45T龍門吊基礎(chǔ)及軌道梁設(shè)計

1、中國中鐵五局鄭州市軌道交通2號線一期工程土建施工01工區(qū)45t龍門吊基礎(chǔ)及軌道梁演算國中鐵編制：審核：批準(zhǔn)：中國中鐵五局鄭州市軌道交通2號線一期工程土建施工01工區(qū)經(jīng)理部二O一二年一月八日一、設(shè)計依據(jù)3.二、設(shè)計說明3.三、基坑外軌道梁地基承載力演算43.1 演算模型4.3.2 基本參數(shù)5.四、基坑外軌道梁承載力演算74.1 、驗算基坑外龍門吊軌道梁.7.4.2 參數(shù)準(zhǔn)備8.4.3 計算8.五、車站頂板軌道梁、軌道立柱的布置形式及受力演算95.1 龍門吊軌道在頂板的布置形式：95.2 立柱與結(jié)構(gòu)頂板各項承載力驗算1.05.3 軌道梁的各項承載力驗算15六、預(yù)埋鋼板及預(yù)留筋186.1 設(shè)置預(yù)埋加

2、強鋼板：.186.2 設(shè)置預(yù)留筋：1945t龍門吊基礎(chǔ)軌道梁設(shè)計一、設(shè)計依據(jù)1.1 地質(zhì)勘探資料；1.2 龍門吊生產(chǎn)廠家提供有關(guān)資料；1.3 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002);1.4 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010);1.5 建筑結(jié)構(gòu)荷載設(shè)計規(guī)范(GB50009-2001)二、設(shè)計說明廣播臺站擬采用2臺45t龍門吊進(jìn)行出渣及吊裝作業(yè)，2臺龍門吊沿車站橫斷面并排布置；45t龍門吊跨徑為12m,根據(jù)現(xiàn)場車站頂板標(biāo)準(zhǔn)段寬度(寬19.1m)情況，2臺龍門吊沿車站方向布置4根軌道梁，其中中間2根軌道梁需要在頂板上設(shè)置臨時立柱同時在臨時立柱上架設(shè)軌道梁。另外2根則鋪設(shè)在基坑?xùn)|

3、西兩側(cè)地面上。車站結(jié)構(gòu)頂板上布置軌道梁立柱，柱子的截面尺寸為900mmx700mm(沿線路方向為900mm),沿線路方向中心間距為5000mm,與頂板縱梁中心間距1750mm。立柱高度為2.55m。采用在頂板上預(yù)留筋與頂板連接，布置在車站頂板上，如圖2-1所示。Til-無瞅巾助圖2-1軌道梁立柱平面布置圖（單位：mm軌道梁立柱上布置軌道梁，軌道梁全長40000mm,截面600mm,高800mm。兩軌道梁中心間距為3500mm。其布置如圖2-2所示。圖2-2軌道梁平面布置圖（單位：mm根據(jù)現(xiàn)場情況及受力情況，將本部45t龍門吊分為兩部分內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計演算。第一部分為基坑外軌道梁及地基承載力演算，第

4、二部分為車站主體頂板上的軌道梁立柱及軌道梁受力演算。三、基坑外軌道梁地基承載力演算3.1 演算模型基礎(chǔ)類型：剛性基礎(chǔ)計算形式：演算截面尺寸（如圖3.1）圖3.1演算截面尺寸(單位：mm3.2 基本參數(shù)3.2.1 幾何參數(shù)基礎(chǔ)寬度b=1.2m,基礎(chǔ)埋深d=0.9m3.2.2 計算地基承載力計算公式：根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB500072002)第5.2.5條中關(guān)于承載力計算部分的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標(biāo)確定地基承載力特征值可按下式計算，并應(yīng)滿足變形要求：fa=Mbbb+Md丫md+Mcck式中Mb、Md、Mc為承載力系數(shù)，按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)

