塔吊对筒体影响分析.docx
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塔吊对筒体影响分析
郑州绿地中央广场南地块塔吊对结构筒体影响分析报告
(中天建设集团,2012年11月21号)
一、概况
郑州绿地中央广场南地块工程施工拟安装2台内爬式动臂塔吊,塔吊型号分别是L630-50型和ZSL1250型,塔吊在核心筒内的平面布置如图1所示。
塔吊采用4层一提升方案,塔吊的安装点和对结构作用力如图2和图3所示。
图1塔机平面布置图
图2塔机L630-50安装与荷载作用
图3塔机ZSL1250安装与荷载作用
L630塔机与主体结构的安装位置如图4所示,L1250塔机与主体结构的安装位置如图5所示。
塔机固定钢梁与墙体通过牛腿连接,与连梁通过梁顶预埋钢板连接。
图4L630塔机安装图
图5L1250塔机安装图
二、墙体稳定分析
根据图5所示的塔机安装位置可以判定,结构上部300厚内墙为受力最不利结构构件。
假定塔机上支座安装在筒体施工层以下4层,下支座安装在筒体施工层以下8层,钢结构与塔机下支座处于相同楼层,在塔机下支座以下2层结构混凝土楼板浇注并形成刚度。
采用SAP2000有限元分析软件建立300厚内墙结构分析模型,如图6所示。
剪力墙和连梁采用壳单元模拟,模型底面假定为固端,模型两侧考虑其他墙体的约束,模型上端自由。
墙体稳定分析采用SAP2000的线性屈曲分析,属于第一类失稳问题分析。
图6屈曲分析模型
分析考虑L1250塔机的荷载作用,屈曲分析取6个模态,分析结果如图7所示,最小的屈曲因子为269,可见结构稳定满足要求。
图7屈曲分析结果
三、墙体受力分析
墙体在塔机荷载作用下的受力分析,取核心筒内相对薄弱的内墙,采用SAP2000有限元分析软件建立分析模型,模型分析边界条件同屈曲分析。
受力分析分别考虑不同厚度的剪力墙内墙,共分四类截面,每一类截面考虑工作状态和非工作状态进行两种工况分析,荷载采用L1250塔机荷载。
剪力墙分析模型及两种工况下剪力墙荷载情况如图8~10所示。
图8剪力墙分析模型
图9工作状态下剪力墙荷载情况(单位:
KN,mm)
图10非工作状态下剪力墙荷载情况(单位:
KN,mm)
1、300mm厚墙体受力分析结果如图11~14所示(40-63层)。
图11工作状态下300mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图12工作状态下300mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
图13非工作状态下300mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图14非工作状态下300mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
300厚剪力墙塔机安装处上下两层范围内,水平向配筋与门洞口两侧1000mm、2000mm范围配筋不满足受力要求,需要大幅加强配筋量。
剪力墙连梁抗扭截面严重不满足受力要求。
2、400mm厚墙体受力分析结果如图15~18所示(26-37层)。
图15工作状态下400mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图16工作状态下400mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
图17非工作状态下400mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图18非工作状态下400mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
400厚剪力墙塔机安装处水平向配筋满足要求,水平向配筋与门洞口两侧1000mm、2000mm范围配筋不满足受力要求,需要大幅加强配筋量。
剪力墙连梁抗扭截面严重不满足受力要求。
3、450mm厚墙体受力分析结果如图19~22所示(14-23层)。
图19工作状态下450mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图20工作状态下450mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
