筑，梁顶纵向每800mm预埋一块2408010mm的钢板，用来与钢轨焊接。如图4.1为梁的配筋图4.1 轨道梁横截面配筋图（单位mm）从图中可知受拉侧钢筋为820，受压侧钢筋为420。把轨道梁按照弹性地基梁计算，由于门吊运行比较慢，可以看成是恒载作用在梁上，乘以一个系数即可。根据文克尔假定，把梁下的地基看成是一系列弹簧，然后用软件SAP2000计算梁的最大弯矩和弹簧的反力。4.2 参数准备弹簧的刚度系数=kdb （1-1）式中: k基床系数; d连杆间距; b梁的宽度。所需要混凝土参数有：混凝土C30弹性模量 30GPa 混凝土容重 25KN/m3 混凝土泊松比 0.2 根据现场调查，轨道梁底面为杂填土，状态为可塑，基床系数k的经验值为1535MPa/m，在此处取20 MPa/m。 4.3抗弯承载力验算取20m长的梁进行计算，把梁等分成40份，每份就是0.5m，每段用弹簧连接，弹簧间距0.5m，梁的宽度1.2m，所以弹簧刚度系数12000kN/m。45t龙门吊荷载如图4.2所示：图4.2 荷载布置情况（单位：m） 用SAP2000建立梁模型，先输入梁的各项参数，然后加载荷载，设置分析选项后运行，得出弯矩图，剪切弯矩值最大部分如图4.3：图4.3 弯矩图（单位：KN/m）从图中找出最大弯矩为413.00kNm。应满足以下条件：钢筋全部为HRB400，b=0.518混凝土受压区高度计算：满足要求。五、车站顶板轨道梁、轨道立柱的布置形式及受力演算5.1龙门吊轨道在顶板的布置形式：布置方案：根据车站的场地情况及车站主体结构设计情况，结合拟用的沈阳2台45T龙门吊,其中一台龙门吊跨度为12m,另一台为可变跨度龙门吊为（10.5m）12m（13.5m），取东西跨，龙门吊布置如图5.1：图5.1-1 龙门吊布置图顶板上龙门吊的轨道及轨道下立柱的平面布置方式及尺寸如图5.1-2 ：图5.1-2 龙门吊轨道及轨下立柱的平面布置方式及尺寸如图，轨道梁立柱直接分布在结构顶板上，立柱的截面尺寸为700mm900mm，柱高2.35m，相邻两根柱子的中心间距为4m，立柱中心至顶纵梁中心的距离为1750mm，立柱的主筋与结构顶板主筋连接在一起。轨道梁截面尺寸为600mm800mm，长度为40000mm。，5.2立柱与结构顶板各项承载力验算5.2.1渣土坑处顶板承载力验算龙门吊自重为100t，龙门吊的自重传递给8个轮子，每个轮子上的自重荷载标准值为100/8=12.5t=125kN，由于龙门吊两个轮子间的间距为0.9m，距离较小，所以两个轮子的荷载可以近似等效为一个集中荷载，因此，龙门吊自重荷载可以等效为100t的自重传递给4个轮子，每个轮子承受的自重的荷载标准值为250kN。起吊最大重量45t时，当其靠近位于车站顶板上的走形轨时，对结构顶板的荷载最大，每个轮子上产生的轮压为45/2=22.5t=225kN。龙门吊在轨道梁上运行，当龙门吊的一个轮子位于轨道梁立柱的正上方时，对立柱的荷载压力最大。由于立柱的间距为5m，因此每根柱子还需承担5m长度的轨道梁的自重荷载以及自重荷载，5m长轨道梁自重为：0.6m0.8m5m25KN/m=60KN；立柱自重为：0.6m0.8m2.55m25KN/m=30.6KN，因此每个柱子承担的荷载为：（250225+60+30.6）1.2=678.7KN。柱受压计算：立柱大小为600mm800mm，混凝土等级为C30（柱高2.55m，b=0.6m），满足要求。5.2.2渣土坑处顶板承载力计算1） 抗冲切承载力每个柱传给板的荷载为678.7KN，作用面积为600mm800mm因结构顶板为800mm厚，故，故受冲切承载力满足。2） 抗弯承载力A、弯矩计算柱传给板的荷载为678.7KN，作用面积为600mm800mm，柱中心距离结构纵梁的最远中心距为1.75m，取1m宽的顶板，上面作用600800的集中荷载678.7Kn，并考虑结构板的自重、覆土重量，挖机及运输车辆等重量及20KPa的施工荷载，主体结构中柱距离结构墙的最远中心距为9.55m。