5、計規(guī)范(GB500072002)表5.2.5確定。對于b的取值，當(dāng)在沙土中時，b小于3m時按3m取值。由地質(zhì)勘探資料可知，土層21為粉土層，厚度為4.6m,粉土的內(nèi)摩擦角為20.0°,粘聚力為12kPa,查表得Mb、Md、Mc的取值分別為0.51、3.06、5.66,丫值取17.5KN/m3,丫m=18.5KN/mm3。fa=Mbbb+Md丫md+Mcckfa=0.51X17.5+3.06X18.5X1.2+5.66X12=144.8kPa即地基承載力特征值是144.8kPa3.3.2、荷載作用下地基承載力驗算驗算方法：地基承載力驗算：軌道梁基礎(chǔ)長40m根據(jù)45t龍門吊資料：支腿縱向

6、距離為9.56m,龍門吊自重為100t,最大起重重量為45t,龍門吊每邊4個輪子，每個輪子承受的龍門吊自重荷載為100+8=11.25t;最不利荷載狀況是起重荷載全部作用在該端軌道梁上，荷載系數(shù)取1.2,則每個輪子承受的最大荷載為Fmax=(100+8+45+4)gx1.2=285kN,因此每個輪子承受的按最不利荷載情況布置輪壓，見圖-3.2。900團60900贈w圖3.2:荷載布置圖（單位：m由于兩個輪子間距為0.9m,中間兩個集中荷載間的間距為9.16m,這兩個集中荷載在軌道梁上勻速運動，集中荷載通過軌道梁傳遞至地面，傳遞至地面的荷載可以等效為一個均布荷載。由于集中荷載比較大，鋼筋混凝土軌

7、道梁的剛度不能認(rèn)為無窮大，因此不能在整個軌道梁長度范圍內(nèi)認(rèn)為是均布荷載，只能在一定范圍內(nèi)等效為均布荷載?？梢灾罒o論這兩個集中荷載運動至軌道梁上任何部位，在兩個集中荷載之間的范圍內(nèi)可以認(rèn)為是均布荷載。梁的自重為18kN/m,設(shè)地面承受的均布荷載壓強大小為q,則（q18）kN/mX10.06mX1.2m=1140kN,得q=112.4kPq而在整個軌道梁長度范圍內(nèi)，無論兩個集中荷載運動至何部位，兩個集中荷載之間的區(qū)域給地面的均布荷載均是最大的，因此用上面得出的q來代替軌道梁給地面的壓強大小是合理的。而通過地基承載力驗算軟件得出的結(jié)果如下圖所示：基坳寬度電m）1.2矩形基眥長度Lm基珈埋深DmJ0

8、.9地下水位加J13"國家胡范方法frSSEHIZIj上海規(guī)范方法唯堂荷載rPrandtlTerzaghi，Hanson基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，寬度為1.2見底面埋深隊9%場蚯地下水位為隊叫地層參數(shù)如下：厚度重度3。(m)(kN/m3)C)(kPa)采用公式國家地基基礎(chǔ)規(guī)范5J,4地基設(shè)計承載力"=123-99KP3即算得出地基設(shè)計承載力為124kPa,軌道梁給地面的平均荷載為112.4kPa<124kPa,滿足要求。四、基坑外軌道梁承載力演算4.1 、基坑外龍門吊軌道梁承載力驗算：斷面尺寸為（寬X高）：1200mmX900mm,長度L約為40m,軌道梁采用C30鋼筋碎現(xiàn)場澆

9、筑，梁頂縱向每800mm預(yù)埋一塊240X80X10mm的鋼板，用來與鋼軌焊接。如圖4.1為梁的配筋300gro的2150|1200圖4.1軌道梁橫截面配筋圖（單位mm）從圖中可知受拉側(cè)鋼筋為8O20,受壓側(cè)鋼筋為420。把軌道梁按照彈性地基梁計算，由于門吊運行比較慢，可以看成是包載作用在梁上，乘以一個系數(shù)即可。根據(jù)文克爾假定，把梁下的地基看成是一系列彈簧，然后用軟件SAP2000計算梁的最大彎矩和彈簧的反力。4.2 參數(shù)準(zhǔn)備彈簧的剛度系數(shù)=kdb（1-1）式中：k基床系數(shù)；d一連桿間距；b梁的寬度。所需要混凝土參數(shù)有：混凝土C30彈性模量30GPa混凝土容重25KN/m3混凝土泊松比0.2根據(jù)

