XX体育中心钢结构二标段游泳馆500t履带吊行走吊装道路加固处理方案.docx
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XX体育中心钢结构二标段游泳馆500t履带吊行走吊装道路加固处理方案
第1章现场路面概况
原地质情况简介
场地原为农田及水生植物田,后经堆填并进行绿化养护,现总观场地主要为草坪绿地,场地中部有一条东西走向混凝土道路将场地分为南北两块；场地北侧（1#、13#剖面北侧）分布有东西走向燃气管道及弱电管线。
场地内分布有条河道,涉及范围较大；场地中央及东南侧有两块藕塘；场地西南角分布有个水塘,本工程86.30m以浅各土层由第四系冲湖积相沉积物组成,土层分布较稳定,呈水平成层的特点,根据土层沉积年代、成因类型、土性和状态,并参考本地区土层划分经验进行分层,可分为13个工程地质层,23个工程地质亚层,各土层分布规律及工程性质详见工程地质剖面图。
图1.1工程地质剖面图
目前地面情况简介
XX工业园区体育中心原地土质为农田,在经过回填素填土,场内地面经过初步平整后,现标高约为-0.60m（取平均值）；游泳馆北部外地面标高约为+0.8m（取平均值）,游泳馆南部外地面标高约为-1.9m。
素填土在回填时已经过初步分层碾压,回填时间约半年左右,目前总包在原有回填土情况下,设置游泳馆环向硬化重车道,目前地面情况如图所示：
图1.2现有道路场地平面布置图
第2章钢结构施工平面道路规划
施工道路布置
本工程为大型体育场馆,结构为外倾V柱和环梁组成的空间钢结构体系。
构件体型大,构件及临时支撑措施运输车辆、转运车辆、汽车吊、进出场频繁；跨度大,钢结构吊装单元需使用500t履带吊进行吊装。
根据现场条件及游泳馆的大型履带吊对现场道路的要求,在游泳馆外环距结构边缘5.6m处设置一条10m宽的环向道路作为场外履带吊的行走道路；并在游泳馆南区和北区设置两个吊点,作为500t履带吊主要拼装和吊装区域,其他道路借助总包现有场地以供构件运输和转运。
500T履带吊拼装位置平面图：
图2.1500t履带吊拼装平面图
吊装道路具体的布置如下图所示：
图2.2钢结构吊装平面布置图
履带吊吊装站位点与土建地下室外墙关系
2.1北部吊点与基坑的关系
根据吊装工况分析,西区钢构件采用500t履带吊126m主臂超起工况进行吊装,吊装点设置在游泳馆北部环向道路上,此处与一标段基坑开挖区域毗邻,现针对该区域吊装点与基坑关系进行分析。
结合吊装分析在CAD中进行吊点的定位,再根据现场实际测量放线,定位基坑边坡位置,整体放样比较后,确定吊装区域离边坡边缘最小距离为8m,其中履带吊站位点离基坑边缘距离为16m。
2.2北部吊点与地下室外墙的关系
针对游泳馆地下室区域的外墙边线放样,地下室回填土区域距离地下室外墙边线为9.3m,结合吊装分析在CAD中进行吊点的定位,整体放样比较后,确定吊点并不位于地下室外墙回填土区域,同时履带吊站位点距离地下室连通口砌体墙距离为15m。
图2.3500t履带吊北区吊点位置分析图
2.3基坑土层稳定及墙体受力分析
（1）手算法详见附页一（边坡稳定计算书）,采用瑞典条分法+安全系数确定。
（2）有限元分析法
1模型说明
因现场吊装需要,在场地布置500T履带吊,需考虑履带吊荷载对场地基坑回填土的稳定影响及对地下室外墙的影响。
土层分布及边坡状态如下图,其中G为履带吊的作用中心位置。
500T履带吊系统（包括路基箱）约为789T,吊件重量20.5T。
考虑动力系数及荷载不均匀系数,将其作用于两排路基上分布的面积上,如图所示：
每排路基箱的分布面积为11.55m×5m,分布压力为：
9.8×（789+20.5）×1.8/2/11.55/5=123.6kPa。
②模型说明及结果
有限元模型采用ANSYS建立。
土体和表面200mm厚度的混凝土均采用三维实体单元SOLID45建立,采用Drucker-Prager土体模型,考虑大变形和弹塑性分析。
土体材料性质按照《XX工业园区体育中心项目详勘（2013-k-185）7.12》设置。
模型的边界条件为：
约束土体侧面及地下室外墙的水平自由度,约束土体地面的竖向自由度。
采用ANSYS软件进行土体在履带吊荷载作用下的受力分析,计算收敛表示土体稳定。
土体的变形和地下室墙体的受力情况如下：
最大下陷变形约为174mm,位于履带吊的站位附近。
