專利名稱：一種以基礎(chǔ)配重方式來平衡傾斜式主體結(jié)構(gòu)傾覆力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高聳結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建造技術(shù)，特別是涉及產(chǎn)生傾覆力的傾斜高聳結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建造技術(shù)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)、外的高聳結(jié)構(gòu)主要有電視塔、無線電塔、微波塔、輸電線路塔、旅游、觀光、紀念塔，主要分為鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)(包括預應力混凝土結(jié)構(gòu))。其中鋼結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點鋼材強度高、塑性和韌性好、具有勻質(zhì)等向體性能、可焊可裝配、整體穩(wěn)定性好、整體重量輕等。
國內(nèi)、外采用“鋼結(jié)構(gòu)”的高塔建筑概況見下表。


現(xiàn)有技術(shù)的直線或折線形直塔，因為從外觀上看具有穩(wěn)定性，沒有傾斜所產(chǎn)生的緊迫和震撼的感覺，而建造斜塔有一定的技術(shù)難度，特別是在高聳結(jié)構(gòu)中，如果上部結(jié)構(gòu)的重心與基礎(chǔ)底面的中心遠遠不能重合或接近，則該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)底面在水平荷載作用下產(chǎn)生較大的傾覆力，出現(xiàn)負壓力區(qū)(或受拉樁)，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生傾覆力矩，基礎(chǔ)需要依靠樁抗拔和抗滑，而且樁可能受拉力和水平力，容易使整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種以基礎(chǔ)配重方式來平衡傾斜式主體結(jié)構(gòu)傾覆力的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的傾斜式主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)出現(xiàn)負壓力區(qū)，容易使整體結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞的問題。
為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種以基礎(chǔ)配重方式來平衡傾斜式主體結(jié)構(gòu)傾覆力的方法，其特點在于，包括步驟一，將斜式主體結(jié)構(gòu)與地基結(jié)構(gòu)作為一個整體結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行配重設計，降低所述整體結(jié)構(gòu)的重心高度，并將水平面中的所述整體結(jié)構(gòu)的重心位置向地基結(jié)構(gòu)的幾何中心調(diào)整；步驟二，調(diào)整地基結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，將地基結(jié)構(gòu)中的與所述斜式主體結(jié)構(gòu)相連接的不同柱墩通過拉梁連接為一體，拉梁中配置水平預應力筋，通過水平預應力來平衡柱墩的向外的推力；在具有豎向拉力的柱墩中設置豎向預應力筋，通過豎向預應力平衡柱墩中的拉應力。
上述的方法，其特點在于，所述步驟一中，通過調(diào)整地基結(jié)構(gòu)的柱墩的質(zhì)量來進行配重設計。
上述的方法，其特點在于，所述預應力筋為低松弛鋼絞線。
上述的方法，其特點在于，所述水平或豎向預應力筋的一端為活動端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接一錨具，并且在所述鋼絞線周圍環(huán)繞螺旋筋。
上述的方法，其特點在于，所述錨具為夾片式錨具.
上述的方法，其特點在于，所述水平預應力筋的另一端為固定端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接一錨具，并且在所述鋼絞線周圍環(huán)繞螺旋筋。
上述的方法，其特點在于，所述豎向預應力筋的另一端為固定端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接錨具，并且鄰接所述墊板設置有由鋼筋組成的網(wǎng)片。
上述的方法，其特點在于，所述錨具為擠壓錨。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于本發(fā)明通過調(diào)整基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的配重來降低整體結(jié)構(gòu)的重心高度，并將上部結(jié)構(gòu)的重心調(diào)整到基礎(chǔ)底面的中心，減小在水平荷載作用下產(chǎn)生的傾覆力。通過調(diào)整地基結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，避免地基結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)負壓力區(qū)(或受拉樁)，改善結(jié)構(gòu)的傾覆性能，降低傾覆力矩，提高抗傾覆力矩，使基礎(chǔ)不依靠樁便可抗拔和抗滑，避免樁受拉力和水平力。
