塔吊基礎的設計和計算

一、塔基礎的設計據(jù)GB/T13752-1992塔式起重機設計規(guī)范JGJ/T187-2009塔式起重機混凝土基礎工程技術規(guī)程GB50007-2011建筑地基基礎設計規(guī)范JGJ94-2008建筑樁基技術規(guī)范GB50017-2003鋼結構設計規(guī)范二、塔基礎設計選塔吊基礎形式應根據(jù)工程地質荷載大小與塔機穩(wěn)定性要求現(xiàn)場條件技術經(jīng)濟指標，并結合塔吊廠商提供的《塔機使用說明書》要求確定。塔吊基礎設計常用類型分為板式基礎矩形方形、十字形基礎樁基礎組合式礎板式基礎是由鋼筋混凝土筑成的平板形基礎字形基礎是由長度和截面相同的兩條互相垂直等分且節(jié)點加腋的混凝土條形基礎組成的基礎板式基礎十字形基礎適用于地基承載力較高，基坑較淺的工程。板式基礎

十字形基礎應用工程有：建行災備中心、光谷新世界等工程、武漢保利文化廣場（利用底板）1kvkkkkvkkk樁基礎是由預制混凝土樁預應力混凝土管樁混凝土灌注樁或鋼管樁及上端連接的矩形板式或十字形梁式承臺組成的基礎樁基礎適用于在軟弱土層淺基礎不能滿足塔機對地基承載力和變形的要求或因場地限制吊布置于地下室范圍內且不需在土方開挖之前投入使用的工程。樁基礎應用工程有：武漢萬達廣場（樁+承臺商摩爾城（樁+臺）組合式基礎是由若干格構式鋼柱或鋼管柱與其下端連接的基樁以及上端連接的混凝土承臺或型鋼平臺組成的基礎；適用于因場地限制，塔吊布置于地下室范圍內且需在土方開挖之前投入使用的工程。應用工程有：天津大廈（樁+鋼格構柱+鋼承臺惠（樁鋼格構柱+混凝土承臺組合式基礎三、塔基礎設計計、基礎荷載取值采用塔機制造商提供《塔機使用說明書的基礎荷載包括作用于基礎頂?shù)呢Q向荷載標準值（平荷載標準值（傾覆力矩（包括塔機自重、起重荷載、風荷載等引起的力矩）荷載標準值（）及扭矩荷載標準值（礎荷載還包括基礎及其上土的自重荷礎荷載2kkkvkkkkkvkk載標準值（G如：TC5613塔式起重機廠家給定的基礎荷載如下表：工作狀態(tài)非工作狀態(tài)

M(kN.M)1827.02395.5

F(KN)619.0526.3

F(kN)30.362

T(kN.M)332.00.0、板式基礎設計和計算⑴設計造要求：基礎高度應滿足塔機預埋件的抗拔要求且不宜小于1000mm不宜采用坡星或臺階形截面的基礎?；A的混凝土強度等級不應低于C25，墊層混凝土強度不應低于C10厚度不小于100mm。板式基礎在基礎表層和底層配置直徑不應小12mm距不大于200mm的鋼筋，且上、下層主筋應用間距不大于500mm的豎向構造鋼筋連接；架立筋的截面積不宜小于受力筋截面積的一半預埋于基礎中的塔機基礎節(jié)錨栓或預埋節(jié)應符合塔機制造商提供《塔機使用說明書》規(guī)定的構造要求，并應有支盤式錨固措施。矩形基礎的長邊與短邊長度之比不宜大于2，宜采用方形基礎。板式基礎一般根據(jù)地勘報告提供的地基承載力特征值，從塔機制造商提供的《塔機使用說明書》中的基礎中選取。3如：TC5613塔式起重機廠家給定的基礎圖如下：表1載荷工況

.

.

工作工況非工作工況注：表1中、彎矩為基最大矩工況載荷，扭矩

為基礎最大扭矩工況載荷。

固定基礎載荷示意圖上層主筋

架立筋下層主筋固定基礎表2上

層

筋

下

層

筋

地耐力

砼方量

重量

架立筋縱橫向各2|縱橫向各3|縱橫向各3|

縱橫向各2|縱橫向各3|縱橫向各3|注：本基礎應采用整體鋼筋砼基礎。對基礎的基本要求如下：1）礎下土質應堅固夯實，根據(jù)土質情況，可選用不同的基礎（見左固定基礎圖））砼度等不得低于，地力不于表2的規(guī)定；3）砼礎的度應于）砼基礎的四個固定支腿上表面應校水平，平面度誤差小于1。塔式起重機固定基礎圖4kkkkkvkkkkkkvk⑵設計算）抗傾覆驗算e

