专利名称：一种以基础配重方式来平衡倾斜式主体结构倾覆力的方法
技术领域：
本发明涉及高耸结构的基础结构建造技术，特别是涉及产生倾覆力的倾斜高耸结构的基础结构建造技术。
背景技术：
国内、外的高耸结构主要有电视塔、无线电塔、微波塔、输电线路塔、旅游、观光、纪念塔，主要分为钢结构和钢筋混凝土结构(包括预应力混凝土结构)。其中钢结构有以下优点钢材强度高、塑性和韧性好、具有匀质等向体性能、可焊可装配、整体稳定性好、整体重量轻等。
国内、外采用“钢结构”的高塔建筑概况见下表。
现有技术的直线或折线形直塔，因为从外观上看具有稳定性，没有倾斜所产生的紧迫和震撼的感觉，而建造斜塔有一定的技术难度，特别是在高耸结构中，如果上部结构的重心与基础底面的中心远远不能重合或接近，则该结构的基础底面在水平荷载作用下产生较大的倾覆力，出现负压力区(或受拉桩)，结构产生倾覆力矩，基础需要依靠桩抗拔和抗滑，而且桩可能受拉力和水平力，容易使整体结构失稳破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种以基础配重方式来平衡倾斜式主体结构倾覆力的方法，解决现有技术的倾斜式主体结构的基础出现负压力区，容易使整体结构失稳破坏的问题。
为达到上述目的，本发明提供了一种以基础配重方式来平衡倾斜式主体结构倾覆力的方法，其特点在于，包括步骤一，将斜式主体结构与地基结构作为一个整体结构，在基础结构进行配重设计，降低所述整体结构的重心高度，并将水平面中的所述整体结构的重心位置向地基结构的几何中心调整；步骤二，调整地基结构中的受力状态，将地基结构中的与所述斜式主体结构相连接的不同柱墩通过拉梁连接为一体，拉梁中配置水平预应力筋，通过水平预应力来平衡柱墩的向外的推力；在具有竖向拉力的柱墩中设置竖向预应力筋，通过竖向预应力平衡柱墩中的拉应力。
上述的方法，其特点在于，所述步骤一中，通过调整地基结构的柱墩的质量来进行配重设计。
上述的方法，其特点在于，所述预应力筋为低松弛钢绞线。
上述的方法，其特点在于，所述水平或竖向预应力筋的一端为活动端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接一锚具，并且在所述钢绞线周围环绕螺旋筋。
上述的方法，其特点在于，所述锚具为夹片式锚具.
上述的方法，其特点在于，所述水平预应力筋的另一端为固定端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接一锚具，并且在所述钢绞线周围环绕螺旋筋。
上述的方法，其特点在于，所述竖向预应力筋的另一端为固定端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接锚具，并且邻接所述垫板设置有由钢筋组成的网片。
上述的方法，其特点在于，所述锚具为挤压锚。
本发明的技术效果在于本发明通过调整基础结构的配重来降低整体结构的重心高度，并将上部结构的重心调整到基础底面的中心，减小在水平荷载作用下产生的倾覆力。通过调整地基结构中的受力状态，避免地基结构中出现负压力区(或受拉桩)，改善结构的倾覆性能，降低倾覆力矩，提高抗倾覆力矩，使基础不依靠桩便可抗拔和抗滑，避免桩受拉力和水平力。
下面结合附图进一步详细说明本发明的具体实施例。
图1是本发明具体应用的一标志塔；图2是本发明所应用的标志塔的三根柱脚的基础的示意图；图3是本发明中预应力筋活动端的示意图；图4是本发明中水平预应力筋固定端的示意图；图5是本发明中竖向预应力筋固定端钢筋网片示意图；图6是本发明中基础柱墩、预应力拉梁布置示意图；图7是本发明经过配重平衡后的斜塔重心位置示意图。
具体实施例方式
如图1所示，是本发明具体应用的一标志塔。标志塔为倾斜三棱锥形状。73m以下由三根斜塔柱构成，73m以上采用3根钢管构成。一根斜塔柱与底面的夹角为99.68°，另两根与底面的夹角为64.69°。