注意：
该变形达到174mm,下陷变形较大,现通过手算予以校核：
按照《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》和土质勘察报告,采用分层总和法计算地基沉降。
与有限元计算结果相近,说明履带吊作用下,场地表层土下陷明显,下方土质较好,可作为持力层,因此应在表层予以加固。
加固方式采用在地基表层换填500mm道渣（碎石）,回填夯实后保证压实系数0.97,采用分层总和法计算换填后的沉降。
换填后,可发现表层土的沉降量显著减小,仅为7.21mm。
土层的等效应力最大值为170kPa,位于第三层土层和第四层土层。
仅有土体自重时,墙体收到的压力荷载分布如下图：
可以发现土体自重时,墙体收到的压力荷载主要集中在中下部,最大为60KN。
同时考虑土体自重和履带吊荷载时,墙体受到的压力荷载分布如下图：
从墙体受力可见,墙体受到的最大压力约为76.5kN（墙体中下部）,墙体上部收到的压力为零,与土体自重荷载作用时相比,最大压力仅增大了（76.5-60/60=27.5%。
墙体各坐标点收到的荷载值列表如下：
X
Y
F（kN）
X
Y
F（kN）
8.65
0.00
74.52
8.65
0.48
67.95
10.58
0.00
75.74
10.58
0.48
69.28
12.50
0.00
76.17
12.50
0.48
69.73
14.43
0.00
75.74
14.43
0.48
69.28
16.35
0.00
74.52
16.35
0.48
67.95
8.65
0.95
64.50
8.65
1.43
58.09
10.58
0.95
65.99
10.58
1.43
59.81
12.50
0.95
66.50
12.50
1.43
60.40
14.43
0.95
65.99
14.43
1.43
59.81
16.35
0.95
64.50
16.35
1.43
58.09
8.65
1.91
53.91
8.65
2.38
49.53
10.58
1.91
56.04
10.58
2.38
52.07
12.50
1.91
56.78
12.50
2.38
52.96
14.43
1.91
56.04
14.43
2.38
52.07
16.35
1.91
53.91
16.35
2.38
49.53
8.65
2.86
44.97
8.65
3.34
40.22
10.58
2.86
47.99
10.58
3.34
43.70
12.50
2.86
49.04
12.50
3.34
44.92
14.43
2.86
47.99
14.43
3.34
43.70
16.35
2.86
44.97
16.35
3.34
40.22
8.65
3.81
34.76
8.65
4.29
27.80
10.58
3.81
38.67
10.58
4.29
32.12
12.50
3.81
40.02
12.50
4.29
33.64
14.43
3.81
38.67
14.43
4.29
32.12
16.35
3.81
34.76
16.35
4.29
27.80
8.65
4.77
17.94
8.65
5.24
0.94
10.58
4.77
23.00
10.58
5.24
5.09
12.50
4.77
24.78
12.50
5.24
6.86
14.43
4.77
23.00
14.43
5.24
5.09
16.35
4.77
17.94
16.35
5.24
0.94
8.65
5.72
0.00
18.28
0.00
68.13
10.58
5.72
0.00
18.28
0.48
61.80
12.50
5.72
0.00
18.28
0.95
58.36
14.43
5.72
0.00
18.28
1.43
52.08
16.35
5.72
0.00
18.28
1.91
47.65
18.28
2.38
43.03
18.28
4.77
11.31
18.28
2.86
38.17
18.28
5.24
0.00
18.28
3.34
33.13
18.28
5.72
0.00
18.28
3.81
27.36
23.32
5.72
0.00
18.28
4.29
20.36
