塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算方案說明

...wd......wd......wd...塔吊根基設(shè)計(jì)計(jì)算方案設(shè)計(jì)依據(jù)《建筑樁根基技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ84—94《混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50040—2002《建筑地基根基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50007—2002《建筑地基根基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DB33/1001—2003《建筑機(jī)械使用安全規(guī)程》JGJ33—2001《建筑構(gòu)造荷載標(biāo)準(zhǔn)》GB50009—2002本工程《巖石工程勘察報(bào)告》施工圖紙簡明施工計(jì)算手冊(cè)塔吊使用說明書塔吊選型本工程為框剪構(gòu)造，地下一層，總建筑面積246389m2、本標(biāo)段72500m2。地上18~32層，地下室Ⅱ區(qū)地面構(gòu)造標(biāo)高為-5.6m,地下室Ⅱ區(qū)頂板構(gòu)造標(biāo)高為-1.20m,板厚500mm,5#--6#樓建筑物高度最大為98.6m,5#--6#樓構(gòu)架頂標(biāo)高105.3m,7#--9#樓建筑物高度最大為55.3m,7#--9#樓構(gòu)架頂標(biāo)高62m。根據(jù)本工程特點(diǎn)、布局，擬選用4臺(tái)浙江凱達(dá)電梯制造制造的QTZ63型液壓自升塔式起重機(jī)〔簡稱塔吊〕，其相關(guān)技術(shù)參數(shù)適用于本工程垂直運(yùn)輸需要。塔吊位置確實(shí)定為最大限度的滿足施工需要，擬將塔吊位置作如下確定：塔吊根基：5#塔吊設(shè)置在5#樓E—F軸/24—25軸，7#塔吊設(shè)置在7#樓E—F軸/8—6軸，8#塔吊設(shè)置在8#樓Q軸/8—9軸，9#塔吊設(shè)置在9#樓B1軸/13軸，具體詳見塔吊平面布置圖。塔吊根基確實(shí)定地質(zhì)參數(shù)以本工程《巖石工程勘察報(bào)告》中有關(guān)資料為計(jì)算依據(jù)〔以Z50孔為依據(jù)〕，其主要設(shè)計(jì)參數(shù)〔見土層設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)表〕。土層序號(hào)土層名稱土層層厚〔m〕單樁樁側(cè)阻力特征值qsia(kpa)單樁樁端阻力特征值qpa(kpa)2-1粉質(zhì)粘土1．2182-2粘質(zhì)粉土4．6153-1淤泥質(zhì)粘土5．5873-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土10．284-1粉土夾粉砂9．7134-2粉砂4．1235-1粉質(zhì)粘土4．1155-2粉質(zhì)粘土夾粉土3．2166-1礫砂1．5266-2圓礫4．4402500塔吊根基受力情況〔說明書提供〕荷載工況根基荷載P〔kN〕M(kN.m)FFhMMZ工作狀態(tài)511．218．31335269．3非工作狀態(tài)464．173．915520所定的塔吊位根據(jù)建筑構(gòu)造條件、地質(zhì)條件以及塔吊各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)確定：塔吊根基樁采用機(jī)械鉆孔混凝土灌注樁，樁徑800，樁長38M〔有效樁長〕，樁身混凝土C25，鋼筋籠全長配筋16A20，A8@100/200〔螺旋箍〕，附加箍筋A(yù)14@2000，樁頂3000內(nèi)A8@100，鋼筋伸入承臺(tái)800，樁數(shù)4根。樁頂標(biāo)高為-7.10(-7.25)m,樁位布置及根基承臺(tái)平面尺寸詳見附圖。采用鋼筋混凝土承臺(tái)，尺寸為4000×4000×1000mm，內(nèi)配鋼筋雙層雙向A20@200，承臺(tái)混凝土強(qiáng)度C30，承臺(tái)頂標(biāo)高-6.15(6.30)m,根基下100厚C15混凝土墊層。