图21非工作状态下450mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图22非工作状态下450mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
450厚剪力墙塔机安装处水平向与竖直向配筋满足要求。
门洞口两侧暗柱配筋需要加强,连梁截面抗扭不满足受力要求。
4、500mm厚墙体受力分析结果如图23~26所示(11-13层)。
图23工作状态下500mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图24工作状态下500mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
图25非工作状态下500mm厚剪力墙水平向最大配筋图(mm2/mm)
图26非工作状态下500mm厚剪力墙竖直向最大配筋图(mm2/mm)
500厚剪力墙塔机安装处水平向与竖直向配筋、门洞口两侧构造柱截面配筋满足要求,连梁抗扭钢筋需加强设计。
从以上分析结果来看,500厚剪力墙除连梁外配筋基本可以满足塔机荷载作用要求,厚度小于500的剪力墙和连梁配筋需要大量的加固和补强,该方案明显经济性不佳,经过分析比较建议调整塔机安装方案,增加水平力卸荷连接杆如图27所示。
图27水平传力杆件布置图
F55~F63层筒体分析模型如图28所示,剪力墙受力分析结果如图29~32所示。
图28F55~F63筒体结构分析模型
图29F55~F63剪力墙荷载工况一水平配筋计算结果(mm2/mm)
图30F55~F63剪力墙荷载工况一竖向配筋计算结果(mm2/mm)
图31F55~F63剪力墙荷载工况二水平配筋计算结果(mm2/mm)
图32F55~F63剪力墙荷载工况二竖向配筋计算结果(mm2/mm)
框架梁KLB受力分析:
1弯剪扭构件:
KLB
1.1基本资料
1.1.1几何数据及计算参数
混凝土:
C50主筋:
HRB400箍筋:
HRB400
保护层厚度as(mm):
35.00指定主筋强度:
无
跨中弯矩调整系数:
1.00支座弯矩调整系数:
1.00
自动计算梁自重:
是恒载系数:
1.00活载系数:
1.00
荷载数据
内力及配筋
0支座:
正弯矩0.00kN*m,负弯矩2299.40kN*m,剪力944.01kN,
上钢筋:
6f32+6f32,实际面积:
9650.97mm2,计算面积:
9160.79mm2
1.1.2混凝土强度等级C50,fcu,k=50N/mm2,fc=23.109N/mm2,ft=1.888N/mm2
1.1.3钢筋材料性能:
fy=360N/mm2,Es=200000N/mm2,fy'=360N/mm2,
fyv=360N/mm2
1.1.4弯矩设计值M=2299kN·m,剪力设计值V=944kN,扭矩设计值T=60kN·m,
箍筋间距s=200mm;受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值ζ=1.2
1.1.5矩形截面,截面尺寸b×h=500×900mm,h0=857.5mm
1.2正截面受弯配筋计算
1.2.1相对界限受压区高度ξb=β1/[1+fy/(Es·εcu)]
=0.8/[1+360/(200000*0.0033)]=0.518
1.2.2单筋矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面受弯构件受压区高度x按下式计算:
x=h0-[h02-2·M/(α1·fc·b)]0.5
=857.5-[857.52-2*2299000000/(1*23.109*500)]0.5
=276.7mm≤ξb·h0=0.518*857.5=444mm
1.2.3As=α1·fc·b·x/fy=1*23.109*500*276.7/360=8880mm2
1.2.4相对受压区高度ξ=x/h0=276.7/857.5=0.323≤0.518
配筋率ρ=As/(b·h0)=8880/(500*857.5)=2.07%