21.64
5.72
0.00
19.96
5.72
0.00
21.64
4.77
3.60
23.32
5.24
0.00
19.96
4.77
6.35
21.64
5.24
0.00
23.32
4.29
8.24
19.96
5.24
0.00
21.64
4.29
10.42
23.32
4.77
2.08
19.96
4.29
14.04
23.32
3.81
14.45
21.64
0.00
59.97
21.64
3.81
16.81
19.96
0.00
61.69
19.96
3.81
20.57
6.73
0.00
68.13
23.32
3.34
20.44
6.73
0.48
61.80
21.64
3.34
22.78
6.73
0.95
58.36
19.96
3.34
26.43
6.73
1.43
52.08
23.32
2.86
26.44
6.73
1.91
47.65
21.64
2.86
28.53
6.73
2.38
43.03
19.96
2.86
31.72
6.73
2.86
38.17
23.32
2.38
32.01
6.73
3.34
33.13
21.64
2.38
33.93
6.73
3.81
27.36
19.96
2.38
36.77
6.73
4.29
20.36
23.32
1.91
37.25
6.73
4.77
11.31
21.64
1.91
39.00
6.73
5.24
0.00
19.96
1.91
41.52
6.73
5.72
0.00
23.32
1.43
42.44
0.00
0.00
29.11
21.64
1.43
43.97
0.00
0.48
25.94
19.96
1.43
46.13
0.00
0.95
24.13
23.32
0.95
48.78
0.00
1.43
20.95
21.64
0.95
50.22
0.00
1.91
18.32
19.96
0.95
52.22
0.00
2.38
15.67
23.32
0.48
52.39
0.00
2.86
12.86
21.64
0.48
53.76
0.00
3.34
9.83
19.96
0.48
55.61
0.00
3.81
6.84
23.32
0.00
58.70
0.00
4.29
3.76
0.00
4.77
0.80
1.68
4.29
8.24
0.00
5.24
0.00
3.36
4.29
10.42
0.00
5.72
0.00
5.04
4.29
14.04
1.68
0.00
58.70
1.68
4.77
2.08
3.36
0.00
59.98
3.36
4.77
3.60
5.04
0.00
61.69
5.04
4.77
6.35
1.68
0.48
52.39
1.68
5.24
0.00
3.36
0.48
53.76
3.36
5.24
0.00
5.04
0.48
55.61
5.04
5.24
0.00
1.68
0.95
48.78
1.68
5.72
0.00
3.36
0.95
50.22
3.36
5.72
0.00
5.04
0.95
52.22
5.04
5.72
0.00
1.68
1.43
42.45
25.00
0.00
29.11
3.36
1.43
43.97
25.00
0.48
25.94
5.04
1.43
46.13
25.00
0.95
24.13
1.68
1.91
37.25
25.00
1.43
20.95
3.36
1.91
39.00
25.00
1.91
18.32
5.04
1.91
41.52
25.00
2.38
15.67
1.68
2.38
32.01
25.00
2.86
12.86
3.36
2.38
33.92
25.00
3.34
9.83
5.04
2.38
36.76
25.00
3.81
6.84
1.68
2.86
26.44
25.00
4.29
3.76
3.36
2.86
28.53
25.00
4.77
0.80
5.04
2.86
31.72
25.00
5.24
0.00
1.68
3.34
20.44
25.00
5.72
0.00
3.36
3.34
22.78
5.04
3.34
26.43
1.68
3.81
