40t龙门吊轨道梁设计.docx
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40t龙门吊轨道梁设计
西安地铁三号线试验段TJSG-1标工程
40吨龙门吊轨道梁施工设计方案
1、工程概况
1.1鱼化寨站概况及结构设计
鱼化寨站为西安市地铁三号一期工程的起点站,车站位于西安市雁塔区富裕路与丰盛路十字路口西侧,沿富裕路东西向靠路南侧布置。
车站主体为地下两层三跨框架结构(局部为单柱双跨结构),长360.11m,标准段宽20.7m(西侧端头井段宽度为28.9m、东侧端头井宽度为26.4m),基坑开挖深度18.5m(端头井深约19.48m),覆土厚度3.38~3.88m,基底位于3-4-2粉质粘土层,基坑变形控制保护等级为一级。
车站设六个出入口和三组风亭。
鱼化寨站平面示意图
西安市地铁三号线试验段TJSG-1标工程包含鱼化寨站、丈八北路站、鱼化寨站~丈八北路站区间(以下简称鱼~丈区间)、丈八北路站~延平门站区间(以下简称丈~延区间),共两站两区间。
鱼化寨站~丈八北路站盾构区间,左线起止里程为ZDK12+141.075~ZDK14+237.540,左线全长2096.465m;右线起止里程YDK12+138.875~YDK14+237.540,右线全长2098.665m。
在里程ZDK12+139.575~+208.145设置一条长68.57m的单渡线,在里程ZDK12+208.145~+224.245设盾构始发井连接单渡线段及盾构隧道段。
区间先以R=400的曲线向东南方向前行,侧穿皂河桥及下穿皂河,然后以R=450m的曲线向东北方向前行,在西安旧机动车交易中心场地通过地裂缝段。
右线始发井和出土口设置在鱼化寨车站内。
区间隧道采用盾构法施工,盾构隧道衬砌管片外径6.0m,内径5.4m,宽1.5m,厚0.3m,分为6块,管片采用错缝拼装。
管片砼采用高抗渗高强度C50等级的混凝土,抗渗等级为S12。
1.2龙门吊布置及设计
根据盾构隧道施工特点和工艺要求,计划在盾构始发井(左线)先安装40吨龙门吊来进行隧道土石方及材料的吊运。
随后根据施工要求,安装始发井(右线)40吨龙门吊。
在施工右线时40吨龙门吊架设位置:
轨道梁布置位置为结构轴线31轴~45轴。
轨道梁总共设置4道,南北两道分别设置在原始路面上,中间两道设置在结构顶板上。
轨道梁承载力主要由结构框架柱及框架梁承载,经过验算可以满足承载力要求。
为满足施工过程周转材料及拆除负环,4道轨道梁统一向基坑东侧顺延8m。
40t龙门吊主要起吊管片、碴土以及施工材料。
一环管片重约20t/环,管片三块标准块总重约12t;碴土斗自重约13T,掘进一环渣土量约63m3,每斗出土重量约17T,共计30T,因此龙门吊的最大起吊重量约30t。
龙门吊设计时考虑到安全储备,按最大吊重量约40T考虑。
本工程计划安装龙门吊跨度为12m,自重100t,每侧两轮间距为11.387m。
龙门吊单边悬臂,悬臂长度为6m,起重设备的最大吊重为40t。
2、40吨龙门吊轨道梁设计说明
2.1设计依据
(1)西安市城市轨道交通三号线试验段工程土建工程的相关合同文件、招标文件、投标文件、设计资料等。
(2)国家现行有关施工及验收规范、规则、质量技术标准,以及西安地区在安全文明施工等方面的规定。
(3)江正荣编《建筑施工计算手册》。
国振喜等编《简明建筑工程施工手册》。
(4)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)。
(5)《建筑施工手册》(第四版)。
(6)我单位的地下工程结构方面的施工经验。
2.2设计检算原则
1)在满足结构受力的前提下应考虑挠度变形控制。
2)综合考虑结构的安全性、稳定性。
3)采取比较符合实际的力学模型进行计算。
2.3设计范围
40t龙门吊钢筋混凝土轨道梁分别在不同位置处的受力和配筋设计。
轨道梁支撑形式
序号
编号
名称
图示
尺寸
轨道梁尺寸
支撑位置
轨道梁位置关系
备注
1
①
牛腿
牛腿尺寸:
b=1000mmh=1300mmh1=440mmc=1850mm
下柱尺寸:
1000×1000mm
纵向位于40~41轴中心线上,横行牛腿中心距B轴1.3m。
位于轨道梁下方
支撑轨道梁。
13页
2
②