Mhkkkb/）地基承載力驗算①求基底面平均壓力

Fbl②求基底面邊緣最壓應力當偏心距

時：2(F)其中，——合力作用點至基礎底面最大壓力邊緣的距離當偏心距

時：kmax

FMblW③修正的地基承載特征值5aaf

f

ak

b3)(0.5)m④地基載力驗算基礎底面壓力應同時符合：

f

kmax

axa——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，基礎底面邊緣的最大壓力值；f

——修正后的地基承載力特征值）基礎計算①求基靜反力基底凈反力采用基底平均壓力設計值pp

pp2

、

——荷載效應基本組合計算的基底邊緣最大壓力值、塔機立柱邊的基底壓力值。②求彎設計值M()

/8其中a為塔吊標準節(jié)邊長③基礎彎計算按單筋矩形截面進行受彎配筋計算，計算簡圖如圖所示。6單筋矩形截的計算簡單筋矩形截受壓區(qū)混土的等效力圖求截面抗矩系數(shù)

Mfbh1

20求相對壓區(qū)高度

1s

取0.55（≤C50HRB330）0.518(≤HRB400)求內力系數(shù)s

=

求配筋

As

s

fh求最小筋

A7s

min

bh

min

0.45

ff

ty

，且

min

底部鋼筋取配筋最大值，上部鋼筋不小于底部鋼筋的一半，一般對稱布置。③基礎剪計算

ft

4當h0小于800mm時取h0=800mm當h0≥2000mm時取h0=2000mm、十字形基礎計算）設計構造要求：十字形基礎主筋應按梁式配筋主筋直徑不應小于12mm，箍筋直徑不應小于8mm且間距不應大于側向構造縱筋的直徑不應小于10mm且間距不應大于200mm。架立筋的截面積不宜小于受力筋截面積的一半。十字形基礎的節(jié)點處應采用加腋構造。）基礎計算傾覆力矩設計值（）和水平荷載設計值（Fv應按其中任一條形基礎縱向作用計算豎向荷載設計值（F）應由全部基礎承受。其他參考板式基礎。、樁基礎計算）樁端持力層的選擇樁端持力層宜選擇中低壓縮性的黏性土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，對于黏性土、粉土不宜小于2d，對于砂土不宜小于1.5d，石類土不宜小于1d當存在軟弱下臥層時，樁端以8vkkvkkminvkkvkkmin下硬持力土層厚度不宜小于3d，并應驗算下臥層的承載力。）樁基計算樁基計算應包括樁頂作用效應計算樁基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，可不計算樁基的沉降變形。(1)頂作用應計樁頂作用效應取沿矩形或方形承臺對角線方向的傾覆力矩和水平荷載及豎向荷載進行計算當采用十字形承臺時傾覆力矩和水平荷載的作用應取其中任一條形承臺按其縱向作用進行計算，豎向荷載應按全部樁基承受進行計算。基樁的樁頂作用效應計算公式：軸心豎向力作用下偏心豎向力作用下式中：

FQnFMQkLFMFhQkkLk

──荷載效應標準組合偏心豎向力作用下，基樁的平均豎向力；kmaxkmin

──荷載效應標準組合偏心豎向力作用下，角樁的最大豎向力；──荷載效應標準組合偏心豎向力作用下，角樁的最小豎向力；kk

──荷載效應標準組合時，作用于樁基承臺頂面的豎向力；──樁基承臺及其上土的自重標準值對穩(wěn)定的地下水位以下部分應扣除水的浮力；

──樁基中的樁數(shù)M

k

──荷載效應標準組合時矩形或方形承臺的對角線方向作用于承臺頂面的力矩；F

──荷載效應標準組合時，塔機作用于承臺頂面的水平力；L

──承臺的高度；──矩形承臺對角線兩端基樁的軸線距離；9kkaxkkaxaisiaipayps(2)樁基豎承載力計算樁基豎向承載力應符合：

.