如图2所示，是本发明所应用的标志塔的三根柱脚的基础的示意图。钢结构标志塔基础部分由三个混凝土基础柱墩10、20、30组成，每个基础柱墩通过三个主要承载点来承载标志塔的柱脚，如图所示共包括承载点1、2、3、4、5、6、7、8、9，柱墩10、20与上述的两根与底面夹角为64.69°的受拉斜塔柱相对应，由于钢塔在平衡水平荷载作用下基础柱墩10、20内可能产生较大的竖向拉力，这对于混凝土的抗裂性能是不利，尤其对于基础结构而言将降低构件的耐久性，削弱结构的整体性能。
为了平衡标志塔因为倾斜所产生的倾覆力矩，本发明采用如下措施将斜式主体结构与其地基结构作为一个整体结构，在基础结构进行配重设计，根据本标志塔的实际质量，基础结构的每个柱墩都设计为重达几吨，降低所述整体结构的重心高度，并将水平面中的所述整体结构的重心位置调整至接近地基结构的几何中心的位置；使用预应力技术来调整地基结构，用预应力平衡地基结构中的拉应力。
预应力技术作为一种在结构上预先施加压力，用以改善结构使用阶段性能、平衡荷载、调整结构内力的先进的工程技术，在基础结构中有着广泛的应用。本发明中，通过在靠近可产生竖向拉力的两个基础柱墩内配置了竖向折线形无粘结预应力束，很好的解决了混凝土受拉开裂的问题，使结构整体性加强，取得了良好的技术经济效果。
预应力技术在本发明中的具体实施过程如下一、选材。现代预应力混凝土是利用高强度钢材和较高强度的混凝土经先进生产工艺、用现代设计概念和方法设计的高效预应力混凝土，对于材料性能的要求较高。本实施例中预应力结构所用材料如下(1)混凝土强度等级C40，fck＝26.8N/mm2，fc＝19.1N/mm2，ftk＝2.39N/mm2，预应力张拉时混凝土强度达到设计强度的75％以上。
(2)预应力筋公称直径15.24mm，极限强度标准值为1860MPa，低松弛钢绞线；fptk＝1860N/mm2，fpy＝0.67×1860＝1246N/mm2。
(3)锚具无粘结预应力张拉端采用QM15-1型夹片式锚具，固定端采用QMJ15-1挤压锚。
(4)张拉控制应力为钢绞线极限强度的0.7，即0.7×1860＝1302kN。
二、钢塔基础竖向预应力计算分析与设计。
由于钢塔在水平风及地震作用下根部存在较大的弯矩，因此基础10和基础20有可能产生竖向拉力，为避免混凝土基础竖向受拉，采用竖向预应力使其处于预压状态下，并且预压应力可以完全平衡外荷载下可能产生的最大竖向拉应力。
竖向预应力筋固定端埋设于基础承台的底部，张拉端位于标高+6.00m处，可以覆盖混凝土的受拉区域。
(1)预应力筋数量及张拉控制应力基础10与基础20预应力配筋对称。支撑点1、2、4、5周围预应力筋数量为12根，总预压力为12×140×1302＝2187kN支撑点3、6周围预应力筋数量为24根，总预压力为24×140×1302＝4375kN预应力筋的摩擦系数取值如下表
计算结果表明预应力筋的预压力可以平衡柱底竖向最大组合拉力，满足设计要求。
三、无粘结预应力节点设计。
预应力束强大的预压力作用下，结构端部锚固区混凝土承受很高的局部压力，为保证其正常受力，因此必须对锚固区的混凝土进行加强并采取相应的构造措施，参见图3是水平或纵向预应力筋活动端(张大端)的示意图；预应力筋31穿过垫板33连接锚具32，并且在垫板33旁边环绕预应力筋31设置有螺旋筋34。
图4是水平预应力筋固定端的示意图，预应力筋31穿过垫板33连接挤压锚35，并且在垫板33旁边环绕预应力筋31设置有螺旋筋34。
图5是纵向预应力筋固定端的示意图，在垫板33旁边用由钢筋组成的网片取代螺旋筋34来固定预应力筋。
图6是本发明中基础柱墩、预应力拉梁布置示意图；如图所示，三个柱墩61分别位于三个承台60上，柱墩61之间有拉梁62，承台之间有地梁63。
图7是本发明经过配重平衡后的斜塔重心位置示意图。如图所示，斜塔原重心为G，经过配重平衡后的现重心为G’。在风荷载作用弯矩M的作用下，倾覆点为71。
本施实例中水平连梁中配置了无粘结预应力筋以平衡梁中水平拉力，标志塔基础支墩中配置了竖向无粘结预应力筋以平衡水平荷载作用下支墩可能产生的竖向拉力。