此情况即为单向板上作用局部集中荷载，可以将其等效成一个均布活荷载q，根据建筑结构荷载规范的相关要求，单向板上局部荷载（包括集中荷载）的等效均布活荷载qe，可按下式计算：式中，l为板的跨度，b为板上荷载的有效分布宽度，为单向板的绝对弯矩；由sap2000得到的板的绝对弯矩图如下：用SAP2000得到的弯矩图有效分布宽度b的计算：柱的截面大小为600mm800mm，荷载作用面的长边垂直于板跨，简支板上荷载的有效分布宽度b为：其中，为荷载作用面垂直于板跨的计算宽度，为荷载作用面垂直于板跨的宽度；s为垫层厚度，一般取200mm，h为板的厚度。经过计算得出b的大小为8.3m。综上，得出等效均布活荷载大小为81917.078.38.758.75=24.1kN/m将集中荷载等效均布荷载、板的自重、覆土荷载以及施工荷载进行叠加后用sap2000得到的弯矩图如下：用SAP2000得到的弯矩图B：配筋计算混凝土强度等级：C30 fc 14.33N/mm ft 1.43N/mm钢筋强度设计值 fy 300N/mm Es 200000N/mm由弯矩设计值 M 求配筋面积 As，弯矩 M 893.28kNm截面尺寸： 相对界限受压区高度 b：受压区高度： 相对受压区高度：纵向受拉钢筋 As：配筋率：最小配筋率 min Max0.20%, 0.45ft/fy Max0.20%, 0.21% 0.21%0.56%，满足要求。结构顶板配筋为上下铁均为25100， As=490.910=4909mm，满足要求。5.2.3 管片堆放场地顶板承载力验算由于管片是成堆堆放，每堆放三块，每堆重量为10t，因此管片可以当成均布荷载进行计算。 抗弯承载力验算：由管片重量和堆放面积可知，管片荷载为33.33KN/m，则管片堆放场地顶板东西方向上的弯矩图如下：用SAP2000得到的弯矩图最大正弯矩最大负弯矩为考虑到超静定结构在支座处要进行弯矩折减，支座折减系数取0.2，因此最大负弯矩为：B：配筋计算混凝土强度等级：C30 fc 14.33N/mm ft 1.43N/mm钢筋强度设计值 fy 300N/mm Es 200000N/mm由弯矩设计值 M 求配筋面积 As，弯矩 M 971.17kNm截面尺寸： 相对界限受压区高度 b：受压区高度：相对受压区高度：纵向受拉钢筋 As：配筋率：最小配筋率 min Max0.20%, 0.45ft/fy Max0.20%, 0.21% 0.21%0.58%，满足要求。结构顶板配筋为上下铁均为25100， As=490.910=4909mm，满足要求。5.2.4中柱抗压验算：轨道梁截面为600mm800mm，跨度5m，纵梁截面为1000mm1800mm，板长19.1m，厚度800mm，长度为8000mm，轨道梁自重：0.6m0.8m10m25KN/m=120KN，立柱自重：0.6m0.8m2.55m25KN/m2=61.2KN，板的自重：17.70.88251.22=1699KN，覆土自重：17.7103.52021.2=7434KN每个中柱受到的荷载大小为：12061.216997434=9314.2KN柱受压计算：立柱大小为1000mm800mm，混凝土等级为C30（柱高2.35m，b=0.7m）满足要求。5.3轨道梁的各项承载力验算5.3.1轨道梁在最不利受力条件下的弯矩图如下：图5.3.1由sap2000得到的弯矩图5.3.2受弯承载力验算：配筋计算：混凝土强度等级：C30 钢筋强度设计值 由弯矩设计值M求配筋面积 As，弯矩截面尺寸： 计算结果：相对界限受压区高度 b：受压区高度：相对受压区高度：纵向受拉钢筋 As：配筋率：最小配筋率 min Max0.20%, 0.45ft/fy Max0.20%, 0.21% 0.21%0.28%上下均配置5根20，As=314.25=1571.1mm2，满足要求。图5.3.2轨道梁截面配筋图5.3.3 受剪承载力图5.3.3由SAP2000得到的剪力图当集中荷载作用在支座处是剪力最大，最大剪力为557.58KN。配筋计算：混凝土强度等级：C30 箍筋抗拉强度设计值 箍筋间距 s 300mm由剪力设计值 V 求箍筋面积，剪力设计值 V 557.58kN截面尺寸： 当、 500 H 1000mm时构造要