塔式起重機混凝土基礎設計計算方法(詳細版)

1、塔式起重機混凝土基礎設計計算方法王永泉河海大學 水利水電學院塔吊倒塌現(xiàn)場塔吊倒塌現(xiàn)場塔吊倒塌現(xiàn)場塔吊倒塌現(xiàn)場兩本規(guī)范n塔式起重機混凝土基礎工程技術規(guī)程塔式起重機混凝土基礎工程技術規(guī)程（JGJ/T187-2009）n塔式起重機設計規(guī)范塔式起重機設計規(guī)范（GB/T13752-92）塔式起重機的基礎選型n塔機的基礎型式應根據(jù)工程地質、荷載大小塔機的基礎型式應根據(jù)工程地質、荷載大小與穩(wěn)定性要求、現(xiàn)場條件、技術經(jīng)濟指標及與穩(wěn)定性要求、現(xiàn)場條件、技術經(jīng)濟指標及塔機制造商提供的塔機使用說明書等條件確塔機制造商提供的塔機使用說明書等條件確定。定。n塔機的混凝土基礎形式有板式（矩形、方形塔機的混凝土基礎形式有板

2、式（矩形、方形等）、十字型、樁基及組合式基礎。等）、十字型、樁基及組合式基礎。 塔機基礎設計荷載取值n塔機基礎的設計應在塔機基礎的設計應在按按工作狀態(tài)工作狀態(tài)和和非工作非工作狀態(tài)狀態(tài)的荷載分別計算。的荷載分別計算。n塔機基礎工作狀態(tài)的荷載應包括塔機和基礎的自重荷塔機基礎工作狀態(tài)的荷載應包括塔機和基礎的自重荷載、起重荷載、風荷載、并考慮可變荷載的組合系數(shù)，載、起重荷載、風荷載、并考慮可變荷載的組合系數(shù)，其中起重荷載不考慮動力系數(shù)；其中起重荷載不考慮動力系數(shù)；n非工作狀態(tài)下的荷載應包括塔機和基礎的自重荷載、非工作狀態(tài)下的荷載應包括塔機和基礎的自重荷載、風荷載。風荷載。 n塔機工作狀態(tài)的基本風壓應按

3、塔機工作狀態(tài)的基本風壓應按0.20 kN/m2取用，非工取用，非工作狀態(tài)的基本風壓應按現(xiàn)行國家標準作狀態(tài)的基本風壓應按現(xiàn)行國家標準建筑結構荷載建筑結構荷載規(guī)范規(guī)范GB50009附錄附錄D.4中給出的中給出的50年一遇的風壓取用，年一遇的風壓取用，且不小于且不小于0.30kN/m2，可，可參考（參考（JGJ/T187-2009）附錄）附錄A計算。計算。n塔機基礎設計無計算條件時，可采用塔機制塔機基礎設計無計算條件時，可采用塔機制造商的造商的“塔機使用說明書塔機使用說明書”提供的基礎荷載，提供的基礎荷載，包括工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的垂直荷載、水包括工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)的垂直荷載、水平荷載、傾翻力矩、

4、扭矩以及非工作狀態(tài)的平荷載、傾翻力矩、扭矩以及非工作狀態(tài)的基本風壓，若塔機現(xiàn)場的基本風壓大于基本風壓，若塔機現(xiàn)場的基本風壓大于“塔塔機使用說明書機使用說明書”提供的基本風壓，則應予以提供的基本風壓，則應予以換算。換算。 塔機基礎設計荷載取值案例1205. 1482. 44/627. 11160875.1887aNMe不滿足不滿足JGJ/T 187-2009第第4.1.2-3條要求條要求案例2110tm的傾覆力矩比的傾覆力矩比80tm的塔吊小的塔吊小建議n塔吊混凝土獨立基礎設計必須滿足抗傾覆和塔吊混凝土獨立基礎設計必須滿足抗傾覆和地基土容許承載能力要求，特別是抗傾覆要地基土容許承載能力要求，特別