下面結(jié)合附圖進一步詳細說明本發(fā)明的具體實施例。


圖1是本發(fā)明具體應用的一標志塔；圖2是本發(fā)明所應用的標志塔的三根柱腳的基礎(chǔ)的示意圖；圖3是本發(fā)明中預應力筋活動端的示意圖；圖4是本發(fā)明中水平預應力筋固定端的示意圖；圖5是本發(fā)明中豎向預應力筋固定端鋼筋網(wǎng)片示意圖；圖6是本發(fā)明中基礎(chǔ)柱墩、預應力拉梁布置示意圖；圖7是本發(fā)明經(jīng)過配重平衡后的斜塔重心位置示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，是本發(fā)明具體應用的一標志塔。標志塔為傾斜三棱錐形狀。73m以下由三根斜塔柱構(gòu)成，73m以上采用3根鋼管構(gòu)成。一根斜塔柱與底面的夾角為99.68°，另兩根與底面的夾角為64.69°。
如圖2所示，是本發(fā)明所應用的標志塔的三根柱腳的基礎(chǔ)的示意圖。鋼結(jié)構(gòu)標志塔基礎(chǔ)部分由三個混凝土基礎(chǔ)柱墩10、20、30組成，每個基礎(chǔ)柱墩通過三個主要承載點來承載標志塔的柱腳，如圖所示共包括承載點1、2、3、4、5、6、7、8、9，柱墩10、20與上述的兩根與底面夾角為64.69°的受拉斜塔柱相對應，由于鋼塔在平衡水平荷載作用下基礎(chǔ)柱墩10、20內(nèi)可能產(chǎn)生較大的豎向拉力，這對于混凝土的抗裂性能是不利，尤其對于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而言將降低構(gòu)件的耐久性，削弱結(jié)構(gòu)的整體性能。
為了平衡標志塔因為傾斜所產(chǎn)生的傾覆力矩，本發(fā)明采用如下措施將斜式主體結(jié)構(gòu)與其地基結(jié)構(gòu)作為一個整體結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行配重設計，根據(jù)本標志塔的實際質(zhì)量，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的每個柱墩都設計為重達幾噸，降低所述整體結(jié)構(gòu)的重心高度，并將水平面中的所述整體結(jié)構(gòu)的重心位置調(diào)整至接近地基結(jié)構(gòu)的幾何中心的位置；使用預應力技術(shù)來調(diào)整地基結(jié)構(gòu)，用預應力平衡地基結(jié)構(gòu)中的拉應力。
預應力技術(shù)作為一種在結(jié)構(gòu)上預先施加壓力，用以改善結(jié)構(gòu)使用階段性能、平衡荷載、調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力的先進的工程技術(shù)，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中有著廣泛的應用。本發(fā)明中，通過在靠近可產(chǎn)生豎向拉力的兩個基礎(chǔ)柱墩內(nèi)配置了豎向折線形無粘結(jié)預應力束，很好的解決了混凝土受拉開裂的問題，使結(jié)構(gòu)整體性加強，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。
預應力技術(shù)在本發(fā)明中的具體實施過程如下一、選材?，F(xiàn)代預應力混凝土是利用高強度鋼材和較高強度的混凝土經(jīng)先進生產(chǎn)工藝、用現(xiàn)代設計概念和方法設計的高效預應力混凝土，對于材料性能的要求較高。本實施例中預應力結(jié)構(gòu)所用材料如下(1)混凝土強度等級C40，fck＝26.8N/mm2，fc＝19.1N/mm2，ftk＝2.39N/mm2，預應力張拉時混凝土強度達到設計強度的75％以上。
(2)預應力筋公稱直徑15.24mm，極限強度標準值為1860MPa，低松弛鋼絞線；fptk＝1860N/mm2，fpy＝0.67×1860＝1246N/mm2。
(3)錨具無粘結(jié)預應力張拉端采用QM15-1型夾片式錨具，固定端采用QMJ15-1擠壓錨。
(4)張拉控制應力為鋼絞線極限強度的0.7，即0.7×1860＝1302kN。
二、鋼塔基礎(chǔ)豎向預應力計算分析與設計。
由于鋼塔在水平風及地震作用下根部存在較大的彎矩，因此基礎(chǔ)10和基礎(chǔ)20有可能產(chǎn)生豎向拉力，為避免混凝土基礎(chǔ)豎向受拉，采用豎向預應力使其處于預壓狀態(tài)下，并且預壓應力可以完全平衡外荷載下可能產(chǎn)生的最大豎向拉應力。
豎向預應力筋固定端埋設于基礎(chǔ)承臺的底部，張拉端位于標高+6.00m處，可以覆蓋混凝土的受拉區(qū)域。
(1)預應力筋數(shù)量及張拉控制應力基礎(chǔ)10與基礎(chǔ)20預應力配筋對稱。支撐點1、2、4、5周圍預應力筋數(shù)量為12根，總預壓力為12×140×1302＝2187kN支撐點3、6周圍預應力筋數(shù)量為24根，總預壓力為24×140×1302＝4375kN預應力筋的摩擦系數(shù)取值如下表

計算結(jié)果表明預應力筋的預壓力可以平衡柱底豎向最大組合拉力，滿足設計要求。
三、無粘結(jié)預應力節(jié)點設計。
預應力束強大的預壓力作用下，結(jié)構(gòu)端部錨固區(qū)混凝土承受很高的局部壓力，為保證其正常受力，因此必須對錨固區(qū)的混凝土進行加強并采取相應的構(gòu)造措施，參見圖3是水平或縱向預應力筋活動端(張大端)的示意圖；預應力筋31穿過墊板33連接錨具32，并且在墊板33旁邊環(huán)繞預應力筋31設置有螺旋筋34。
圖4是水平預應力筋固定端的示意圖，預應力筋31穿過墊板33連接擠壓錨35，并且在墊板33旁邊環(huán)繞預應力筋31設置有螺旋筋34。
圖5是縱向預應力筋固定端的示意圖，在墊板33旁邊用由鋼筋組成的網(wǎng)片取代螺旋筋34來固定預應力筋。