在具体施工中，水平梁中无粘结预应力施工工艺流程如下支设水平梁底模—绑扎水平梁普通钢筋—穿设并固定无粘结预应力钢绞线(无粘结预应力筋的制作)—安装端部垫板，螺旋筋及聚苯塑料块—隐蔽工程验收-浇筑混凝土(制作混凝土试块)—混凝土养护拆模—清理张拉端—张拉(张拉机具的标定、压混凝土试块)—张拉端锚具的密封—张拉端的混凝土封端处理。
竖向支墩中无粘结预应力施工工艺流程如下绑扎支墩普通钢筋—穿设并固定无粘结预应力钢绞线(无粘结预应力筋制作)—安装端部垫板，螺旋筋及聚苯塑料块—隐蔽工程验收—浇筑混凝土(制作混凝土试块)—混凝土养护拆模—清理张拉端(张拉机具的标定、压混凝土试块)一张拉端锚具的密封一张拉端的混凝土封端处理。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；凡是依本发明所作的等效变化与修改，都被本发明的专利范围所涵盖。
权利要求
1.一种以基础配重方式来平衡倾斜式主体结构倾覆力的方法，其特征在于，包括步骤一，将斜式主体结构与地基结构作为一个整体结构，在基础结构进行配重设计，降低所述整体结构的重心高度，并将水平面中的所述整体结构的重心位置向地基结构的几何中心调整；步骤二，调整地基结构中的受力状态，将地基结构中的与所述斜式主体结构相连接的不同柱墩通过拉梁连接为一体，拉梁中配置水平预应力筋，通过水平预应力来平衡柱墩的向外的推力；在具有竖向拉力的柱墩中设置竖向预应力筋，通过竖向预应力平衡柱墩中的拉应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，通过调整地基结构的柱墩的质量来进行配重设计。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述预应力筋为低松弛钢绞线。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述水平或竖向预应力筋的一端为活动端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接一活动端锚具，并且在所述钢绞线周围环绕螺旋筋。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述活动端锚具为夹片式锚具。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水平预应力筋的另一端为固定端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接一固定端锚具，并且在所述钢绞线周围环绕螺旋筋。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述竖向预应力筋的另一端为固定端，所述低松弛钢绞线通过垫板连接固定端锚具，并且邻接所述垫板设置有由钢筋组成的网片。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述固定端锚具为挤压锚。
全文摘要
本发明公开了一种以基础配重方式来平衡倾斜式主体结构倾覆力的方法，包括将斜式主体结构与地基结构作为一个整体结构，在基础结构进行配重设计，降低所述整体结构的重心高度，并将水平面中的所述整体结构的重心位置向地基结构的几何中心调整；调整地基结构中的受力状态，将地基结构中的与所述斜式主体结构相连接的不同柱墩通过拉梁连接为一体，拉梁中配置水平预应力筋，通过水平预应力来平衡柱墩的向外的推力；在具有竖向拉力的柱墩中设置竖向预应力筋，通过竖向预应力平衡柱墩中的拉应力。
文档编号E04H12/22GK1737273SQ20041000945
公开日2006年2月22日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者陆道渊, 翁伟, 汪大绥, 李敏, 魏顺元, 宋仁海, 王冬, 焦安亮 申请人:华东建筑设计研究院有限公司, 中国建筑第八工程局第一建筑公司青岛分公司