在塔吊承臺(tái)位置地下室底板預(yù)留洞4000×4000，四周設(shè)一道止水板，與根基連接處用100厚泡沫板相隔并做防水處理。塔吊根基處后澆帶處理方法同地下室后澆帶。塔身穿樓板處，樓板預(yù)留洞四周比塔身外圍大500mm(2600×2600),該處梁板后澆帶處理方法同地下室頂板后澆帶。塔吊根基施工塔吊根基混凝土機(jī)械鉆孔樁，將由在現(xiàn)場施工工程樁的施工隊(duì)伍施工，并按其專項(xiàng)施工方案進(jìn)展操作。考慮到今后塔吊安裝方便，施工中有關(guān)預(yù)埋件需同步進(jìn)展埋設(shè)，并要確保其位置準(zhǔn)確性。塔吊基坑土方開挖時(shí)間隨同本工程地下室，并預(yù)先施工。由于塔吊根基在地下室頂板以下，故在塔吊根基施工前，要對(duì)根基處挖基坑，基坑支護(hù)圍護(hù)做法如下：鑒于現(xiàn)場自然地坪標(biāo)高為-1.6900M,塔吊基坑底標(biāo)高為-6.55M，實(shí)際挖深-4.95M,屬深基坑挖設(shè)。場地土質(zhì)查地質(zhì)勘察報(bào)告為淤泥質(zhì)土層，難以支護(hù)，經(jīng)比較，選定上層2M大放坡開挖，下層3.4M用鋼板樁支護(hù)，此支護(hù)方法為溫州市淤泥質(zhì)土比較成熟方法。鋼板樁材料選用國標(biāo)16#槽鋼，長度9M，從-4.00M平臺(tái)處打入土中，外露20cm，四邊角加料撐局部用單排槽鋼并排打入，中間3M用正反扣連接方式打入，鋼板樁內(nèi)側(cè)加兩道水平梁支撐，水平梁用雙槽鋼扣成方管焊接而成，接頭處450拼角，四角斜撐與水平梁接觸處除焊接外，另加焊槽鋼，以防水平梁受力時(shí)斜撐焊縫破壞，造成梁突然破壞，水平梁布置兩道，第一道距鋼板樁上口500處布置，第二道距第一道1500布置，保證鋼板受力均勻，不發(fā)生變形。開挖時(shí)本卷須知：對(duì)作業(yè)人員做好安全、技術(shù)交底、每個(gè)人員分工明確?；娱_挖時(shí)由施工人員指揮人、機(jī)作業(yè)、安全員現(xiàn)場協(xié)調(diào)安全工作。劃定作業(yè)范圍、存土、轉(zhuǎn)土地點(diǎn)、挖機(jī)行走路線，作業(yè)半徑內(nèi)嚴(yán)禁人員行走。在土方邊坡頂，鋼板樁頂設(shè)置沉降觀測點(diǎn)，開挖中與開挖后定時(shí)觀測，發(fā)現(xiàn)異常，立即采取措施?；釉O(shè)置專用扶梯，以供人員上下，工人在基坑內(nèi)作業(yè)時(shí)，設(shè)專人在上面指揮，以免上面物體落入坑內(nèi)，同時(shí)一且發(fā)現(xiàn)支護(hù)異常，立即通知人員撤出?；又苓呍O(shè)立戒備線，圍護(hù)設(shè)置，防止與基坑施工無關(guān)人員誤傷，同時(shí)保護(hù)基坑內(nèi)作業(yè)人員安全。制定應(yīng)急措施：eq\o\ac(○,1)挖掘機(jī)隨時(shí)待命，一旦沉降異常難以控制，即用挖機(jī)將支護(hù)周圍土方挖低御載。eq\o\ac(○,2)準(zhǔn)備工字鋼、松木〔6M〕、鋼板樁發(fā)生鼓肚變形時(shí)，進(jìn)展水平加固。第一局部：QTZ63C〔5709〕型塔吊樁根基計(jì)算書一．參數(shù)信息塔吊型號(hào):QTZ63C〔5709〕主要部件重量如下表：序號(hào)名稱重量〔kg〕序號(hào)名稱重量1塔頂23009回轉(zhuǎn)總成32002平衡臂總成450010塔身830×〔60÷2。8〕=174303司機(jī)室5004起重臂總成62505平衡重117006載重小車2387爬升架33008固定基節(jié)1020自重(包括壓重)F1=50438×9.80665÷1000=496.63kN,最大起重荷載F2=6×9.80665=58.84kN塔吊傾覆力距M=1552.00kN.m,塔吊起重高度H=58.8m,塔身寬度B=1.60m混凝土強(qiáng)度:C30,鋼筋級(jí)別:Ⅱ級(jí),承臺(tái)長度Lc或?qū)挾菳c=4.00m樁直徑d=0.80m,樁間距a=2.40m,承臺(tái)厚度Hc=1.00m根基埋深D=1.00m,承臺(tái)箍筋間距S=200mm,保護(hù)層厚度:50mm二．