5、是抗傾覆要求，這是確保塔吊安全的主要前提。求，這是確保塔吊安全的主要前提。n廠方提供塔吊使用說明書中的基礎圖紙只能廠方提供塔吊使用說明書中的基礎圖紙只能作為參考，不能作為現(xiàn)場施工依據(jù)，應根據(jù)作為參考，不能作為現(xiàn)場施工依據(jù)，應根據(jù)方方使用說明書內提供的傾覆力矩和自重等方方使用說明書內提供的傾覆力矩和自重等技術參數(shù)、該工程地質報告，以及以往設計技術參數(shù)、該工程地質報告，以及以往設計經(jīng)驗對塔吊基礎進行詳細計算與設計。經(jīng)驗對塔吊基礎進行詳細計算與設計。 板式或十字形基礎n 塔機在獨立狀態(tài)時，作用于基礎的荷載應包括塔塔機在獨立狀態(tài)時，作用于基礎的荷載應包括塔機作用于基礎頂?shù)呢Q向荷載標準值機作用于基礎頂?shù)?/p>

6、豎向荷載標準值Fk，塔機作用，塔機作用于基礎頂?shù)乃胶奢d標準值于基礎頂?shù)乃胶奢d標準值Fvk，塔機作用于基礎，塔機作用于基礎頂?shù)膬A翻力矩（包括塔機自重、起重荷載、風荷頂?shù)膬A翻力矩（包括塔機自重、起重荷載、風荷載等引起的力矩）荷載標準值載等引起的力矩）荷載標準值Mk，塔機作用于基，塔機作用于基礎頂?shù)呐ぞ睾奢d標準值礎頂?shù)呐ぞ睾奢d標準值Tk，基礎及其上土的自重，基礎及其上土的自重荷載標準值荷載標準值Gk。kkkvkkn基礎的埋置深度應綜合考慮工程地質、塔機的荷載大小以及相鄰環(huán)境基礎的埋置深度應綜合考慮工程地質、塔機的荷載大小以及相鄰環(huán)境條件等因素確定。基礎頂面標高不宜超出現(xiàn)場自然地面。在凍土地區(qū)條件

7、等因素確定。基礎頂面標高不宜超出現(xiàn)場自然地面。在凍土地區(qū)的基礎應采取構造措施避免基底及基側受凍脹土的作用。的基礎應采取構造措施避免基底及基側受凍脹土的作用。 n 基礎高度應滿足塔機預埋件的抗拔要求，且不宜小于基礎高度應滿足塔機預埋件的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜，不宜采用坡形或臺階形頂面的基礎。采用坡形或臺階形頂面的基礎。 n基礎的混凝土強度等級不應低于基礎的混凝土強度等級不應低于C25，基礎下的墊層混凝土強度等級，基礎下的墊層混凝土強度等級不應低于不應低于C10，混凝土墊層厚度不宜小于，混凝土墊層厚度不宜小于100mm。 n基礎受力鋼筋的直徑不宜小于基礎受力鋼筋的直徑不宜小于12m

8、m，間距不應大于，間距不應大于200mm。板式基。板式基礎宜在基礎表層和底層對稱式配置主筋，直徑不宜小于礎宜在基礎表層和底層對稱式配置主筋，直徑不宜小于12mm，且用間，且用間距不大于距不大于500mm的豎向構造鋼筋連接；的豎向構造鋼筋連接；n十字型基礎主筋宜按梁式上下對稱配筋，箍筋直徑不宜小于十字型基礎主筋宜按梁式上下對稱配筋，箍筋直徑不宜小于8mm，間，間距不宜大于距不宜大于200mm，側向構造縱筋的直徑不宜小于，側向構造縱筋的直徑不宜小于10mm，間距不宜，間距不宜大于大于200mm。n矩形基礎的長邊與短邊長度之比不宜大于矩形基礎的長邊與短邊長度之比不宜大于2，十字型基礎的節(jié)點處應采，十

9、字型基礎的節(jié)點處應采用加腋構造。用加腋構造。 板式或十字形基礎n基礎平面尺寸的確定基礎平面尺寸的確定參考廠房提供的塔機平面尺寸處步確定；參考廠房提供的塔機平面尺寸處步確定；根據(jù)地基承載能力和變形要求復核塔機平面尺寸。根據(jù)地基承載能力和變形要求復核塔機平面尺寸。n矩形基礎地基承載能力的驗算矩形基礎地基承載能力的驗算板式或十字形基礎設計kaPfkmaxa1.2Pf軸心荷載作用時軸心荷載作用時偏心荷載作用時偏心荷載作用時kaPfPk相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處的平均壓力值；相應于荷載效應標準組合時，基礎底面處的平均壓力值； fa修正后的地基承載力特征值；修正后的地基承載力特征值； Pkmax