14.45
3.36
3.81
16.80
5.04
3.81
20.57
将上述墙体受力荷载表通过MIDAS软件加载到地下室外墙模型中,外墙模型根据设计院提供的计算模型,得出外墙受力情况如下：
由有限元算法结果显示,外墙受到的最大弯矩为-209.05KN·M,位于墙底。
下面用手算法进行外墙受到的主动土压力校核：
（计算公式根据《地基与基础》顾晓鲁主编P267页例题9-2-3）
条件：
1、土质参数：
容重γ=19kN/mm,地下水位标高为-3.18m；
2、地下室外墙参数：
墙厚d=600mm,墙高6.25m。
3、材料参数：
混凝土强度等级为C40,fc=19.1N/mm,钢筋为HRB335,配筋信息为墙外侧为25@150,内侧为20@150,钢筋抗拉强度为fy=300N/mm；
4、堆载信息：
距离墙面12m处存在一个长度为11.55m的均布荷载,荷载值为123.6Kpa
外墙荷载工况示意图
计算：
1、荷载计算,土压力按主动土压力计算。
（考虑地下水影响）
①-0.1m标高处土压力为：
（墙顶）
ea0=γz0tan²（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2）=-24.14kPa
②-3.18m标高处土压力为：
（地下水位）
ea1=γz1tan²（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2=16.25kPa
③-6.35m标高处土压力为：
（墙底）
ea2=ea1+（20-10）×（6.35-3.18）×tan²（45°-φ/2）+20×（6.35-3.18）=101.97kPa
根据以上对应标高的土压力值,在CAD中放样,同时根据朗肯土压力理论考虑超载的情况（《地基与基础》P269页）,可得到下图：
其中超载可按照h’=p/γ=123.6/19=6.5m进行履带吊对土产生的附加应力放样。
（《地基与基础》P257页）
结果：
图中阴影区域为实际主动土压力,由CAD可得出阴影面积（即主动土压力Ea）为321KN/m,根据求面积距得出Ea作用点为距离墙底2.15m处。
考虑外墙两端固定,可算得外墙所受最大弯矩为295.2KN·M,位于墙底。
（此处计算属于简单超静定结构力学计算,过程略）
结论：
由手算法得出的外墙所受最大弯矩大于有限元算法,因此以手算法得出的最大弯矩值校核外墙强度。
根据《混凝土结构计算手册》,混凝土强度为C30,钢筋等级为HRB335,配筋面积为2700mm²的板截面能承受422.56KN·M的弯矩。
而该地下室外墙信息为C40混凝土,HRB335钢筋,外侧配筋信息为25@150,配筋面积As=2943.8mm²,因此外墙抗弯承载力满足设计要求,且具有较大安全系数。
裂缝宽度计算：
取1m的墙宽作为墙单元的裂缝计算,计算过程如下：
一、计算依据
①GB50010-20107.1.2
②地下室外墙受拉区为地下室外墙内侧,配筋信息和环境等级按照结构图纸确定
二、基本资料
截面尺寸bxh：
1000x600
受拉区纵筋：
HRB3356D25
纵筋放置：
单排
砼等级：
C40
受拉筋保护层厚度：
50mm
准永久组合下弯矩值：
295.2kN·m
三、计算最大裂缝宽度ωmax
As=2945.2mm2
Ate=300000.0mm2
ρte=As/Ate=0.010取ρte=0.010
v=1.0
deq=25.00mm
ho=537mm
σs=Mq/（0.87*ho*As）=214.34MPa
ftk=2.39MPa
ψ＝1.1-0.65*ftk/ρte/σsk=0.375
c=50mm
αcr=1.9
ωmax=αcr*ψ*σs*（1.9*c+0.08*deq/ρte）/Es=0.23mm<ωlim=0.3mm。
地下室墙体加固措施
为保证后期施工时对墙体影响的最小化,采用如下扶壁顶撑方式对墙体进行加固,加固部位见下图：
图2.7a地下室砌体墙顶撑分布
图2.7b轴N-A-02/1~轴N-A-03间地下室外墙（剪力墙）顶撑分布
对于在履带吊吊装时产生的土侧压力影响区域的砌体墙和轴N-A-02/1~轴N-A-03范围间的地下室剪力墙采用HW300×300型钢搭设墙体顶撑,搭设方式如下图所示,顶撑一端顶在砌体墙上,另一端与N-A-C轴框架剪力墙相接。