式中──單樁豎向恒載力特征值qaaipa

、q──樁端端阻力樁側阻力特征值由當?shù)仂o載荷試驗結果統(tǒng)計分sia析算得；──樁底端橫截面面積；

──樁身周邊長度；l

i

──第i層巖土的厚度。(3)樁的抗承載力樁的抗拔承載力應符合：

QR

l式

——按荷載效應標準組合計算的基樁拔力；

——單樁豎向抗拔承載力特征值；

i

——

抗拔系數(shù)當無試驗資料且樁的入土深度不小于

6.0m時可根據(jù)土質和樁的入土深度，

i

=0.5～0.8（砂性土，樁入土較淺時取低值；黏性土和粉土，樁入土較深時取高值）；——樁身的重力標準值，水下部分按浮重度計。(4)身承載計算軸心受壓樁樁身承載力應符合：

QfAfcc

式Q──荷載效應基本組合下的樁頂軸向壓力設計值；

──基樁成樁工藝系數(shù)，混凝土預制樁和預應力混凝土空心樁取0.85；c干作業(yè)非擠土灌注樁取0.90；泥漿護壁和套管護壁非擠土灌注樁和擠土灌注樁取0.70～0.80；軟土地區(qū)擠土灌注樁取0.60f

──混凝土軸心抗壓強度設計值；按現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》取值，樁身混凝土等級為C30；A──樁身橫截面積；f主筋抗壓強度設計值；10,x,xA──縱向主筋截面面積；軸心抗拔樁樁身承載力應符合：

Aypy

式

——荷載效應基本組合下的樁頂軸向拉力設計值；f、——普通鋼筋、預應力鋼筋的抗拉強度設計值；ypy、——普通鋼筋、預應力鋼筋的截面面積。spy(5)臺計算①承臺矩計算公式：

MxiMyi

ii其中

x

──分別為繞X軸軸方向計算截面處的彎矩設計值(kN；i,i──分別為垂直y軸、x軸方向自樁軸線到相應計算截面的距離；N

i

──扣除承臺及格構柱自重，在荷載效應基本組合下的第樁頂豎向反力設計值(kN)當板式承臺基礎下沿對角線布置4-5根基樁時，宜在樁頂布置暗梁。1-1截面計算簡圖集中荷載作用點尺寸按塔機立柱的實際間距確定F②塔機角線上兩立對基礎集中荷載設值：F411hptx1hptx11l201y0F

——

塔機傾覆力矩沿塔身截面對角線方向作用時，相應對角線上兩立柱對基礎的集中荷載設計值；F——塔機荷載效應基本組合時作用于基礎頂?shù)呢Q向荷載；M—塔機荷載效應基本組合時作用在基礎頂?shù)膬A覆力矩；L1——塔機塔身截面對角線上兩立柱軸線間的距離。③承臺角樁沖切計：Nl/c1/

f

0.2

0.2N——荷載效應基本組合時，不計承臺及其上土重力的角樁樁頂?shù)呢Q向力設計值；

x

、

y

——角樁沖切系數(shù)；c——角樁內邊緣至承臺外邊緣的水平距離；a——從承臺底角樁頂內邊緣引xy

45°沖切線與承臺頂面相交點至角樁內邊緣的水平距離；當塔機塔身柱邊位于該45°線以內時，則取由塔機塔身柱邊與樁內邊緣連線為沖切椎體的錐線；

——承臺受沖切承載力截面高度影響系數(shù)≤時取1.0,200mm時，取0.9；間按先行內插法取值；f──混凝土軸心抗拉強度設計值；t──承臺外邊緣的有效高度；0

、

1y

——角樁沖垮比，其只應滿0.25~1.0，/h，/、組合式基礎計算（）設計造組合式基礎可由混凝土承臺或型鋼承臺構式鋼柱或鋼管柱及灌注樁或鋼12ytflytfl管樁等組成。混凝土承臺及基樁見樁基礎設計計算部分。（）型鋼臺設計和計型鋼平臺的設計應符合《鋼結構設計規(guī)范的有關規(guī)定，由厚鋼板和型鋼主次梁焊接或螺栓連接而成型鋼主梁應連接于格構式鋼柱宜采用焊接連接。采用型鋼承臺時，樁的布置宜與塔機標準節(jié)尺寸一致。鋼承臺須計算承臺抗彎、抗剪和整體穩(wěn)定性以及連接。①抗彎度計算Mnx

Mny

f②抗剪度計算

VSfItw

v③整體定性的計算Mfxyy④連接算對接焊計算

Nw）ltw直角焊計算Nfww

Nflew

w（）格構鋼柱設計計格構式鋼柱的布置應與下端的基樁軸線重合且宜采用焊接四肢組合式對稱13IyIy構件，界面輪廓尺寸不宜小400×400mm，分肢宜采用等邊角鋼。格構式鋼柱深入承臺的長度不宜低于承臺厚度的中心端深入灌注樁的錨固長度不宜小于2.0m且應與基樁的縱筋焊接。格構式柱按軸心受構件設和計算，須算格構鋼柱受壓整穩(wěn)定性、分長細比和綴彎矩、力。①受壓體穩(wěn)定性計求構件算長細比