塔吊根基承臺(tái)頂面的豎向力與彎矩計(jì)算塔吊自重(包括壓重)F1=496.63kN塔吊最大起重荷載F2=58.84kN作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力F=(F1+F2)×1.2=665.56Kn塔吊的傾覆力矩M=1.4×1552=2172.80kN.m三.矩形承臺(tái)彎矩及單樁樁頂豎向力的計(jì)算計(jì)算簡圖：圖中x軸的方向是隨機(jī)變化的，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)按照傾覆力矩M最不利方向進(jìn)展驗(yàn)算。單樁允許承載力特征值計(jì)算單樁豎向承載力特征值計(jì)算按地基土物理力學(xué)指標(biāo)與承載力參數(shù)計(jì)算AP=πr2=0.5024m2Ra=qpaAp+up∑qsiali(DB33/1001—2003)(9.2.3-1)qpaAP=0up∑qsiali=1.88×〔5.58×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×1.02〕=1282.414KN即Ra=1282.41KN樁身截面強(qiáng)度計(jì)算φc□AP□fc=0.7其中,φcfc

——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fc=11.90N/mm2;Ap

——樁的截面面積，A=5.03×105mm2。單樁抗拔力特征值計(jì)算Ra’=up∑6iqsiali+GPK(DB33/1001—2003)(9.2.7—1)=1282.414+429.552=1711.966KNup∑6iqsiali=1.88×(5.88×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×1.02)=1282.41KN0.9Gpk=0.9×π×0.42×38×25=429.552KN單樁樁頂作用力的計(jì)算和承載力驗(yàn)算軸心豎向力作用下：Qk=(FK+GK)/n〔DB33/1001—2003〕(9.2.1-1)=(666.56+480)/4=286.64KN偏心豎向力作用下：按照Mx=Mk=2172.8+73.9×1.0=2246.7KN·m〔DB33/1001—2003〕〔9.2.1-2〕={(666.56+750)/4}±{2246.7×1.7×2}/=354.14±476.25=821.39KN水平作用下：H=73.9/4=18.48KN其中n——單樁個(gè)數(shù)，n=4；F——作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值，F(xiàn)=666.56kN；G——樁基承臺(tái)的自重G=1.2×(25×Bc×Bc×Hc+20×Bc×Bc×D)=1.2×(25×4.00×4.00×1.00+20×4.00×4.00×0.00)=480.00kN；Mx,My——承臺(tái)底面的彎矩設(shè)計(jì)值(kN.m)；取2172.80KN.m;xi,yi——單樁相對(duì)承臺(tái)中心軸的XY方向距離a/2=1.70m;Ni——單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值(kN)。矩形承臺(tái)彎矩的計(jì)算(依據(jù)《建筑樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JGJ94-94的第5.6.1條)其中Mx1,My1——計(jì)算截面處XY方向的彎矩設(shè)計(jì)值(kN.m)；xi,yi——單樁相對(duì)承臺(tái)中心軸的XY方向距離取a/2—B/2=0.90(m)；Ni1——扣除承臺(tái)自重的單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值(kN)，Ni1=Ni-G/n=486.17KN/m2;經(jīng)過計(jì)算得到彎矩設(shè)計(jì)值：Mx1=My1=2×486.17×0.90=875.11KN.m。四、矩形承臺(tái)截面主筋的計(jì)算依據(jù)《混凝土構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50010-2102)第7.2條受彎構(gòu)件承載力計(jì)算。