横向梁
梁长=5.3m
截面尺寸=
800×600mm
纵向位于31~34轴中心线上,横向设置在B、C两轴之间。
位于轨道梁下方
支撑轨道梁。
16页
3
③
梁长=7.8m
截面尺寸=
800×800mm
纵向位于35~39轴中心线上,横向一端设置距B轴2.5m,另一端设置在C轴上。
位于轨道梁下方
支撑轨道梁。
20页
4
④
梁长=8.2m
截面尺寸=
1000×900mm
纵向位于44~45轴中心线上,横向一端设置距B轴2.5m,另一端设置在C轴上。
位于轨道梁下方
支撑轨道梁。
23页
5
⑤
立柱
截面尺寸=
1000×1000mm
纵向位于31~34轴、35~39轴、44~45轴,横向31~34轴设置在B、C两轴上,35~39轴一端设置距B轴2.5m另一端设置在C轴上,44~45轴一端设置距B轴2.5m另一端设置在C轴上。
位于横向梁下方
支撑横向梁及轨道梁。
26页
3、40吨龙门吊轨道梁结构设计参数
本工程计划安装龙门吊跨度为12m,自重100t,每侧两轮间距为11.387m。
龙门吊单边悬臂,悬臂长度为6m,起重设备的最大吊重为40t。
龙门吊跨度为12m,每侧两轮间距为11.387m。
龙门吊起重设备为小车,该小车的最大承载为40t。
龙门吊自重100t。
考虑到龙门吊偏压,单个轮压最不利情况最大值为250KN,安全系数按1.2考虑约为300KN,单侧轮压为500KN。
龙门吊轨道直接安装在钢筋砼轨道梁上,在轨道梁上预埋固定钢轨的钢筋。
轨道梁一侧沿31~45轴纵向设置,在45轴之外向东延伸8米。
为了区分轨道梁,把轨道梁分为a、b、c、d四道。
4、40吨龙门吊轨道梁设计验算
4.1龙门吊轨道梁布设在天然地基上
4.1.1计算模型与计算荷载
龙门吊轨道梁按天然地基梁进行计算,龙门吊单侧轨距为11.387m,龙门吊作用于轨道上轨压和起吊材料对轨道梁的压力F=300kN。
4.1.2轨道梁受力与配筋计算
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),本文简称《混凝土规范》
《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010),本文简称《抗震规范》
1已知条件及计算要求:
(1)已知条件:
矩形梁b=600mm,h=450mm。
砼C35,fc=16.70N/mm2,ft=1.57N/mm2,纵筋HRB400,fy=360N/mm2,fy'=360N/mm2,箍筋HPB300,fy=270N/mm2。
弯矩设计值M=300.00kN.m,剪力设计值V=10.00kN,扭矩设计值T=0.00kN.m。
(2)计算要求:
1.正截面受弯承载力计算2.斜截面受剪承载力计算3.裂缝宽度计算。
2抗弯计算:
(1)求相对界限受压区高度ξb
εcu=0.0033-(fcu,k-50)×10-5=0.0033-(35-50)×10-5=0.00345
εcu>0.0033,取εcu=0.00330
按《混凝土规范》公式(6.2.7-1)
(2)单筋计算基本公式,按《混凝土规范》公式(6.2.10-1)
(3)求截面抵抗矩系数αs
h0=h-as=450-35=415mm
(4)求相对受压区高度ξ
(5)求受拉钢筋面积As
As=ξα1fcbh0/fy=0.192×1.00×16.70×600×415/360=2222mm2
(6)配筋率验算
受拉钢筋配筋率
ρ=As/(bh)=2222/(600×450)=0.82%>ρsmin=max{0.0020,0.45ft/fy=0.45×1.57/360=0.0020}=0.0020
配筋率满足要求
3抗剪计算:
(1)截面验算,按《混凝土规范》公式(6.3.1)
V=0.25βcfcbh0=0.25×1.000×16.70×600×415=1039575N=1039.58kN>V=10kN
截面尺寸满足要求。
(2)配筋计算,按混凝土规范公式(6.3.4-2)
V<αcvftbh0+fyv(Asv/s)h0
Asv/s=(V-αcvftbh0)/(fyvh0)
=(10.00×103-0.70×1.57×600×415)/(270×415)
=-2.35298mm2/mm=-2352.98mm2/m