10、現(xiàn)場調(diào)查，軌道梁底面為雜填土，狀態(tài)為可塑，基床系數(shù)k的經(jīng)驗值為1535MPa/m,在止匕處取20MPa/m。4.3 抗彎承載力驗算取20m長的梁進(jìn)行計算，把梁等分成40份，每份就是0.5m,每段用彈簧連接，彈簧間距0.5m,梁的寬度1.2m,所以彈簧剛度系數(shù)12000kN/m。45t龍門吊荷載如圖4.2所示：285KN/m285KN/m99.156_0.g,+16+軸翼8部/m圖4.2荷載布置情況（單位：m）用SAP2000建立梁模型，先輸入梁的各項參數(shù)，然后加載荷載，設(shè)置分析選項后運行，得出彎矩圖，剪切彎矩值最大部分如圖4.3:圖4.3彎矩圖(單位：KN/m從圖中找出最大彎矩為413.00k

11、N-m。應(yīng)滿足以下條件：'''、M<：ifcbx(ho-x/2)+fyAs(ho-as)鋼筋全部為HRB400,七b=0.518混凝土受壓區(qū)高度計算：''二fcbx=fyAs-fyAx=52.7mm,x<bh0=0.518860=445.5八一、'-','、：1fcbx(h0-x/2)+fyAs(h0-as)W.014.360052.7(860-52.7/2)36043.14100(860-40)=747.7kNm413.00kNm滿足要求。五、車站頂板軌道梁、軌道立柱的布置形式及受力演算5.1 龍門吊軌道在頂板的布置

12、形式：布置方案：根據(jù)車站的場地情況及車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計情況，結(jié)合擬用的沈陽2臺45T龍門吊，其中一臺龍門吊跨度為12m,另一臺為可變跨度龍門吊為(10.5m)12m(13.5m),取東西跨，龍門吊布置如圖5.1:u龍門吊軌道'p!圖5.1-1龍門吊布置圖頂板上龍門吊的軌道及軌道下立柱的平面布置方式及尺寸如圖5.1-2:3口OrYim曲2clDme樹觀戡Ii#nt-3(1OP取I用的圖5.1-2龍門吊軌道及軌下立柱的平面布置方式及尺寸如圖，軌道梁立柱直接分布在結(jié)構(gòu)頂板上，立柱的截面尺寸為700mmX900mm,柱高2.35m,相鄰兩根柱子的中心間距為4m,立柱中心至頂縱梁中心的距離為175

13、0mm,立柱的主筋與結(jié)構(gòu)頂板主筋連接在一起。軌道梁截面尺寸為600mmx800mm,長度為40000mm。，5.2立柱與結(jié)構(gòu)頂板各項承載力驗算5.2.1渣土坑處頂板承載力驗算龍門吊自重為100t,龍門吊的自重傳遞給8個輪子，每個輪子上的自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值為100/8=12.5t=125kN,由于龍門吊兩個輪子間的間距為0.9m,距離較小，所以兩個輪子的荷載可以近似等效為一個集中荷載，因此，龍門吊自重荷載可以等效為100t的自重傳遞給4個輪子，每個輪子承受的自重的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為250kN0起吊最大重量45t時，當(dāng)其靠近位于車站頂板上的走形軌時，對結(jié)構(gòu)頂板的荷載最大，每個輪子上產(chǎn)生的輪壓為45/2=22

14、.5t=225kN0龍門吊在軌道梁上運行，當(dāng)龍門吊的一個輪子位于軌道梁立柱的正上方時，對立柱的荷載壓力最大。由于立柱的間距為5m,因此每根柱子還需承擔(dān)5m長度的軌道梁的自重荷載以及自重荷載，5m長軌道梁自重為：0.6mx0.8mx5mx25KN/m3=60KN;立柱自重為：0.6mX0.8mX2.55mX25KN/m3=30.6KN,因此每個柱子承擔(dān)的荷載為：（250+225+60+30.6）X1.2=678.7KN。柱受壓計算：立柱大小為600mmx800mm,混凝土等級為C30（柱高2.55m,b=0.6m）0.9邛fcA=0.9M1.0M14.3M600M800=6177.6KN>

