1、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：编制： 审核：审核： 批准：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 .
2、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
3、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
4、-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 0.0
5、33 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+3.061
6、8.51.2+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
7、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/m 10.06m1.2m=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
8、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
9、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
10、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： 1c00f(/2)()yssMbxhfAha钢筋全部为 HRB400， b=0.518混凝土受压区高度计算： 1cfysysbxf052.7,.5186045.xmh 1c00f(/
11、)()yssbxhfAa.436.86./23.(80)71kNk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700mm900
12、mm，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250k
13、N。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 C3
14、0（柱高 2.55m，b=0.6m）， 满足要求。0.9.104.368017.68.7cfAKN5.2.2 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 ，1.0h12 3075min,in.42/,.51.042(92) 0.7.71.30686968htfukN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，
15、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：max28eMbl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max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
16、为： 20.73cytblsh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cyb tyb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
17、配筋面积 As，弯矩 M 893.28kN m 截面尺寸： 801bhm370sa相对界限受压区高度 b： 1/()0.8/1/(2.3).50byscufE受压区高度： 2001/()cxhMfb7.930/(.1430)9m 相对受压区高度： 0/9/.17.5bxh纵向受拉钢筋 As：1/.04309/3429scyAfbf m配筋率： 0/()29/(17).56%sh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
18、.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 ,max47.89MKn最大负弯矩为 ,1236()m未 考 虑 支 座 折 减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： ,max97.()Kn考 虑 支 座 折 减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 30
19、0N/mm Es 200000N/mm 由弯矩设计值 M 求配筋面积 As，弯矩 M 971.17kN m 截面尺寸： 108bhm370sa相对界限受压区高度 b： 1/()0.8/1/(2.3).50byscufE受压区高度： 2001/()cxhMfb2701.097/(1.0430)94x m相对受压区高度： 0/94/5bh纵向受拉钢筋 As：1/1.043094/30scyAfbxf m配筋率： ()9/(7).58%sh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 2510
20、0， 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（
21、柱高 2.35m，b=0.7m）0.9.104.3810296314.2cfAKN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 14.3/cfNm1.43/tfNm钢筋强度设计值 0/yf 20sE由弯矩设计值M求配筋面积 As，弯矩 8.65Mk截面尺寸： 60bhm84760sa计算结果：相对界限受压区高度 b： 1/()0.8/13/(20.3)0.5byscufE受压区高度： 2001/()cxhMfb76.284650/(.143
22、0)45m 相对受压区高度： 0/45/.9.bxh纵向受拉钢筋 As：1/1.04365/301289.7scyAfbf m配筋率： ()289.7/().%sh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 14.3/cfNm1.43/tfNm箍筋
23、抗拉强度设计值 箍筋间距 s 300mm 20/yvf由剪力设计值 V 求箍筋面积 ，剪力设计值 V 557.58kN svA截面尺寸： 601bhm4960sam0.7.71436095765780tfbhVN当 、 500 H 1000mm 时构造要求如下： .tV箍筋最小直径 Dmin 6mm，箍筋最大间距 Smax 350mm Dmin、Smax 的配箍面积 最小配箍面积 2minmax/424svADS；,min24svA实配 410300 ，满足要求。六、预埋钢板及预留筋根据我部拟采用两台 45T 龙门吊平行进行垂直和水平运输的布置方案，建立了有限元计算模型，并按结构最不利受力情况
24、计算出来的结果显示，在车站顶板两个出渣口位置轨道梁底部的拉应力、挠度最大，且两个出渣土口处有应力集中现象，为了保证车站主体结构在龙门吊运输过程中受力安全，确保施工的顺利进行，需要进行刚度加强方面措施。具体内容如下：6.1 设置预埋加强钢板：6.1.1 预埋加强钢板的布置原则：在出渣口跨径处，设置四根纵向 60910 的钢管柱，平面位置设置在三分之一跨径处和三分之二跨径处，左、右各一根。为使其受力稳定，需要在车站主体结构的底板、中板和顶板钢管支撑处设置预埋加强钢板。预埋钢板规格为800mm800mm20mm。预埋钢板与底板顶平齐，坡度与车站 2的坡度相同。如图 6.1 中红色部分。图 6.1 预埋加强钢板布置图6.1.2 预埋加强钢板里程：底板上的预埋钢板编号分别为 A1、A2、A3、A4；其中 A1、A2 预埋件的中心里程为 K9827.617m；A3、A4 预埋件的中心里程为 K9824.984m ，平面布置见图 6.1.2；中板、顶板的预埋钢板和底板上的预埋钢板中心里程对应相同。图 6.1.2 底板预埋钢板平面图6.2 设置预留筋：为保证轨道梁及立柱结构稳定，需要在车站顶板上进行预留筋处理。