配箍率ρsv=Asv/s/b=-2.35298/600=-0.39%<ρsvmin=0.14%不满足最小配箍率
抗剪箍筋按构造配筋:
Asv/s=ρsvmin×b=0.14%×600=0.83733mm2/mm=837.33mm2/m
4配置钢筋:
(1)上部纵筋:
计算As=540mm2,
实配4E25(1963mm2ρ=0.73%),配筋满足
(2)下部纵筋:
计算As=2222mm2,
实配5E25(2454mm2ρ=0.91%),配筋满足
(3)箍筋:
计算Av/s=837mm2/m,
实配d10@300四肢(1047mm2/mρsv=0.17%),配筋满足
5裂缝计算:
(1)截面有效高度:
(2)受拉钢筋应力计算,根据《混凝土规范》式7.1.4-3:
(3)按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率,根据《混凝土规范》式7.1.2-4:
(4)裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数,根据《混凝土规范》式7.1.2-2:
ψ=-0.5262<0.2,取ψ=0.2
受拉区纵向钢筋的等效直径deq:
根据《混凝土规范》表7.1.2-1构件受力特征系数αcr=1.9:
(5)最大裂缝宽度计算,根据《混凝土规范》式7.1.2-1:
σs=σsq
Wmax=0.014mm4.2轨道梁布设在牛腿处
龙门吊轨道梁设在牛腿处进行计算,龙门吊单侧轨距为11.387m,牛腿间距为4.5m。
由于龙门吊轮距较宽,每跨只承受龙门吊1/4轮压。
龙门吊作用于轨道上轨压和起吊材料对轨道梁的压力充分考虑系数F=300kN。
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),本文简称《混凝土规范》
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),本文简称《荷载规范》
1计算简图:
2计算条件:
荷载条件:
均布恒载标准值:
0.00kN/m活载准永久值系数:
0.50
均布活载标准值:
0.00kN/m支座弯矩调幅幅度:
0.0%
梁容重:
25.00kN/m3计算时考虑梁自重:
考虑
恒载分项系数:
1.20活载分项系数:
1.40
配筋条件:
抗震等级:
不设防纵筋级别:
HRB400
混凝土等级:
C35箍筋级别:
HPB300
配筋调整系数:
1.0上部纵筋保护层厚:
25mm
面积归并率:
30.0%下部纵筋保护层厚:
25mm
最大裂缝限值:
0.400mm挠度控制系数C:
200
截面配筋方式:
双筋
3计算结果:
单位说明:
弯矩:
kN.m剪力:
kN
纵筋面积:
mm2箍筋面积:
mm2/m
裂缝:
mm挠度:
mm
梁号1:
跨长=4500B×H=600×600
左中右
弯矩(-):
0.0000.000-283.788
弯矩(+):
0.001290.4420.000
剪力:
141.236-243.064-267.364
上部as:
353535
下部as:
353535
上部纵筋:
7207201457
下部纵筋:
7201491720
箍筋Asv:
837837837
上纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
下纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
箍筋实配:
4d10@250(1257)4d10@250(1257)4d10@250(1257)
腰筋实配:
4d16(804)4d16(804)4d16(804)
上实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
下实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
箍筋配筋率:
0.21%0.21%0.21%
裂缝:
0.0000.3170.304
挠度:
0.0002.7130.000
最大裂缝:
0.317mm<0.400mm
最大挠度:
2.713mm<22.500mm(4500/200)
本跨计算通过.