最小配筋率ρmin=Max{0.20%,0.45ft/fy}=Max{0.20%,0.24%}=0.24%
As,min=b·h·ρmin=1062mm2
1.3斜截面承载力计算
1.3.10.7·ft·b·h0=0.7*1888*0.5*0.8575=566.7kN<V=944.0kN
当V>0.7·ft·b·h0、h>800mm构造要求:
最小配箍面积Asv,min=(0.24·ft/fyv)·b·s=(0.24*1.888/360)*500*200=126mm2
箍筋最小直径Dmin=8mm,箍筋最大间距smax=300mm
1.3.2一般受弯构件,其斜截面受剪承载力按下列公式计算:
V≤αcv·ft·b·h0+fyv·Asv/s·h0
Asv=(V-0.7·ft·b·h0)·s/(fyv·h0)
=(944000-0.7*1.888*500*857.5)*200/(360*857.5)=244mm2
1.3.3矩形截面受弯构件,其受剪截面应符合下式条件:
hw=h0=857.5mm,
当hw/b≤4时,V≤0.25·βc·fc·b·h0
Rv=0.25·βc·fc·b·h0=0.25*1*23109*0.5*0.8575
=2477.0kN≥V=944.0kN,满足要求。
1.3.4Asv=244mm2,箍筋最小直径8,最大间距@300
1.4扭曲截面承载力计算
1.4.1矩形截面受扭塑性抵抗矩Wt
Wt=b2·(3h-b)/6=5002*(3*900-500)/6=91666667mm3
1.4.2一般剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt按下式计算:
βt=1.5/[1+0.5·V·Wt/(T·b·h0)]
=1.5/[1+0.5*944000*91666667/(60000000*500*857.5)]=0.56
1.4.3验算截面适用条件
Hw/b=857.5/500=1.72<6,截面高宽比满足要求
Stj=V/(b·h0)+T/0.8Wt
=944000/(500*857.5)+60000000/(0.8*91666667)
=3.02N/mm2≤0.25·βc·fc=5.78N/mm2,满足截面尺寸要求
Stg=V/(b·h0)+T/Wt=944000/(500*857.5)+60000000/91666667
=2.86N/mm2>0.7ft=1.32N/mm2,需进行剪扭计算
1.4.4验算是否要考虑剪力、扭矩的影响
当V≤0.35·ft·b·h0时,可仅按纯扭构件计算受扭承载力
Rtv=0.35·ft·b·h0=0.35*1.888*500*857.5=283334N<V=944000N,
应考虑剪力的影响
当T≤0.175·ft·Wt时,可不进行受扭承载力计算
Rtt=0.175·ft·Wt=0.175*1.888*91666667
=30.288kN·m<T=60kN·m,应进行受扭承载力计算
1.4.5在剪力和扭矩共同作用下矩形截面一般剪扭构件,其腹板受剪扭承载力应按下列公式计算:
1.4.5.1剪扭构件的受剪承载力:
V≤(1.5-βt)·0.7·ft·b·h0+fyv·Asv/s·h0
Asv=[V-(1.5-βt)·0.7·ft·b·h0]·s/(fyv·h0)
=[944000-(1.5-0.56)*0.7*1.888*500*857.5]*200/(360*857.5)
=266mm2
1.4.5.2剪扭构件的受扭承载力:
T≤βt·0.35·ft·Wt+1.2·ζ0.5·fyv·Ast1·Acor/s
Acor=bcor·hcor=(500-2*30)*(900-2*30)=369600mm2
受扭计算中沿截面周边配置的箍筋单肢截面面积Ast1由下式求得:
Ast1=(T-βt·0.35·ft·Wt)·s/(1.2ζ0.5·fyv·Acor)
=(60000000-0.56*0.35*1.888*91666667)*200/(1.2*1.20.5*360*369600)
=30mm2
Ucor=2(bcor+hcor)=2*(440+840)=2560mm
取ζ=fy·Astl·s/(fyv·Ast1·Ucor)=1.2
受扭计算中取对称布置的全部纵向非预应力钢筋截面面积Astl可由下式求得:
Astl=fyv·Ast1·Ucor·ζ/(fy·s)=360*30*2560*1.2/(360*200)=459mm2
1.4.6剪扭构件中箍筋和纵筋的最小配筋面积
箍筋最小配筋率ρsv,min=0.28ft/fyv=0.15%
受扭纵筋最小配筋率ρtl,min=0.6·[T/(V*b)]0.5·ft/fy=0.11%
腹板箍筋计算配筋面积Asvt=Asv+2Ast1=266+2*30=326mm2
腹板箍筋最小配筋面积Asvt,min=ρsv,min·b·s=147mm2
按受扭计算Ast1=30mm2,当箍筋间距为200时,箍筋最小直径8
腹板受扭纵筋最小配筋面积Astl,min=ρtl,min·b·h
=505mm2>Astl,取Astl=505mm2
连梁LL-15受力分析:
1弯剪扭构件:
LL-15(变)
1.1基本资料
1.1.1工程名称:
300厚连梁计算
1.1.2混凝土强度等级C50,fcu,k=50N/mm2,fc=23.109N/mm2,ft=1.888N/mm2
1.1.3钢筋材料性能:
fy=360N/mm2,Es=200000N/mm2,fy'=360N/mm2,
fyv=360N/mm2
1.1.4弯矩设计值M=0kN·m,剪力设计值V=700kN,扭矩设计值T=60kN·m,
箍筋间距s=200mm;受扭纵筋与箍筋的配筋强度比值ζ=1.2
1.1.5矩形截面,截面尺寸b×h=300×900mm,h0=857.5mm
1.2正截面受弯配筋计算
1.2.1相对界限受压区高度ξb=β1/[1+fy/(Es·εcu)]
=0.8/[1+360/(200000*0.0033)]=0.518
1.2.2单筋矩形截面或翼缘位于受拉边的T形截面受弯构件受压区高度x按下式计算:
x=h0-[h02-2·M/(α1·fc·b)]0.5=857.5-[857.52-2*0/(1*23.109*300)]0.5
=0.0mm≤ξb·h0=0.518*857.5=444mm
1.2.3As=α1·fc·b·x/fy=1*23.109*300*0/360=0mm2
1.2.4相对受压区高度ξ=x/h0=0/857.5=0.000≤0.518
配筋率ρ=As/(b·h0)=0/(300*857.5)=0.00%
最小配筋率ρmin=Max{0.20%,0.45ft/fy}=Max{0.20%,0.24%}=0.24%
As,min=b·h·ρmin=637mm2
1.3斜截面承载力计算
1.3.10.7·ft·b·h0=0.7*1888*0.3*0.8575=340.0kN<V=700.0kN
当V>0.7·ft·b·h0、h>800mm构造要求:
最小配箍面积Asv,min=(0.24·ft/fyv)·b·s=(0.24*1.888/360)*300*200=76mm2
箍筋最小直径Dmin=8mm,箍筋最大间距smax=300mm
1.3.2一般受弯构件,其斜截面受剪承载力按下列公式计算:
V≤αcv·ft·b·h0+fyv·Asv/s·h0
Asv=(V-0.7·ft·b·h0)·s/(fyv·h0)
=(700000-0.7*1.888*300*857.5)*200/(360*857.5)=233mm2
1.3.3矩形截面受弯构件,其受剪截面应符合下式条件:
hw=h0=857.5mm,
当hw/b≤4时,V≤0.25·βc·fc·b·h0
Rv=0.25·βc·fc·b·h0=0.25*1*23109*0.3*0.8575
=1486.2kN≥V=700.0kN,满足要求。
1.3.4Asv=233mm2,箍筋最小直径8,最大间距@300
1.4扭曲截面承载力计算
1.4.1矩形截面受扭塑性抵抗矩Wt
Wt=b2·(3h-b)/6=3002*(3*900-300)/6=36000000mm3
1.4.2一般剪扭构件混凝土受扭承载力降低系数βt按下式计算:
βt=1.5/[1+0.5·V·Wt/(T·b·h0)]
=1.5/[1+0.5*700000*36000000/(60000000*300*857.5)]=0.83
1.4.3验算截面适用条件
Hw/b=857.5/300=2.86<6,截面高宽比满足要求
Stj=V/(b·h0)+T/0.8Wt
=700000/(300*857.5)+60000000/(0.8*36000000)