綴板時

x

0

y

1綴條時

0x0y

A

A11y

x

I

x

y04Ix0I4Iy0

I0A(/2Z)A(/2)0

2

求格構鋼柱換算長比

0max

——格構式鋼柱繞兩主軸x、y的換算長細比中大值；

——軸心受壓構件允許長細比，取。求受壓體穩(wěn)定性N/

Af141001110011②格構鋼柱分肢的細比驗格構式鋼柱分肢的長細比要求：當綴件為綴板時，當綴件為綴條時，

，且0.70

——格構式鋼柱分肢對最小剛度軸的長細比③綴件算綴件剪計算

Aff235式中：A——格構式鋼柱四肢的毛截面面積之和，A=4A；f—鋼材的抗拉、抗壓強度設計值；fy——鋼材的強度標準值（屈服強度）綴板彎、剪力計算綴板應按受彎構件設計，彎矩和剪力分別為：

1

斜綴條壓計算斜綴條應按軸心受壓構件設計，軸向壓力值為：N

2cos

150001l0001l——單個綴板承受的彎矩；V——單個綴板承受的剪力；——單個斜綴條承受的軸向壓力；b1——分肢型鋼形心軸之間的距離；l

——格構式鋼柱的一個節(jié)間長度；α——斜綴條和水平面的夾角。四、塔基礎設計和算常見題、基礎設計常見問題）持力層選擇不妥，忽地基變和穩(wěn)性天然地基持力層宜選擇承載力特征值不小于130kPa黏性土狀態(tài)不低于可塑（液性指數(shù)不大于0.75土的密實度不低于稍密的土層，否則要進行天然地基的變形驗算。塔機持力層下有軟弱下臥層，或基礎底距離坡頂小于1.0m時應進行邊坡的穩(wěn)定性分析。

，或距破底大于樁端持力層宜選擇中低壓縮性的黏性土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，對于黏性土、粉土不宜小于2d，對于砂土不宜小于1.5d，石類土不宜小于1d當存在軟弱下臥層時，樁端以下硬持力土層厚度不宜小于3d，并應驗算下臥層的承載力。2基礎布置不理，未開承臺和地塔吊基礎設計時，應繪制基礎剖面圖，表現(xiàn)塔吊基礎與地下室底板、承臺，塔吊標準節(jié)和主體結構在平面和立面上的相對位置關系盡量避開承臺梁以及電梯井的位置，同時考慮基礎和標準節(jié)拆除的方便。）板式基礎設計不經(jīng)濟未按地力進選擇板式基礎設計時過于保守，習慣按最低地耐力選擇基礎，非常不經(jīng)濟。以TC5613塔式起重機廠家給定的基礎圖為例，當?shù)啬土Υ笥?10kPa時，可選截面5000*，混凝土

3

，鋼筋81t，若按地耐力kPa選擇，截面6000*6000*1350混凝土48.6m

3

鋼筋116t則混凝土多用44%鋼筋多用。板式基礎在征得工程設計單位同意時，可利用地下室底板作為塔機基礎。4承臺設計不濟，截選擇太大16承臺設計時習慣采用塔機廠家提供的板式基礎截面太大非常不經(jīng)濟根據(jù)試算及以下當支腿長度為800mm時選用1000mm厚承臺均能滿足要求，而按板式基礎，如選擇厚1厚承臺，則鋼筋混凝土多。另外承臺的長寬，滿足承臺的相關構造要求即可，盡量減少承臺的截面尺寸。承臺設計時應考慮預埋支腿的高度，如采用TC153、等平頭塔吊時，預埋支腿長度達1800mm，承臺厚1500mm承臺在征得工程設計單位同意時，可利用地下室底板作為塔機承臺。）樁基設計不經(jīng)濟，樁、樁長值過樁基設計習慣采用工程樁設計非常不經(jīng)濟工程樁設計應根據(jù)計算來設計和優(yōu)化確定相關參數(shù)。樁基鋼筋主要滿足抗拔的需要。）鋼格構柱設計不合理分肢穩(wěn)和構不符合求鋼格構柱習慣按支撐格構柱設計計算時未驗算分肢的長細比或穩(wěn)定性綴件設計不滿足構造要求，如：綴板高度d

b1`綴板厚度t

140

b6mm；1`綴板間距l(xiāng)b，且滿