15、678.7KN滿足要求。5.2.2 渣土坑處頂板承載力計算1）抗沖切承載力每個柱傳給板的荷載為678.7KN,作用面積為600mmx800mm因結(jié)構(gòu)頂板為800mm厚，故k=1.0,m=min(n1,n2)=min0.4+1.2/2,0.5+307504M2父(700+900+2父750)；-1.00.7:hftumh0=0.71.01.431.02600330800330660=2721.92kN678.7kN故受沖切承載力滿足。2）抗彎承載力A、彎矩計算柱傳給板的荷載為678.7KN,作用面積為600mmx800mm,柱中心距離結(jié)構(gòu)縱梁的最遠(yuǎn)中心距為1.75m,取1m寬的頂板，上面作用60

16、0X800的集中荷載678.7Kn,并考慮結(jié)構(gòu)板的自重、覆土重量，挖機及運輸車輛等重量及20KPa的施工荷載，主體結(jié)構(gòu)中柱距離結(jié)構(gòu)墻的最遠(yuǎn)中心距為9.55m。此情況即為單向板上作用局部集中荷載，可以將其等效成一個均布活荷載q,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的相關(guān)要求，單向板上局部荷載（包括集中荷載）的等效均布活荷載qe,可按下式計算：.8Mmax式中，l為板的跨度，b為板上荷載的有效分布寬度，Mmax為單向板的絕對彎矩；由sap2000得到的板的絕對彎矩圖如下：用SAP2000得到的彎矩圖有效分布寬度b的計算：柱的截面大小為600mmx800mm,荷載作用面的長邊垂直于板跨，簡支板上荷載的有效分布寬度b

17、為：b=2bcy0.733cybcy=bty2sh其中，bcy為荷載作用面垂直于板跨的計算寬度，bty為荷載作用面垂直于板跨的寬度；s為墊層厚度，一般取200mm,h為板的厚度。經(jīng)過計算得出b的大小為8.3m。綜上，得出等效均布活荷載大小為8X1917.07+8.3+8.75+8.75=24.1kN/m將集中荷載等效均布荷載、板的自重、覆土荷載以及施工荷載進(jìn)行疊加后用sap2000得到的彎矩圖如下：用SAP200CW至ij的彎矩圖B:配筋計算混凝土強度等級：C30fc=14.33N/mmft=1.43N/mm鋼筋強度設(shè)計值fy=300N/mmEs=200000N/mm由彎矩設(shè)計值M求配筋面積A

18、s,彎矩M=893.28kNm截面尺寸：bh=800mm1000mmh0=h-as=800-30=770mm相對界限受壓區(qū)高度己bb，11fy/(Escu)=0.8/1300/(2000000.0033)1-0.550受壓區(qū)高度：x=h0-hc2-2oM/(：1fcb)x=770-,7702-21.0930130000/(1.014.331000):90mm相對受壓區(qū)高度：¥：=x/h0=90/770=0.117一b=0.550縱向受拉鋼筋A(yù)s：As=1fcbx/fy=1.014.33100090/300=4299mm配筋率：:"As/(bh0)=4299/(1000770

19、)=0.56%最小配筋率pmin=Max0.20%,0.45ft/fy=Max0.20%,0.21%=0.21%<0.56%,滿足要求。結(jié)構(gòu)頂板配筋為上下鐵均為25100,As=490.9X10=4909mm2,滿足要求。5.2.3 管片堆放場地頂板承載力驗算由于管片是成堆堆放，每堆放三塊，每堆重量為10t,因此管片可以當(dāng)成均布荷載進(jìn)行計算?？箯澇休d力驗算：由管片重量和堆放面積可知，管片荷載為33.33KN/m3,則管片堆放場地頂板東西方向上的彎矩圖如下：用SAP2000得到的彎矩圖最大正彎矩M,max=474.89Kn，m最大負(fù)彎矩為M_max=-1213.96Knm（未考慮支座折減）