10、相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力值；相應于荷載效應標準組合時，基礎底面邊緣的最大壓力值； 板式或十字形基礎設計kkkFGPblkvkkkkmaxMFhFGPblW板式或十字形基礎設計6be kmaxP當偏心距時，按下式計算 kkkmax2()3FGPla板式或十字形基礎設計偏心距偏心距e應按下式計算：應按下式計算： kkvkkMFheFG/4eb偏心距偏心距e應滿足應滿足kGn矩形基礎地基變形的驗算矩形基礎地基變形的驗算板式或十字形基礎設計地基主要受力層的承載力特征值地基主要受力層的承載力特征值fak 130kN/m2，可不進行地基，可不進行地基變形驗算。變形驗算。地基主要受力

11、層指塔機板式基礎下為地基主要受力層指塔機板式基礎下為1.5b（b為基礎截面寬為基礎截面寬度）；十字型基礎下為度）；十字型基礎下為3b（b為其中任一條形基礎的截面寬度），為其中任一條形基礎的截面寬度），且厚度不小于且厚度不小于5m范圍內的地基土層；范圍內的地基土層； 基礎下的地基變形計算按現(xiàn)行國家標準基礎下的地基變形計算按現(xiàn)行國家標準建筑地基基礎設計建筑地基基礎設計規(guī)范規(guī)范GB50007第第5.3.5條規(guī)定條規(guī)定，但荷載效應應按但荷載效應應按JGJ/T187-2009的的3.0.5條規(guī)定確定。條規(guī)定確定。 基礎下的地基變形允許值：最大沉降量為基礎下的地基變形允許值：最大沉降量為50mm，最大傾斜

12、率，最大傾斜率為為tan=0.001。為基礎底面的傾斜角度。為基礎底面的傾斜角度。 12|tanSSbl或12|tanSSbl或n矩形基礎的配筋矩形基礎的配筋板式或十字形基礎設計12|tanSSbl或基礎的配筋應按現(xiàn)行國家標準基礎的配筋應按現(xiàn)行國家標準混凝土結構設計混凝土結構設計規(guī)范規(guī)范GB50010有關規(guī)定進行受彎、受剪計算。有關規(guī)定進行受彎、受剪計算。設設計中可不考慮扭矩的作用。計中可不考慮扭矩的作用。 計算板式基礎強度時，將塔機作用于基礎的計算板式基礎強度時，將塔機作用于基礎的4根根立柱所包圍的面積作為塔身柱截面，計算受彎、受立柱所包圍的面積作為塔身柱截面，計算受彎、受剪的最危險截面取柱

13、邊緣處?；變舴戳Σ捎冒聪录舻淖钗ｋU截面取柱邊緣處?；變舴戳Σ捎冒聪率角蟮玫幕拙己奢d設計值式求得的基底均布荷載設計值P： max12PPPP1采用荷載效應基本組合計算的塔機立柱邊的基底壓力值采用荷載效應基本組合計算的塔機立柱邊的基底壓力值板式或十字形基礎設計板形基礎基底壓力 十字形基礎基底壓力 板式或十字形基礎設計十字形基礎設計實例十字形基礎設計實例n當?shù)鼗翞檐浫跬翆樱捎脺\基礎已不能滿足塔機對地基承載力當?shù)鼗翞檐浫跬翆?，采用淺基礎已不能滿足塔機對地基承載力和變形的要求時，可采用樁基礎。基樁可采用預制鋼筋混凝土樁、和變形的要求時，可采用樁基礎。基樁可采用預制鋼筋混凝土樁、混凝土灌注樁

14、或鋼管樁等混凝土灌注樁或鋼管樁等 。 n樁端持力層宜選擇中低壓縮性的粘性土、中密或密實的砂土或粉樁端持力層宜選擇中低壓縮性的粘性土、中密或密實的砂土或粉土等承載力較高的土層。樁端全斷面進入持力層的深度，對于粘土等承載力較高的土層。樁端全斷面進入持力層的深度，對于粘性土、粉土不宜小于性土、粉土不宜小于3d，對于砂土不宜小于，對于砂土不宜小于2.0d；當存在軟弱下；當存在軟弱下臥層時，樁端以下硬持力土層厚度不宜小于臥層時，樁端以下硬持力土層厚度不宜小于5d，并應驗算下臥層，并應驗算下臥層的承載力。的承載力。n 樁基計算包括樁頂作用效應計算、樁基豎向抗壓及抗拔承載力樁基計算包括樁頂作用效應計算、樁基