αξ=1-γA式中，α1——系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度不超過C50時(shí)，α1取為1.0，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C80時(shí)，α1取為0.94,期間按線性內(nèi)插法得1.00；fc——混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值查表得16.70N/mm2;h0——承臺(tái)的計(jì)算高度Hc-50.00=950.00mm;fy——鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2;經(jīng)過計(jì)算得：αs=875.11×106/(1.00×16.70×4000.00×1000.00ξ=1-(1-2×0.013)0.5=0.013γs=1-0.013/2=0.994Asx=Asy=875.00×106/(0.994×950.00×300.00)=3088.59mm2根基承臺(tái)配筋為A20@200雙向雙層〔As=3849mm〕>3088.59mm2,滿足要求。五、矩形承臺(tái)截面抗剪切計(jì)算依據(jù)《建筑樁技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ94-94)的第5.6.8條和第5.6.11條。根據(jù)第二步的計(jì)算方案可以得到XY方向樁對(duì)矩形承臺(tái)的最大剪切力,考慮對(duì)稱性，記為V=673.67kN我們考慮承臺(tái)配置箍筋的情況，斜截面受剪承載力滿足下面公式：其中γ0——建筑樁基重要性系數(shù)，取1.0；b0——承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬度，b0=4000mm；h0——承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算高度，h0=1000mm；β——剪切系數(shù)當(dāng)0.3≤λ<1.4時(shí)，β=0.12(λ+0.3);當(dāng)1.4≤λ≤3.0時(shí)，β=0.12(λ+1.5),得βfc——混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fc=16.70N/mm2；fy——鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2；S——箍筋的間距，S=200mm。則，1.00×673.67=6.74×105N≤0.10×300.00×4000×1000=7.63×106N;經(jīng)過計(jì)算承臺(tái)已滿足抗剪要求，只需構(gòu)造配箍筋!六、抗傾覆驗(yàn)算根據(jù)上圖所示，可得：傾覆力矩M傾=M+Fh×H=2172.80+73.9×1=2246.7KN.m 抗傾覆力矩M抗=〔Fk+Gk〕×0.5α+2Rta×bi=(666.56+750)×(0.5×4.5)+2×1069.87×3.7=11104.3KN.m故由上述計(jì)算結(jié)果，得M抗/M傾=11104.3/2246.7=4.97>1.6(抗傾覆滿足要求)七、樁配筋計(jì)算根據(jù)DB33/1001—2003中的9.1.10的要求，本方案設(shè)計(jì)中的樁不屬于抗拔樁及承受水平力為主的樁，所以樁身配筋按最小配筋率計(jì)算。灌注樁樁身按最小配筋率0.65%計(jì)算。As=ρA=0.65%×π×4002=3267.25mm2所以樁身按最小配筋率配筋，樁身配筋為16A20，A’si=254.5×16=4072mm2>Asi第二局部：塔吊附著計(jì)算塔機(jī)安裝位置至建筑物距離超過使用說明規(guī)定，需要增長附著桿或附著桿與建筑物連接的兩支座間距改變時(shí)，需要進(jìn)展附著的計(jì)算。主要包括附著桿計(jì)算、附著支座計(jì)算和錨固環(huán)計(jì)算。一、支座力計(jì)算塔機(jī)按照說明書與建筑物附著時(shí)，最上面一道附著裝置的負(fù)荷最大，因此以此道附著桿的負(fù)荷作為設(shè)計(jì)或校核附著桿截面的依據(jù)。