20、考慮到超靜定結(jié)構(gòu)在支座處要進(jìn)行彎矩折減，支座折減系數(shù)取0.2,因此最大負(fù)彎矩為：Mwax=-971.17Kn,m（考慮支座折減）B:配筋計算混凝土強度等級：C30fc=14.33N/mmft=1.43N/mm鋼筋強度設(shè)計值fy=300N/mmEs=200000N/mm由彎矩設(shè)計值M求配筋面積As,彎矩M=971.17kNm截面尺寸：bh=1000mm800mmh0=h-as=800-30=770mm相對界限受壓區(qū)高度己bb=B11fy/（Es；cu）=0.8/1300/（2000000.0033）1-0.550受壓區(qū)高度：x=h0-hg2-20M/（：1fcb）x=770-7702-21.09

21、71170000/(1.014.331000)=94mm相對受壓區(qū)高度：=x/h0=94/770=0.122<b=0.550縱向受拉鋼筋A(yù)s：As=：ifcbx/fy=1.014.33100094/300=4490mm配筋率：。=As/(bh0)=4490/(1000770)=0.58%最小配筋率pmin=Max0.20%,0.45ft/fy=Max0.20%,0.21%=0.21%<0.58%,滿足要求。結(jié)構(gòu)頂板配筋為上下鐵均為25100,As=490.9X10=4909mm2,滿足要求。5.2.4中柱抗壓驗算：軌道梁截面為600mmx800mm,跨度5m,縱梁截面為1000mm

22、X1800mm,板長19.1m,厚度800mm,長度為8000mm,軌道梁自重：0.6mX0.8mX10mX25KN/m3=120KN,立柱自重：0.6mX0.8mX2.55mX25KN/m3X2=61.2KN,板的自重：17.7X0.8X8X25X1.2+2=1699KN,覆土自重：17.7X10X3.5X20+2X1.2=7434KN每個中柱受到的荷載大小為：120+61.2+1699+7434=9314.2KN柱受壓計算：立柱大小為1000mmx800mm,混凝土等級為C30(柱高2.35m,b=0.7m)0.9fcA0.91.014.38001000=10296KN9314.2KN滿足

23、要求。5.3軌道梁的各項承載力驗算5.3.1軌道梁在最不利受力條件下的彎矩圖如下:圖5.3.1由sap2000得至ij的彎矩圖5.3.2受彎承載力驗算:配筋計算：混凝土強度等級：C30fc=14.33N/mmcft=1.4Nmm鋼筋強度設(shè)計值fy=300N/mmEs=200000N/mmys由彎矩設(shè)計值M求配筋面積As,彎矩M=284.65kNm截面尺寸：bh=600mm800mmh0=h-as=800-40=760mm計算結(jié)果：相對界限受壓區(qū)高度己bb=?11fy/(Es；cu)=0.8/1300/(2000000.0033)1-0.550受壓區(qū)高度：x=h。-hc2-20M/(：1fcb)

24、x=760-.7602-21.0284650000/(1.014.331000):45mm相對受壓區(qū)高度：=x/h0=45/760=0.059<b=0.550縱向受拉鋼筋A(yù)s：As=，1fcbx/fy=1.014.3360045/300-1289.7mm配筋率：。=As/(bh0)=1289.7/(600760)=0.28%最小配筋率pmin=Max0.20%,0.45ft/fy=Max0.20%,0.21%=0.21%<0.28%上下均配置5根620,As=314.2X5=1571.1mm2,滿足要求圖5.3.2軌道梁截面配筋圖5.3.3受剪承載力冷alOlJTJII圖5.3.3由SAP200CW至ij的剪力圖當(dāng)集中荷載作用在支座處是剪力最大，最大剪力為557.58KN。配筋計算：混凝土強度等級：C30fc=14.33N/mmft=1.4Nmm箍筋抗拉強度設(shè)計值fyv=21