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35米0.45风压塔用桩基础设计

2017-01-17许鹏

建材发展导向 2016年6期
关键词:铁塔

许鹏

摘 要:伴随着通讯铁塔建设的飞速发展,城市土地成本越来越高,本着节约土地资源的基本原则和减少铁塔基础施工成本。同时也为铁塔快速建站提供了一种新的方式,文章通过sap2000建模对铁塔结构进行受力分析,同时结合钢管桩基础对铁塔进行快速建站,达到一体化建站的目的。

关键词:sap2000;铁塔;钢管桩

1 概述

1.1 工程概况和设计任务

1.1.1 工程名称

35米0.45风压湖北单管塔及塔用钢管桩基础设计

1.1.2 铁塔及塔用钢管桩基础

本项目主要是设计在湖北地区35米0.45风压的单管塔及其配套使用的钢管桩基础,以达到快速建站的目的。

其中景观塔塔高35m。32米处安装3付天线;29米处安装3付天线;26米处安装3付天线;天线迎风面积按0.8m2/付计。塔体采用Q345钢板折弯为正12边形,共分4个塔段,每个塔段长约10m。塔体采用Q345B钢材,上口为Φ360X6,下口为Φ750X10钢管。

此处的钢管桩基础由于缺少工程地质和水文地质资料的实测资料,目前只能按照1.2节中的假设进行设计,后期如有相关实测资料再进行更新。则得出钢管桩长度为6m,直径1m,厚度为14mm的Q345B的材料。

1.2 工程地质和水文地质资料

1.2.1 工程地质条件

第①层杂填土:主要由粘性土、碎石、砂等组成,局部含建筑及生活垃圾,层厚0.70~2.10 m。

第②层 粉质粘土:黄褐色,可塑-可塑偏硬状态,中等压缩性,厚度0.00~3.60m。

第③层 粉质粘土:黄褐、褐色可塑偏软状态,中等偏高压缩性,局部高压缩性布,厚度0.00~1.9m。

第④层 泥岩:紫红色,强风化状态,风化裂隙很发育,结构大部分破坏,岩芯碎块状,勘察揭露的最大厚度为2.00m。

1.2.2 水文地质条件

地下水的类型及埋藏、分布特点:勘察深度内,未见地下水。

地下水补给、排泄条件及动态变化:地下水主要补给来源为大气降水补给,6~9月为丰水期,部分地段会形成上层滞水稳定水面。

地下水与土的腐蚀性评价:根据地区经验,地下水及土对砼和砼中的钢筋有微腐蚀性。

1.2.3 岩土设计参数

2 方案设计

2.1 地基持力层的选择

由工程地质条件知,铁塔结构对地基压力大,则地基容许承载力也应达到比较大的数值,排除用粉砂作为持力层的方案,第六层泥岩基本承载力为500kPa,选择基本承载力达的500kpa的泥岩作为持力层。

2.2 荷载计算

根据提供的原始资料进行结构计算,对多种荷载组合下的结构进行了线弹性分析、反映结构自身特性的模特分析等,从而了解本工程的结构受力特点。

结构安全等级:二级

结构设计使用年限:50年

2.2.1 荷载及作用

(1)恒荷载

钢结构自重由程序自动计算。

(2)活荷载

活荷载0.5kN/m2,活载不与雪荷载同时考虑。

(3)风荷载

基本风压:0.45kN/m2。

(4)温度作用

升温荷载:+30℃

降温荷载:-30℃

(5)裹冰荷载

轻覆冰区,基本裹冰厚度取5mm

(6)计算分析程序的选择

一体化整体结构计算选用了Computers and Structures,Inc.研制开发的三维通用结构分析设计程序SAP 2000。

SAP 2000 应用范围非常广,主要试用于模型比较复杂的结构,体育场,工业建筑,发电站,输电塔,网架等结构形式。

由于单管塔主要受力结构式钢管,故根据本结构的特点,在分析时考虑结构的整体空间效应,结构整体计算分析选用了SAP2000。

2.2.2 内力计算

(1)计算模型采用空间三维实尺模型

其结构的计算模型的3D图如下图所示:

(2)主结构变形分析

主塔的横向变形允许值应由风荷载标准组合控制,主塔在标准组合下的变形如下:

以风为主的荷载标准组合作用下:

顶部位移为0.476m,顶部高度35m,因此位移比为476mm< 1/40h=1/40*35000=875mm,满足标准组合下对水平位移限制的要求。

水平转角很小,接近于零,满足规范要求。

(3)杆件结构强度验算

各荷载基本组合下的结构杆件应力比如下列图所示:

整个结构杆件的应力比在0.85以下,构件具有一定的安全储备。通过上面图例的显示,结构杆件的承载力满足要求,结构具有一定的安全储备。

(4)基底支座反力

基底总反力如下表所示:

2.3 基础类型的比选

2.3.1 选定桩基类型

考虑桩基为钢管桩,无承台,采用机械打入式。

2.3.2 选择桩材与桩径

(1)桩身采用Q345B钢管。

(2)设计桩径采用d=1m。

(3)画出土层分布图如图2所示,选用W3砂岩作为持力层,取桩长l=6m。桩底标高0m。

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