35米0.45風(fēng)壓塔用樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

許鵬

摘 要：伴隨著通訊鐵塔建設(shè)的飛速發(fā)展，城市土地成本越來(lái)越高，本著節(jié)約土地資源的基本原則和減少鐵塔基礎(chǔ)施工成本。同時(shí)也為鐵塔快速建站提供了一種新的方式，文章通過(guò)sap2000建模對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，同時(shí)結(jié)合鋼管樁基礎(chǔ)對(duì)鐵塔進(jìn)行快速建站，達(dá)到一體化建站的目的。

關(guān)鍵詞：sap2000；鐵塔；鋼管樁

1 概述

1.1 工程概況和設(shè)計(jì)任務(wù)

1.1.1 工程名稱(chēng)

35米0.45風(fēng)壓湖北單管塔及塔用鋼管樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1.1.2 鐵塔及塔用鋼管樁基礎(chǔ)

本項(xiàng)目主要是設(shè)計(jì)在湖北地區(qū)35米0.45風(fēng)壓的單管塔及其配套使用的鋼管樁基礎(chǔ)，以達(dá)到快速建站的目的。

其中景觀塔塔高35m。32米處安裝3付天線(xiàn)；29米處安裝3付天線(xiàn)；26米處安裝3付天線(xiàn)；天線(xiàn)迎風(fēng)面積按0.8m2/付計(jì)。塔體采用Q345鋼板折彎為正12邊形，共分4個(gè)塔段，每個(gè)塔段長(zhǎng)約10m。塔體采用Q345B鋼材，上口為Φ360X6，下口為Φ750X10鋼管。

此處的鋼管樁基礎(chǔ)由于缺少工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料的實(shí)測(cè)資料，目前只能按照1.2節(jié)中的假設(shè)進(jìn)行設(shè)計(jì)，后期如有相關(guān)實(shí)測(cè)資料再進(jìn)行更新。則得出鋼管樁長(zhǎng)度為6m，直徑1m，厚度為14mm的Q345B的材料。

1.2 工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料

1.2.1 工程地質(zhì)條件

第①層雜填土：主要由粘性土、碎石、砂等組成，局部含建筑及生活垃圾，層厚0.70～2.10 m。

第②層 粉質(zhì)粘土：黃褐色，可塑-可塑偏硬狀態(tài)，中等壓縮性，厚度0.00～3.60m。

第③層 粉質(zhì)粘土：黃褐、褐色可塑偏軟狀態(tài)，中等偏高壓縮性，局部高壓縮性布，厚度0.00～1.9m。

第④層 泥巖：紫紅色，強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，風(fēng)化裂隙很發(fā)育，結(jié)構(gòu)大部分破壞，巖芯碎塊狀，勘察揭露的最大厚度為2.00m。

1.2.2 水文地質(zhì)條件

地下水的類(lèi)型及埋藏、分布特點(diǎn)：勘察深度內(nèi)，未見(jiàn)地下水。

地下水補(bǔ)給、排泄條件及動(dòng)態(tài)變化：地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水補(bǔ)給，6～9月為豐水期，部分地段會(huì)形成上層滯水穩(wěn)定水面。

地下水與土的腐蝕性評(píng)價(jià)：根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，地下水及土對(duì)砼和砼中的鋼筋有微腐蝕性。

1.2.3 巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 地基持力層的選擇

由工程地質(zhì)條件知，鐵塔結(jié)構(gòu)對(duì)地基壓力大，則地基容許承載力也應(yīng)達(dá)到比較大的數(shù)值，排除用粉砂作為持力層的方案，第六層泥巖基本承載力為500kPa，選擇基本承載力達(dá)的500kpa的泥巖作為持力層。

2.2 荷載計(jì)算

根據(jù)提供的原始資料進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，對(duì)多種荷載組合下的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了線(xiàn)彈性分析、反映結(jié)構(gòu)自身特性的模特分析等，從而了解本工程的結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)。

結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：二級(jí)

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限：50年

2.2.1 荷載及作用

（1）恒荷載

鋼結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。

（2）活荷載

活荷載0.5kN/m2，活載不與雪荷載同時(shí)考慮。

（3）風(fēng)荷載

基本風(fēng)壓：0.45kN/m2。

（4）溫度作用

升溫荷載：+30℃

降溫荷載：-30℃

（5）裹冰荷載

輕覆冰區(qū)，基本裹冰厚度取5mm

（6）計(jì)算分析程序的選擇

一體化整體結(jié)構(gòu)計(jì)算選用了Computers and Structures，Inc.研制開(kāi)發(fā)的三維通用結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)程序SAP 2000。

SAP 2000 應(yīng)用范圍非常廣，主要試用于模型比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，體育場(chǎng)，工業(yè)建筑，發(fā)電站，輸電塔，網(wǎng)架等結(jié)構(gòu)形式。

由于單管塔主要受力結(jié)構(gòu)式鋼管，故根據(jù)本結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在分析時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的整體空間效應(yīng)，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算分析選用了SAP2000。

2.2.2 內(nèi)力計(jì)算

（1）計(jì)算模型采用空間三維實(shí)尺模型

其結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型的3D圖如下圖所示：

（2）主結(jié)構(gòu)變形分析

主塔的橫向變形允許值應(yīng)由風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)組合控制，主塔在標(biāo)準(zhǔn)組合下的變形如下：

以風(fēng)為主的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合作用下：

頂部位移為0.476m，頂部高度35m，因此位移比為476mm< 1/40h=1/40*35000=875mm，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)組合下對(duì)水平位移限制的要求。

水平轉(zhuǎn)角很小，接近于零，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（3）桿件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)算

各荷載基本組合下的結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力比如下列圖所示：

整個(gè)結(jié)構(gòu)桿件的應(yīng)力比在0.85以下，構(gòu)件具有一定的安全儲(chǔ)備。通過(guò)上面圖例的顯示，結(jié)構(gòu)桿件的承載力滿(mǎn)足要求，結(jié)構(gòu)具有一定的安全儲(chǔ)備。

（4）基底支座反力

基底總反力如下表所示：

2.3 基礎(chǔ)類(lèi)型的比選

2.3.1 選定樁基類(lèi)型

考慮樁基為鋼管樁，無(wú)承臺(tái)，采用機(jī)械打入式。

2.3.2 選擇樁材與樁徑

）

（1）樁身采用Q345B鋼管。

（2）設(shè)計(jì)樁徑采用d=1m。

（3）畫(huà)出土層分布圖如圖2所示，選用W3砂巖作為持力層，取樁長(zhǎng)l=6m。樁底標(biāo)高0m。