梁号2:
跨长=4500B×H=600×600
左中右
弯矩(-):
-283.7880.000-189.192
弯矩(+):
0.000195.8460.000
剪力:
225.321201.021-183.279
上部as:
353535
下部as:
353535
上部纵筋:
1457720977
下部纵筋:
7201010720
箍筋Asv:
837837837
上纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
下纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
箍筋实配:
4d10@250(1257)4d10@250(1257)4d10@250(1257)
腰筋实配:
4d16(804)4d16(804)4d16(804)
上实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
下实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
箍筋配筋率:
0.21%0.21%0.21%
裂缝:
0.3040.1200.107
挠度:
0.0001.1810.000
最大裂缝:
0.304mm<0.400mm
最大挠度:
1.181mm<22.500mm(4500/200)
本跨计算通过.
梁号3:
跨长=4500B×H=600×600
左中右
弯矩(-):
-189.1920.000-283.788
弯矩(+):
0.000195.8460.000
剪力:
183.279-201.021-225.321
上部as:
353535
下部as:
353535
上部纵筋:
9777201457
下部纵筋:
7201010720
箍筋Asv:
837837837
上纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
下纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
箍筋实配:
4d10@250(1257)4d10@250(1257)4d10@250(1257)
腰筋实配:
4d16(804)4d16(804)4d16(804)
上实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
下实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
箍筋配筋率:
0.21%0.21%0.21%
裂缝:
0.1070.1200.304
挠度:
0.0001.1810.000
最大裂缝:
0.304mm<0.400mm
最大挠度:
1.181mm<22.500mm(4500/200)
本跨计算通过.
梁号4:
跨长=4500B×H=600×600
左中右
弯矩(-):
-283.7880.0000.000
弯矩(+):
0.000290.4420.001
剪力:
267.364243.064-141.236
上部as:
353535
下部as:
353535
上部纵筋:
1457720720
下部纵筋:
7201491720
箍筋Asv:
837837837
上纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
下纵实配:
4E25(1963)4E25(1963)4E25(1963)
箍筋实配:
4d10@250(1257)4d10@250(1257)4d10@250(1257)
腰筋实配:
4d16(804)4d16(804)4d16(804)
上实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
下实配筋率:
0.55%0.55%0.55%
箍筋配筋率:
0.21%0.21%0.21%
裂缝:
0.3040.3170.000
挠度:
0.0002.7130.000
最大裂缝:
0.317mm<0.400mm
最大挠度:
2.713mm<22.500mm(4500/200)
4所有简图:
4.3顶板轨道梁处于40~41轴位置牛腿设计
4.3.1牛腿设置
在40~41轴结构中柱位置布设轨道梁,龙门吊轨道梁为一直线梁。
由于轨道梁偏移立柱较大,必须在立柱上设置牛腿。
因此在40~41轴立柱处设计一长1.850mm、宽1000mm、高1300mm牛腿支座.牛腿与立柱、轨道梁之间钢筋锚固。
因为此牛腿处可能两台龙门吊同时经过,龙门吊作用于轨道梁轮压和吊具及渣斗的总荷载考虑为1000KN。
4.3.1牛腿承载力与配筋计算
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),本文简称《混凝土规范》
1设计资料:
1.1已知条件:
混凝土强度等级:
C35,ftk=2.20N/mm2,fc=16.70N/mm2
纵筋级别:
HRB335,fy=300N/mm2
箍筋级别:
HPB300,fy=270N/mm2
弯筋级别:
HRB335,fy=300N/mm2
牛腿类型:
无上柱双牛腿
牛腿尺寸:
b=1000mmh=1300mmh1=440mmc=1850mm
下柱宽度:
H1=700mm
牛腿顶部竖向力值:
F1vk=370.37kNF2vk=370.37kN
F1v=500.00kNF2v=500.00kN
a1=1450.00mma2=950.00mm
牛腿顶部水平力值:
F1hk=0.00kNF2hk=0.00kN
F1h=0.00kNF2h=0.00kN
1.2计算要求:
1.斜截面抗裂验算
2.正截面抗弯计算
3.水平箍筋/弯起钢筋面积计算
2斜截面抗裂验算
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第10.8.1条规定:
=1143.335kN
Fvk=370.370kN3正截面抗弯计算
剪跨比a/h0=1450.00/1295.00=1.12
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第10.8.2条规定:
纵筋计算配筋量:
=2195mm2
ρ=0.170%根据《规范》第10.8.3条的规定,承受竖向力所需的纵向受力钢筋配筋率不能小于最小配筋率
ρmin=0.45ft/fy=0.45×1.57/300.00=0.236%>0.2%,取ρmin=0.236%
取As1=ρminbh0=0.200%×1000×1295=3050mm2
As=AS1+AS2=AS1+1.2Fh/fy=3050+(1.2×0.00×103)/300=3050mm2
纵筋实配:
7D25As=3436mm2(ρ=0.27%)>3050mm2满足要求.