图2.7c扶壁式顶撑方式
南部预留区域吊装对周边结构影响
4.1对周边结构的影响
由于履带吊吊装时对地面产生的荷载作用面为土层表面,而基础梁顶标高平均约为-2.0m,而南部预留区域地面标高约为-1.8m,根据地基受均布荷载的扩散效应,周边结构受到的影响十分微小,况且已施工的结构后浇带已封闭,形成较为稳定的框架结构。
4.2对桩基础的影响
根据游泳馆桩基平面布置图和现场南部预留区域放样可以得出,位于南部吊点的桩基主要为两种类型：
1Φ600（抗压桩一）：
持力层为第7-2层,桩长39.00米,综合计算及试桩结果,单桩竖向载力特征值Ra=1800kN,桩顶标高为-2.9m；
2Φ600（抗压桩二）：
持力层为第5-1层,桩长20.00米,综合计算及试桩结果,单桩竖向载力特征值Ra=780kN,桩顶标高为-2.9m。
图2.8桩基与南部预留区位置关系
吊装时路基板对地压强Pk为：
Pk=
=
=123.6Kpa
目前自然地面标高为-1.8m,桩顶覆土1.1m,覆土重度取
=20.0KN/m³（饱和重度）
由于抗压桩二的承载力最小,因此验算抗压桩二的单桩承载力：
=1.4×（1.4×123.6+1.35×20×1.1）×3.14×0.6²=316.75KN<
=780KN
满足单桩的承载力要求,且安全系数较大,履带吊施工时对桩基产生的影响可以忽略。
第3章吊装工况分析与大型履带吊选择
吊装工况分析
由于本工程钢结构主要利用游泳馆外环道路和南区预留区域进行吊装,500T履带吊采用三个吊点进行吊装。
最不利吊装工况分析如下图所示：
图3.1最不利位置吊装工况立面分析图（北区）
图3.2最不利位置吊装工况立面分析图（南区）
图3.3最不利位置吊装工况平面分析图
大型履带吊选择
根据以上吊装工况的分析,钢结构V柱和环梁拟采用大型履带吊进行吊装。
采用1台德马格CC2500履带吊（超起工况）,最大吊装半径为100m,最大吊装高度为32m。
主要吊装设备选择如下表所示：
序号
设备名称
型号规格
数量
用途
备注
1
履带吊
500t
1台
西区V柱、压环梁吊装
1、超起工况,臂长126m,超起半径16m。
2、自带足路基箱,满足在10米范围内行走。
第4章大型履带吊行走道路加固处理方法
根据钢结构吊装初步方案,采用大型履带吊为1台500t,该吨位吊机对地面要求相对较高,整个场馆需作专业处理的范围及工作量较大,为确保吊装安全和合理的地基处理费用,通过参考地质勘测报告、原始回填素土处理以及结合现场实际情况,初步设计吊装地基处理方案如下：
吊机对路基箱压力分析
由于吊机在不同状态下对路基箱压力有较大区别,可分为行走状态和吊装状态进行分析,分析结果如下：
（1）行走状态
行走状态下考虑履带吊正方行走工况,可按起重臂重心与履带前支点重合进行履带压力荷载计算。
表4-1行走工况吊车信息表
上车重量Gs（t）
履带吊起重主臂重量Gb
83.16
超起桅杆重量Gw
23.23
吊钩+钢丝绳重量Gc
6.7
主机转台重Gt
80
超起配重Gq
0
后配重Gp
0
下车重量Gx（t）
履带总成
100.6
主机车架
34
外形尺寸（m）
履带长度L
11.6
履带宽度B
1.5
履带中心距Lj
8
上车转台重心距回转中心Lt
5.7
主臂重心距回转中心Lb
5.55
超起桅杆重心距回转中心Lw
6
后配重重心距回转中心Lp
4.4
超起配重距回转中心Lq
16
履带吊总重G
327.7
吊重（含吊索具）W
0
取e—履带起重机各重量对回转中心的力矩矢量和与总重量的比值；
图4.1履带吊正方行走状态示意图
（2）吊装状态
吊装状态下同样考虑履带吊正方行走工况,根据吊装工况分析,吊装半径R为126m。
表4-2吊装工况吊车信息表
上车重量Gs（t）
履带吊起重主臂重量Gb
83.16
超起桅杆重量Gw
23.23
吊钩+钢丝绳重量Gc
6.7
主机转台重Gt
80
超起配重Gq
230
后配重Gp
160
下车重量Gx（t）
履带总成
100.6
主机车架
34
外形尺寸（m）
履带长度L
11.6
履带宽度B
1.5
履带中心距Lj
8
上车转台重心距回转中心Lt
1.1
主臂重心距回转中心Lb
50
超起桅杆重心距回转中心
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