附著式塔機(jī)的塔身可以簡化為一個(gè)帶懸臂的剛性支撐連續(xù)梁，其內(nèi)力及支座反力計(jì)算如下：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按照以下公式計(jì)算：WK=W0×uz×us×βz=0.600×1.170×1.350×0.700=0.633KN/M2;其中W0——基本風(fēng)壓〔KN/m2〕,按照《建筑構(gòu)造荷載標(biāo)準(zhǔn)》〔GBJ9〕的規(guī)定采用：W0=0.600KN/m2;uz——風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按照《建筑構(gòu)造荷載標(biāo)準(zhǔn)》〔GBJ9〕的規(guī)定采用：uz=1.350;us——風(fēng)荷載體型系數(shù)：us=1.170;βz——高度Z處的風(fēng)振系數(shù)，βz=0.700;風(fēng)荷載的水平作用力：Q=WK×B×KS=0.663×1.600×0.200=0.212KN/m;其中WK——風(fēng)荷載水平壓力，WK=0.663KN/m2;B——塔吊作用寬度，B=1.600m;KS———迎風(fēng)面積折減系數(shù)，Ks=0.200;實(shí)際取風(fēng)荷載的水平作用力q=0.212KN/m;塔吊的最大傾覆力矩：M=882.00KN/m;彎矩圖變形圖剪力圖計(jì)算結(jié)果：NW=77.7189KN二、附著桿內(nèi)力計(jì)算計(jì)算簡圖：計(jì)算單元的平衡方程：ΣFX=0T1COSα1+T2COSα2-TCOSα3=-NWCOSθΣFY=0T1sinα1+T2sinα2+T3sinα3=-NWsinθΣM0=0T1[(b1+c/2)cosα1-(α1+c/2)sinα1]+T2[(b1+c/2)cosα2-(α1+c/2)sin2]+T3[-(b1+c/2)cosα3+(α2-α1-c/2)sinα3]=MW其中：α1=αrctg[b1/α1]α2=αrctg[b1/(α1+c)] α3=αrctg[b1/(α2-α1-c)]第一種工況的計(jì)算塔機(jī)滿載工作，風(fēng)向垂直于起重重臂，考慮塔身在最上層截面的回轉(zhuǎn)慣性力產(chǎn)生的扭矩合風(fēng)荷載扭矩。將上面的方程組求解，其中θ從0—360循環(huán)，分別取正負(fù)兩種情況，求得各附著最大的。塔機(jī)滿載工作，風(fēng)向垂直于起重臂，考慮塔身在最上層截面的回轉(zhuǎn)慣性力產(chǎn)生的扭矩合。桿1的最大軸向壓力為：88.29KN;桿2的最大軸向壓力為：1.47KN;桿3的最大軸向壓力為：75.87KN;桿1的最大軸向拉力為：43.37KN;桿2的最大軸向拉力為：43.62KN;桿3的最大軸向拉力為：85.08KN;第二種工況的計(jì)算：塔機(jī)非工作狀態(tài)，風(fēng)向順著著起重臂，不考慮扭矩的影響。將上面的方程組求解，其中θ=45，135，225，315，MW=0，分別求得各附著最大的軸壓和軸拉力。桿1的最大軸向壓力為：65.83KN;桿2的最大軸向壓力為：15.94KN;桿3的最大軸向壓力為：79.34KN;桿1的最大軸向拉力為：65.83KN;桿2的最大軸向拉力為：15.94KN;桿3的最大軸向拉力為：79.34KN;附著桿強(qiáng)度驗(yàn)算桿件軸心受拉強(qiáng)度難驗(yàn)算驗(yàn)算公式：σ=N/An≤f其中：σ——為桿件的受拉應(yīng)力；N——為桿件的最大軸向拉力，取N=85.084KN;An——為桿件的截面面積，本工程選取的是鋼管A159×6mm；An=π/4×[1592-〔159-2×6〕2]=2883.982mm2。經(jīng)計(jì)算，桿件的最大受拉應(yīng)力σ=85083.744/2883.98=29.502N/mm2,最大拉應(yīng)力不大于拉桿的允許拉應(yīng)力215N/mm2,滿足要求。桿件軸心受壓強(qiáng)度驗(yàn)算驗(yàn)算公式：σ=N/φAn≤f其中：σ——為桿件的受拉應(yīng)力；N——為桿件的最大軸向拉力,桿1：取N=88.29KN;桿2：取N=15.942KN; 桿3：取N=79.337KN;An—