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
剪力:
411.745-226.415-864.575
上部as:
606060
下部as:
606060
上部纵筋:
960960960
下部纵筋:
113060141130
箍筋Asv:
267426742674
上纵实配:
4P28（2463）4P28（2463）4P28（2463）
下纵实配:
10P28（6158）10P28（6158）10P28（6158）
箍筋实配:
4d12@100（4524）4d12@100（4524）4d12@100（4524）
腰筋实配:
6d14（924）6d14（924）6d14（924）
上实配筋率:
0.51%0.51%0.
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