4水平箍筋/弯起钢筋面积计算
水平箍筋面积计算:
根据《规范》10.8.4要求,水平箍筋在牛腿上部2h0/3的范围内截面面积
不宜小于承受竖向力受拉钢筋截面面积的二分之一,即
ASh>0.5AS1=0.5×3050=1525mm2
箍筋实配:
d10@95
牛腿上部2/3h0范围内:
Ash=1571mm2>1525mm2满足要求.
根据剪跨比a/h0=1450.00/1295.00=1.12≥0.3应设弯起钢筋
弯起钢筋面积计算
根据《规范》10.8.4要求,弯起钢筋的截面面积
不宜小于承受竖向力受拉钢筋截面面积的二分之一,即
ASb>0.5AS1=0.5×3050=1525mm2
弯筋实配:
4D25
Asb=1963mm2(ρ=0.15%)>1525mm2满足要求.
4.4轨道梁横向支撑梁
在31~39轴和41~45轴处两道轨道梁在结构框架柱之间通过,由于轨道梁中心距框架柱间距较大,所以在结构框架柱位置布设横向梁支撑轨道梁。
横向梁截面根据跨度的不同而发生改变,根据不同的跨度采用不同的配筋。
横向梁跨度长度分别为,5.3m设在31~34轴截面尺寸800mm×600mm、7.8m设置在35~39轴截面尺寸800mm×800mm、8.2m设置在44~45轴截面尺寸1000mm×900mm。
横向梁钢筋锚入框架梁立柱中,横向梁中预留轨道梁钢筋。
因为此横向梁可能两台龙门吊同时经过,龙门吊作用于横向梁轮压和吊具及渣斗的总荷载考虑为1000KN。
4.3.15.3m横向梁承载力及配筋计算
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010),本文简称《混凝土规范》
《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),本文简称《荷载规范》
1计算简图:
2计算条件:
荷载条件:
均布恒载标准值:
0.00kN/m活载准永久值系数:
0.50
均布活载标准值:
0.00kN/m支座弯矩调幅幅度:
0.0%
梁容重:
25.00kN/m3计算时考虑梁自重:
考虑
恒载分项系数:
1.20活载分项系数:
1.40
配筋条件:
抗震等级:
不设防纵筋级别:
HRBF335
混凝土等级:
C35箍筋级别:
HPB300
配筋调整系数:
1.0上部纵筋保护层厚:
50mm
面积归并率:
30.0%下部纵筋保护层厚:
50mm
最大裂缝限值:
0.400mm挠度控制系数C:
200
截面配筋方式:
双筋
3计算结果:
单位说明:
弯矩:
kN.m剪力:
kN
纵筋面积:
mm2箍筋面积:
mm2/m
裂缝:
mm挠度:
mm
梁号1:
跨长=5300B×H=800×600
左中右
弯矩(-):
0.0000.0000.000
弯矩(+):
0.002870.9900.005