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电信塔架的压重式预制装配 混凝土基础设计 * De s ig n o f We i g h t - T y p e P r e f a b r i c a t e d C o n c r e t e F o u n d a t i on f or T e l e c om T o we r 徐今 上海市建工设计研究院有限公司 上海 2 0 0 0 5 0 摘要 ：传统通讯铁塔基础均是无法移动的，这样设计不免造成资源浪费。为此，介绍一种压重式预制装配混凝土基础 的产 品开发原 因、设计 思路。该产品作为可移动、可重复利用 的创新产品，有着非常大的推广 与应用价值 。 关键词：通讯塔架 压重式 预制装配混凝 土 基础设计 中图分类号 ：T U 7 5 3 8 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 3 ) 0 9 0 8 0 3 0 3 1 设计思路 该基础 的主要 设计 思路是将基础分成一个个矩形小 块 ，便于基础 的运输及重复利用。在运到现场后采用预应 力后张法工艺将其连成一个整体 ，最后将上部钢结构塔架 安装在基础上面。如果今后想将塔基移走 ，只要先将上部 铁塔拆除、再将预应力钢筋放松抽出，基础就又可以分成 一 些小块 ，便于再次运输及安装。这样就可以实现基础的 重复利用 了。 在设计 中参考 了国外部分类似产品的造型经验” 。 ， 最终确定的基础块为矩形。考虑为了便于运输 ，同时需根 据 电信公司的要求 ，即将来部分产品可能放置在新建的公 路、铁路沿线，现场 的运输条件不好 ，重型运输车辆无法 到达。因此将基础块最终的尺寸定位1 5 m1 5 m，厚度为 8 0 0 mm。这样基础块 的体积大约为1 8 m。 ，总重约4 5 t ， 用普通的中型卡车即可运输。 在预应 力钢筋的选择方面 ，选择预应力螺纹钢筋，这 主要是因为要重复利用 ，而预应力钢绞线等在松弛拆 除过 程 中危险性较大。此外 ，在 混凝土块之间的连接方面还设 置 了凹凸相问的榫头，便于 混凝土块之间的连接及防水。 最终设计 的基础块如图1 所示。 由于两个方向都需要设置预应力钢筋，设计时一个方 向的预应力钢筋在基础块的正中间，另一个方向设置在基 注：本项目为上海建工集团股份有限公司2 0 1 2年重点科研项 目 基于电信塔架的预制装配混凝土基础开发与应用-编号 为 1 2 Y J K F - 1 3 。 作者简介：徐 今 ( 1 9 7 8 - )，男，本科，工程师 通讯地址：上海市武夷路 1 5 0号 ( 2 0 0 0 5 0) 。 i 收稿 日期：2 0 1 3 - 0 7 - 2 2 础的中间偏下方一点的位置。 座 1 1 1 1 3 l 4 蚰 3 7 0 3 蚕 l 鹳 艘 碑 l 图 1基础块设计 蚕 2 设计难点 设计时的主要难点主要有以下几个方面 ： ( a)如何通过预应力张拉使基础形成整体刚度 ，同时 要考虑基础刚度的折减 问题 ； ( b)各基础块连接节点设计 ，如何使各基础块之间 的力的平稳传递 ： ( c)各基础块 之间的防渗漏 问题 ，避免雨水渗入对 预应力钢筋的腐蚀。 3设计计算分析 3 1 零应 力区的控 制 根据G B 5 0 0 0 7 -2 0 1 1 建筑地基基础设计规范 的 相关规定 ，类似独立基础是可以出现部分零应力区的。但 考虑到这部分基础将来实际使用中直接放置在地面以上 ， 且上部铁塔的高度 比较高 ( 达到3 8 m )，出于抗倾覆及设 备使用要求考虑，按照G B 5 0 1 3 6 -2 0 0 6 高耸结构设计规 范 的相关要求控制基础下面不出现零应力区。 2 o 1 3 9 B u i l d i n g C 。 n s t r u c t i 。 n l 8 0 3 徐 今：电信塔架的压重式预制装配混凝土基础设计 3 2 基础最大反 力 对于基础在偏心荷载作用下 的基础最大反力 ，按照 G B 5 0 0 0 7 -2 0 1 1 建筑 地基基础设计规范 所规定 的小 于1 2 即可。