圖6是本發(fā)明中基礎(chǔ)柱墩、預應力拉梁布置示意圖；如圖所示，三個柱墩61分別位于三個承臺60上，柱墩61之間有拉梁62，承臺之間有地梁63。
圖7是本發(fā)明經(jīng)過配重平衡后的斜塔重心位置示意圖。如圖所示，斜塔原重心為G，經(jīng)過配重平衡后的現(xiàn)重心為G’。在風荷載作用彎矩M的作用下，傾覆點為71。
本施實例中水平連梁中配置了無粘結(jié)預應力筋以平衡梁中水平拉力，標志塔基礎(chǔ)支墩中配置了豎向無粘結(jié)預應力筋以平衡水平荷載作用下支墩可能產(chǎn)生的豎向拉力。
在具體施工中，水平梁中無粘結(jié)預應力施工工藝流程如下支設水平梁底?！壴搅浩胀ㄤ摻睢┰O并固定無粘結(jié)預應力鋼絞線(無粘結(jié)預應力筋的制作)—安裝端部墊板，螺旋筋及聚苯塑料塊—隱蔽工程驗收-澆筑混凝土(制作混凝土試塊)—混凝土養(yǎng)護拆模—清理張拉端—張拉(張拉機具的標定、壓混凝土試塊)—張拉端錨具的密封—張拉端的混凝土封端處理。
豎向支墩中無粘結(jié)預應力施工工藝流程如下綁扎支墩普通鋼筋—穿設并固定無粘結(jié)預應力鋼絞線(無粘結(jié)預應力筋制作)—安裝端部墊板，螺旋筋及聚苯塑料塊—隱蔽工程驗收—澆筑混凝土(制作混凝土試塊)—混凝土養(yǎng)護拆?！謇韽埨?張拉機具的標定、壓混凝土試塊)一張拉端錨具的密封一張拉端的混凝土封端處理。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；凡是依本發(fā)明所作的等效變化與修改，都被本發(fā)明的專利范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種以基礎(chǔ)配重方式來平衡傾斜式主體結(jié)構(gòu)傾覆力的方法，其特征在于，包括步驟一，將斜式主體結(jié)構(gòu)與地基結(jié)構(gòu)作為一個整體結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行配重設計，降低所述整體結(jié)構(gòu)的重心高度，并將水平面中的所述整體結(jié)構(gòu)的重心位置向地基結(jié)構(gòu)的幾何中心調(diào)整；步驟二，調(diào)整地基結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，將地基結(jié)構(gòu)中的與所述斜式主體結(jié)構(gòu)相連接的不同柱墩通過拉梁連接為一體，拉梁中配置水平預應力筋，通過水平預應力來平衡柱墩的向外的推力；在具有豎向拉力的柱墩中設置豎向預應力筋，通過豎向預應力平衡柱墩中的拉應力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟一中，通過調(diào)整地基結(jié)構(gòu)的柱墩的質(zhì)量來進行配重設計。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述預應力筋為低松弛鋼絞線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述水平或豎向預應力筋的一端為活動端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接一活動端錨具，并且在所述鋼絞線周圍環(huán)繞螺旋筋。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述活動端錨具為夾片式錨具。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平預應力筋的另一端為固定端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接一固定端錨具，并且在所述鋼絞線周圍環(huán)繞螺旋筋。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述豎向預應力筋的另一端為固定端，所述低松弛鋼絞線通過墊板連接固定端錨具，并且鄰接所述墊板設置有由鋼筋組成的網(wǎng)片。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述固定端錨具為擠壓錨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種以基礎(chǔ)配重方式來平衡傾斜式主體結(jié)構(gòu)傾覆力的方法，包括將斜式主體結(jié)構(gòu)與地基結(jié)構(gòu)作為一個整體結(jié)構(gòu)，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行配重設計，降低所述整體結(jié)構(gòu)的重心高度，并將水平面中的所述整體結(jié)構(gòu)的重心位置向地基結(jié)構(gòu)的幾何中心調(diào)整；調(diào)整地基結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)，將地基結(jié)構(gòu)中的與所述斜式主體結(jié)構(gòu)相連接的不同柱墩通過拉梁連接為一體，拉梁中配置水平預應力筋，通過水平預應力來平衡柱墩的向外的推力；在具有豎向拉力的柱墩中設置豎向預應力筋，通過豎向預應力平衡柱墩中的拉應力。
文檔編號E04H12/22GK1737273SQ20041000945
公開日2006年2月22日 申請日期2004年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月20日
發(fā)明者陸道淵, 翁偉, 汪大綏, 李敏, 魏順元, 宋仁海, 王冬, 焦安亮 申請人:華東建筑設計研究院有限公司, 中國建筑第八工程局第一建筑公司青島分公司