15、豎向抗壓及抗拔承載力計算、樁身承載力計算、樁承臺計算等。計算、樁身承載力計算、樁承臺計算等。 n樁基礎設計應符合現(xiàn)行國家行業(yè)標準樁基礎設計應符合現(xiàn)行國家行業(yè)標準建筑樁基技術規(guī)范建筑樁基技術規(guī)范JGJ94-2008的規(guī)定。的規(guī)定。 樁基礎n樁基構造應符合現(xiàn)行國家行業(yè)標準樁基構造應符合現(xiàn)行國家行業(yè)標準建筑樁基技術規(guī)范建筑樁基技術規(guī)范JGJ94-2008的規(guī)定。預埋件應按塔機使用說明書布置。樁身和承臺的混的規(guī)定。預埋件應按塔機使用說明書布置。樁身和承臺的混凝土強度等級不得小于凝土強度等級不得小于C25。 n基樁應按計算和構造要求配置鋼筋?？v向鋼筋不應小于基樁應按計算和構造要求配置鋼筋?？v向鋼筋不應小

16、于612，應，應沿樁周邊均勻布置，其凈距不應小于沿樁周邊均勻布置，其凈距不應小于60mm。箍筋應采用螺旋式，。箍筋應采用螺旋式，直徑不應小于直徑不應小于6mm，間距宜為，間距宜為200300mm，樁頂以下，樁頂以下5d范圍內范圍內箍筋間距應加密不應大于箍筋間距應加密不應大于100mm。當基樁屬抗拔樁或端承樁，應。當基樁屬抗拔樁或端承樁，應等截面或變截面通長配筋。等截面或變截面通長配筋。 n承臺宜設計成不變截面高度的方形板式或十字型梁式，截面高度承臺宜設計成不變截面高度的方形板式或十字型梁式，截面高度不宜小于不宜小于1000mm，且應滿足塔機使用說明書的要求。基樁宜按，且應滿足塔機使用說明書的要

17、求。基樁宜按均勻對稱式布置，且不宜少于均勻對稱式布置，且不宜少于4根，邊樁中心至承臺邊緣的距離根，邊樁中心至承臺邊緣的距離應不小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小應不小于樁的直徑或邊長，且樁的外邊緣至承臺邊緣的距離不小于于200mm。樁基礎n板式承臺基礎上、下面均應根據(jù)計算或構造要求配筋，直徑不小板式承臺基礎上、下面均應根據(jù)計算或構造要求配筋，直徑不小于于12mm，間距不大于，間距不大于200mm，上、下層鋼筋之間設置架立筋，上、下層鋼筋之間設置架立筋，宜沿對角線配置暗梁。十字型承臺應按梁式配筋，宜按對稱式配宜沿對角線配置暗梁。十字型承臺應按梁式配筋，宜按對稱式配置正、負彎矩筋

18、，箍筋不宜小于置正、負彎矩筋，箍筋不宜小于8200。 n基樁嵌入承臺的長度對樁徑基樁嵌入承臺的長度對樁徑800mm的基樁不宜小于的基樁不宜小于50mm，800mm的基樁不宜小于的基樁不宜小于100mm。n基樁主筋應錨入承臺基礎，錨固長度按現(xiàn)行國家標準基樁主筋應錨入承臺基礎，錨固長度按現(xiàn)行國家標準混凝土結混凝土結構設計規(guī)范構設計規(guī)范GB50010確定。對預應力混凝土管樁和鋼管樁，宜確定。對預應力混凝土管樁和鋼管樁，宜采用植于樁芯混凝土不少于采用植于樁芯混凝土不少于20的主筋錨入承臺基礎。預應力管樁的主筋錨入承臺基礎。預應力管樁和鋼管樁中的樁芯混凝土長度應按抗拔錨固計算且不小于和鋼管樁中的樁芯混凝

19、土長度應按抗拔錨固計算且不小于1000mm，其強度等級宜比承臺提高一級。，其強度等級宜比承臺提高一級。 樁基礎n樁基的設計計算樁基的設計計算樁基礎的設計計算樁頂作用效應計算時，應取沿矩形或方形承臺樁頂作用效應計算時，應取沿矩形或方形承臺對角線方對角線方向向的傾翻力矩和水平荷載及豎向荷載進行計算。當采用十的傾翻力矩和水平荷載及豎向荷載進行計算。當采用十字型承臺時，傾翻力矩和水平荷載的作用按其中字型承臺時，傾翻力矩和水平荷載的作用按其中任一條形任一條形承臺縱向承臺縱向進行計算，豎向荷載由全部基樁承載。進行計算，豎向荷載由全部基樁承載。kkkFGQnkvkkkkmax minMF hFGQnL、軸心