但也是 出于基础直接放置在地面上的考虑 ， 在考虑偏心荷载工况下的基础最大反力尽量按照1 0 来控 制 ，这样可避免E b 于变形过大引起的对预应力基础的一些 次生应力。 以一个单管塔 的在地 基基础 方面 的计 算为例。该 基 础采用5块 x 5块 ( 7 5 m7 5 m )，则 反力设计值 M： 1 3 0 0 k N，N=1 0 0 k N，V =5 0 k N，h=8 0 0 mm ，f = 4 0 k P a 贝 l， = 1 0 0 + 0 8 _ = x 2 5x 7 一 5 2 ：2 1 8 k P a4 0 k P a女 口 图 1 2 所 示。 1 5 ” l j 5 00 一 2 7 L 图 2 接缝处最大应 力情况 3 3 预应力钢筋 在设计中 ，为 了使基础在预应力钢筋张拉后能形成 一 个整体 ，考虑基础在张拉后的压应力要大于基础受到弯 矩后的拉应力，使整个基础在使用过程中始终保持受压状 态。这样 ，基础在拼缝位置就不会脱开 ，从而始终保持一 个整体，协同工作。此外，对于基础防水也有好处。以下 就是预应力钢筋的一个分析。 预应力钢筋选用P S B 9 3 0 级预应力筋 ， 4 O mm，A ： 1 2 5 6 6 mm ，f p y k =9 3 0 MP a， =O 8 s e o v k 。基础块连接断面 处 如图3 所 示 图3 基础块 连接断面 弯矩在接缝处产生的应力为： = 竿 y = 8 = 0 7 7 预 应 力 钢 筋 产 生 的 有 效 应 力 为： 。 = 0 8 5 8 0 4 l 建 筑 施 工 3 5 A 第 9 期 =7 90 5 M P a。 预应力损失计算 = + 2 + + 4 + 5 + = 1 7 4 6 MP a 。 从以上分析不难看出， 0 mm预应力筋满足要求 、 3 4 三桅 电信塔基础设计 除了对 电信单管塔基础设计 ，另外为 电信公 桅电信塔也设计了一个基础。单管塔上部结构是一根 个 的空, US M 管 ，而三桅塔是由3根竖向钢 管绢成 ，再通过水 平 的杆件形成一个整体。如果是现浇整体皋础的话 ，这两 种形式的铁塔基础在设计上是差不多的 ，虽然三桅塔每根 钢管传到基础上 的只有拉、压的轴力，佃 向 础形心 化 统后和单管塔一样也是简化为一个轴力、一个鼍 和 一 个剪力 ，所以对整体计算时来说和单管塔差不多 f 日 是 l i 于设计的基础是由分块拼成整体的，而三桅塔的3根管 间是有一定距离 ，无法同时放置存一个基础块 三桅塔 3根 钢管受力肯定 是有拉有压 ，如果放 存不 同皋础 上，相邻基础块之间就会有很大的剪力。存抗剪设计时 要考虑了混凝土接触面的摩擦力，由干现行同内规如 有 明确规定，这部分设计计算时参考 了部分国内外资 、 而基础连接榫头的抗剪力是作为安全储备考虑的，图4 是l_ 桅塔基础的个示意图。 I l ，f 州 一 E ： h ： 一 岢： 置 。-F ： 疆 翁 i 拍 攀一 誊 ： i， - 一 三 一 固 ， 一一 I 。 E 。一 P i 圈4 三桅塔基础示意 3 5 刚度折减 系数 由于基础由分块组成 ，由预应力钢筋张拉形成一个整 体。其整体刚度肯定比现浇的基石 H 刚度要弱一点 设计中 参考了如下文献资料 ： “ 预应力混凝土连续箱梁开裂后的 刚度退化模型 ” ， “ 预制外墙按剪力墙计算时刚度折减 系数的研究” ，最终确定的刚度折减 系数为0 7 5 我们栲 拟了刚度折减后 ( 按照厚6 0 0 mm基础计算 )的基础底部 力计算 ，最终基础底部的最大应力有所增加 ，最小 力 所减小，但最终最大最小应力还是存前文的控制条件内。 4特有节点设计 4 1 榫头连接位置的防水设计 ： 徐 今 ： 电 信 塔 架 的 压 重 式 预 制 装 配 混 凝 虽然连接节点被预应力压得很紧 ，但设计时还是考虑 了附加 的防水方式。 由于采用的预应 力螺纹钢筋是直线型 的 ，采用的套管是钢管，而且 为了考虑将来拆卸 的方便， 钢管内并不进行灌芯。所 以如果钢管 内进水 ，在长期使用 条件下对预应力钢筋产生锈蚀 ，将对基础 的安全性有很大 的影响。