=4.80N/mm2≤0.25·βc·fc=5.78N/mm2,满足截面尺寸要求
Stg=V/(b·h0)+T/Wt=700000/(300*857.5)+60000000/36000000
=4.39N/mm2>0.7ft=1.32N/mm2,需进行剪扭计算
1.4.4验算是否要考虑剪力、扭矩的影响
当V≤0.35·ft·b·h0时,可仅按纯扭构件计算受扭承载力
Rtv=0.35·ft·b·h0=0.35*1.888*300*857.5=170000N<V=700000N,
应考虑剪力的影响
当T≤0.175·ft·Wt时,可不进行受扭承载力计算
Rtt=0.175·ft·Wt=0.175*1.888*36000000
=11.895kN·m<T=60kN·m,应进行受扭承载力计算
1.4.5在剪力和扭矩共同作用下矩形截面一般剪扭构件,其腹板受剪扭承载力应按下列公式计算:
1.4.5.1剪扭构件的受剪承载力:
V≤(1.5-βt)·0.7·ft·b·h0+fyv·Asv/s·h0
Asv=[V-(1.5-βt)·0.7·ft·b·h0]·s/(fyv·h0)
=[700000-(1.5-0.83)*0.7*1.888*300*857.5]*200/(360*857.5)=305mm2
1.4.5.2剪扭构件的受扭承载力:
T≤βt·0.35·ft·Wt+1.2·ζ0.5·fyv·Ast1·Acor/s
Acor=bcor·hcor=(300-2*30)*(900-2*30)=201600mm2
受扭计算中沿截面周边配置的箍筋单肢截面面积Ast1由下式求得:
Ast1=(T-βt·0.35·ft·Wt)·s/(1.2ζ0.5·fyv·Acor)
=(60000000-0.83*0.35*1.888*36000000)*200/(1.2*1.20.5*360*201600)=85mm2
Ucor=2(bcor+hcor)=2*(240+840)=2160mm
取ζ=fy·Astl·s/(fyv·Ast1·Ucor)=1.2
受扭计算中取对称布置的全部纵向非预应力钢筋截面面积Astl可由下式求得:
Astl=fyv·Ast1·Ucor·ζ/(fy·s)=360*85*2160*1.2/(360*200)
=1096mm2
1.4.6剪扭构件中箍筋和纵筋的最小配筋面积
箍筋最小配筋率ρsv,min=0.28ft/fyv=0.15%
受扭纵筋最小配筋率ρtl,min=0.6·[T/(V*b)]0.5·ft/fy=0.17%
腹板箍筋计算配筋面积Asvt=Asv+2Ast1=305+2*85=474mm2
腹板箍筋最小配筋面积Asvt,min=ρsv,min·b·s=88mm2
按受扭计算Ast1=85mm2,当箍筋间距为200时,箍筋最小直径12
腹板受扭纵筋最小配筋面积Astl,min=ρtl,min·b·h=454mm2
根据以上分析结果,F55~F63结构局部加强如图33所示:
图33F55~F63结构局部加强修改图
F40~F53层筒体分析模型如图34所示,剪力墙受力分析结果如图35~42所示。
图34F40~F53筒体结构分析模型
图35F40~F53300厚剪力墙荷载工况一水平配筋计算结果(mm2/mm)
图36F40~F53300厚剪力墙荷载工况一竖向配筋计算结果(mm2/mm)
图37F40~F53600厚剪力墙荷载工况一水平配筋计算结果(mm2/mm)
图38F40~F53600厚剪力墙荷载工况一竖向配筋计算结果(mm2/mm)
图39F40~F53300厚剪力墙荷载工况二水平配筋计算结果(mm2/mm)
图40F40~F53300厚剪力墙荷载工况二竖向配筋计算结果(mm2/mm)
图41F40~F53600厚剪力墙荷载工况二水平配筋计算结果(mm2/mm)
图42F40~F53600厚剪力墙荷载工况二竖向配筋计算结果(mm2/mm)
连梁LL-7受力分析:
1弯剪扭构件:
LL-7
几何数据及计算参数
混凝土:
C50主筋:
HRB400箍筋:
HRB400
保护层厚度as(mm):
35.00指定主筋强度:
无
跨中弯矩调整系数:
1.00支座弯矩调整系数:
1.00
自动计算梁自
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