20、豎向力作用下軸心豎向力作用下偏心豎向力作用下偏心豎向力作用下 L矩形承臺對角線或十字型承臺中任一條形承臺兩端基樁的軸線距離；矩形承臺對角線或十字型承臺中任一條形承臺兩端基樁的軸線距離； n樁基的設計計算樁基的設計計算樁基礎的設計計算樁基豎向承載力計算應符合樁基豎向承載力計算應符合 kaQRkmaxa1.2QRRa單樁豎向承載力特征值單樁豎向承載力特征值 asiapapiRuqlqA =0.50.8（砂性土，樁入土較淺時取低值；粘性土（砂性土，樁入土較淺時取低值；粘性土 和粉土，樁入土較深時取高值）；和粉土，樁入土較深時取高值）； n樁基的設計計算樁基的設計計算樁基礎的設計計算樁的抗拔設計應滿足

21、樁的抗拔設計應滿足 kaQRais akiiRuq lGkQ按荷載效應標準組合計算的基樁拔力按荷載效應標準組合計算的基樁拔力 aR單樁豎向抗拔承載力特征值；單樁豎向抗拔承載力特征值；ii抗拔系數(shù)。當無試驗資料且樁的入土深度不小抗拔系數(shù)。當無試驗資料且樁的入土深度不小 于于6.0m時，可根據(jù)土質和樁的入土深度，取時，可根據(jù)土質和樁的入土深度，取 kG樁身的有效重力標準值（樁身的有效重力標準值（kN），）， 水下部分按浮重度計。水下部分按浮重度計。 n樁基的設計計算樁基的設計計算樁基礎的設計計算 軸心受壓樁樁身承載力應符合軸心受壓樁樁身承載力應符合 ccpsys0.9Qf Af An樁基的設計計算

22、樁基的設計計算樁基礎的設計計算軸心受拔樁樁身承載力應符合軸心受拔樁樁身承載力應符合 yspypsQf Af An承臺的設計計算承臺的設計計算樁基礎的設計計算樁基承臺應進行受彎、受剪承載力計算，樁基承臺應進行受彎、受剪承載力計算，將塔機作用于承將塔機作用于承臺的臺的4根立柱所包圍的面積作為柱截面根立柱所包圍的面積作為柱截面，受彎、受剪承載力，受彎、受剪承載力和配筋應按現(xiàn)行和配筋應按現(xiàn)行混凝土結構設計規(guī)范混凝土結構設計規(guī)范GB50010的規(guī)定進的規(guī)定進行計算。行計算。 對于十字型梁式承臺和板式承臺中的暗梁的彎矩與剪力計對于十字型梁式承臺和板式承臺中的暗梁的彎矩與剪力計算，可視基樁為不動鉸支座，按簡

23、支梁或連續(xù)梁計算，傾翻算，可視基樁為不動鉸支座，按簡支梁或連續(xù)梁計算，傾翻力矩力矩M按其中任一梁縱向作用，豎向荷載按其中任一梁縱向作用，豎向荷載F仍由全部基礎承仍由全部基礎承受，宜按對稱式配置正、負彎矩筋及箍筋。受，宜按對稱式配置正、負彎矩筋及箍筋。 n承臺的設計計算承臺的設計計算樁基礎的設計計算xiiMN yyiiMN x板式承臺彎矩計算示意圖板式承臺彎矩計算示意圖 11暗 梁AL樁基礎的設計計算n承臺的設計計算承臺的設計計算十字型梁式承臺和板式承臺中的暗梁計算簡圖十字型梁式承臺和板式承臺中的暗梁計算簡圖 n承臺的設計計算承臺的設計計算樁基礎的設計計算樁基承臺厚度應滿足基樁對承臺的沖切承載力要求。樁基承臺厚度應滿足基樁對承臺的沖切承載力要求。 4 5 121111hpt0(/2)(/2)lxyyxNcacafh110.560.2xx110.560.2yy110 xxah110yyah角樁沖切系數(shù)：角樁沖切系數(shù)： 角樁沖跨比：角樁沖跨比