所 以我们在基础块连接位置 、预应力钢套管四周 设置了一个橡胶圆环垫片，垫片厚度约8 mm。这样在施加 预应力时会将这个垫片压紧 ，在预应 力套管四周形成很好 的密封防水作用 ( 图5)。 图5 凹凸榫头胶垫片示意 4 2 凹凸榫头 的设计 在基础块连接榫头 的设计上也有几点是值得注意的。 首先 ，凹凸榫头的长度是不同的，凹榫头的长度要比凸榫 头长1 0 c m。虽然一样 的长度对密封效果来说更好 ，但是 在实际安装过程中，由于要考虑两个方向榫头安装的先后 性 ，凹凸榫头做成一样长 实际上是无法安装的。另外 ，凸 榫头的深度也 比凹榫头要短一些 ( 差5 mm )，这个主要 是考虑如果做成一样长度 ，一旦遇到制作的基础块精度不 够时 ，会将预应力的压力向榫头集中，造成榫头 的局部损 坏 ，进而对预应力钢筋产生破坏。此外 ，在 凹凸榫头的四 周接触面做了定的对应坡度 ，这个做法主要是为 了方便 基础块 的安装及拆分，同时也解决了连接件位置预制混凝 土构件的精度问题。 5 结语 随着国家经济的发展 ，人工价格越来越贵 ，将来对预 制构件的应用会越来越有市场。从长远及发达国家的发展 经验来看 ，预制构件 的发展是一个趋势。现在我 国也鼓励 对预制混凝土结构的应用，而且这种可移动 、可重复利用 的基础相对于原来的独立基础 ，当铁塔需要移位时更为环 保节能。这项产品的研发一定会有较为广阔的市场前景。 1 叶见曙， 张峰 预应力混凝土连续箱梁开裂后的刚度退化模型 J _ 中国公路学报， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 6 7 7 9 2 刘跃伟 预制外墙按剪力墙计算时刚度折减系数的研究 J 深圳 土木与建筑，2 0 1 1 ( 4 ) ： 2 6 2 8 3 岳晨曦， 从卫民 混凝土预制拼装多用塔机基础的技术研 究 J 】 _ 建 筑科学， 2 0 0 5 ( 5 ) ：9 2 9 5 【 4 】从卫民岳晨曦 混凝土预制拼装塔机基础几个热点问题探讨 J 江苏建筑，2 0 0 9 ( 1 ) ： 6 0 - 6 2 ( 上接第8 0 0 页 ) 图 4 混凝土浇筑示意 混凝土 内埋置深度控制在1 5 m以上 ，最大埋深不得超过 9 m，以免钢筋上浮或拔管困难。混凝土浇注 中，技术人员 要及时量测混凝土面高程 ，严防将导管 口提出混凝土面。 4 9 顶拔接头管 ( a)接头管由液压顶升架顶拔、履带 吊协同作业 ，分 段拆卸。 ( b)自然养护试块达到终凝状态 的时间为第1 次起拔 时间，以后每3 0 mi n 提升 1 次 ，每次5 O 1 0 0 mm，直至终 凝后完全拔除。 5 结语 本工程利用现场旋挖机、采用 “ 钻抓结合 ”的施工方 法 ，使地下连续墙每幅槽段成槽时间缩短至2 4 h，与原方 案的成槽时间7 2 h 相 比，大大地缩短了地下连续墙 的成槽 时间，加快了地下工程的施工进度 ，且保证 了成槽质量。 1 】缪绍勇， 王国庆， 严融等嵌岩式地l下连续墙施工的研究与实践【 J 】 建筑 施 工 2 0 0 5 ( 7 ) ： 4 7 【 2 】 罗峦 峰 旋挖灌注桩在南昌西站工程中的应用 J 建筑施工， 2 0 1 1 ( 1 2 ) ： 1 0 7 0 1 O 7 1 3 杨宝 珠， 张淑朝 天津地区超深地下连续墙成槽施工技术 施工技术， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 8 9 9 1 4 孙立宝超深地下连续墙施工中若干问题探讨 J 探 矿工程： 岩土钻掘 工程 2 0 1 0 ( 2 ) ： 5 1 5 5 5 5 肖 桂元， 郭维藏 陈学军特 殊地质条件深基础地下连续墙施工应用 研 究【 J 】 地下空间与工程学报，2 0 1 2 ( 3 ) ：6 1 5 6 2 0 6 赵凤桐 某大厦地下连续墙施工技术J 山西建筑， 2 0 0 9 ( 1 7 ) ： 7 9 8 1 2 0 1 3 9 B u il d i n g C 。 n s t r u c t i 。 n l 8 0 5