施工現(xiàn)場塔吊布置探究

-1-（一）引言隨著我國高層建筑水平的迅速發(fā)展，工程施工對塔吊的要求越來越高;塔吊設置已成為施工技術措施中不可或缺的重要組成部分。目前建筑市場的塔吊主要由機械租賃公司擁有并管理;而施工現(xiàn)場對于塔吊的選型和塔吊的定位布置，則是由土建施工單位負責完成的。這種介于土建施工與機械管理范疇之間的大型施工機械，往往使得土建人員在對其進行施工布置設計時感到較為棘手。如果缺乏對塔吊精心的布置和基礎設計，很可能會影響工程的正常施工，造成塔吊使用過程的傾斜、倒塌等安全隱患或塔吊拆除困難。塔吊的土建施工組織設計應對塔吊選型、定位布置進行綜合系統(tǒng)的考慮，方可取得較完善的方案。（二）塔吊布置1、塔吊布置的一般性問題（1）應充分發(fā)揮塔吊的作用，盡可能使起重臂覆蓋整個在建建筑物和作業(yè)現(xiàn)場。（2）應使吊臂的覆蓋范圍盡可能避開高壓線，滿足《施工現(xiàn)場臨時用電安全技術規(guī)范》（JGJ46--2005）所規(guī)定的安全距離。如果小于安全距離，一定要用毛竹或木桿搭設防護架，防止塔吊的吊索或吊物碰到高壓線，同時在防護架一側用鋼筋網，接地進行屏蔽。（3）在作業(yè)范圍內，應盡可能減少障礙物，提高工作效率，例如施工臨時用電架空線離混凝土攪拌機較近，妨礙混凝土的吊運，可考慮使用電纜埋地敷設。（4）考慮與建筑物的最佳距離，保證塔身不阻礙外腳手架的搭設和在降塔時司機室、走臺、起重臂、平衡臂等部位不與外挑的陽臺、雨棚等相碰。（5）自由高度超過說明書規(guī)定需要安裝附墻時，還要考慮建筑物結構有無安裝附墻的合適位置。（6）保證組拆裝時必要的作業(yè)場地。特別是非規(guī)整形狀的結構物需考慮塔吊拆除時有足夠的工作場地。（7）根據當地的風向，塔吊應布置在建筑物的背風面；特別是沿海地區(qū)的塔吊布置必須考慮臺風的影響。（8）對于主體結構存在主樓和裙房或高低錯層的情況，應把塔吊布置在主樓或高層結構的一側，確保塔吊滿足最大工作高度的要求。（9）塔吊的布置應結合塔吊的選型綜合考慮，使塔吊工作效率高、費用低、滿足幅度、起重量、起重力矩等工作要求和滿足施工進度的要求。2、帶地下室情況的塔吊布置一般從平面上看，地下室與上部結構的關系分為地下室寬出主體結構和地下室與主體結構一致兩種情況。2.1地下室寬出主體結構當地下室寬出主體結構不多，且主體結構不是很高時，通過對附墻桿加長可考慮把塔吊布置在地下室外；但是當主體結構較高時，隨著塔吊附墻桿間距越來越密，通過加長附墻桿既要增加塔吊荷載又會明顯影響附墻桿的穩(wěn)定性。因此必須把塔吊布置在地下室內；當地下室寬出主體結構較多時，應將塔吊布置在地下室范圍內。2.2地下室與主體結構一致對于采用地下連續(xù)墻、樁基加圍檁、支撐作為基坑支護的非放坡開挖基坑，塔吊可布置在基坑的外側。對于采用土釘墻、錨桿支護或直接放坡等的放坡開挖基坑，應視基坑的深度而定。（1）當基坑不深時，可考慮把塔吊布置在基坑外側，放坡引起的塔吊與主體結構的水平距離不大，塔吊附墻桿的長度基本在正常范圍或略需加長。但是若附墻桿需要一定的加長，建筑物又很高，可考慮把塔吊內移布置在基坑邊坡上，但必須確保塔吊和基坑支護兩者的安全。（2）當基坑較深時，應考慮將塔吊布置在基坑放坡坡頂的外側，若塔吊基礎采用大板基礎的還需保證離開坡頂一定的安全距離。這種情況下，如果主體結構較高，塔吊超出其自由高度時，應在基坑周邊土回填后進行塔吊移位重新布置。若地質條件較好，又能征得設計單位同意，也可將塔吊布置在基坑邊坡上或坡腳附近，但必須確保塔吊和基坑支護兩者的安全。3、塔吊平面布置塔吊的平面布置視建筑物的情況因地而宜、不盡相同。但高層建筑其基坑較深以及場地的復雜性,決定了塔吊布置的多樣性。在考慮了施工工藝,建筑物平面幾何尺寸,周邊環(huán)境和基坑支護安全的前提下,介紹幾種合理的深基坑塔吊布置方式及其設計思路。3.1塔吊在基坑壁附近布置如果基坑平面尺寸較小,在基坑一側布置固定式塔吊即可使垂直運輸覆蓋整個基坑工作面,其基礎可放在圍護壁外的土體中,也可放在圍護壁上,視施工場地而定。（1）如塔吊放在圍護壁外的土體中,宜在塔吊基礎下施打若干支承樁,將塔吊基礎的荷載傳到基坑底下的土體中,以減少塔吊基礎對基坑周圍土體的影響,保證基坑圍護的安全。（2）如塔吊基礎放在基坑圍護壁上,一般還需在圍護壁外加設2根支承樁,由圍護壁與支承樁共同承受塔吊基礎荷載。這時承受豎向塔吊荷載的圍護壁區(qū)段在設計中要適當加長入土深度,注意受荷載過程中與相鄰圍護壁的沉降差異控制,并解決與壁外承載樁的共同工作問題?？刹捎猛ǔ兜某两盗坑嬎惴椒▉眚炈闼趸A下樁的協(xié)調工作問題,沉降計算可采用《上海市地基基礎設計規(guī)范》DBJ0811-89第6·3·1條關于樁基沉降量的計算方法,也可按照《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-94第5·3節(jié)樁基的沉降計算進行驗算。如果基坑平面尺寸較大,盡可能把塔吊放在基坑一側,這時可放多臺固定式塔吊在基坑對邊,其基礎放置和設計的原理如上所述。如受場地限制,而基坑尺寸較大,這時可將塔吊放置在基坑內。3.2塔吊在基坑內布置城市高層建筑深基坑受周邊環(huán)境的影響,一般場地狹窄,如塔吊放置在基坑周邊,勢必影響工程施工,這種情況下要求塔吊放在基坑內,并滿足各種工況下的使用;當基坑尺寸比較大時將固定塔吊放在基坑一側總有工作區(qū)域浪費而又有一部分沒有塔吊工作面的問題,如果能將塔吊放置在基坑內,則可大大提高塔吊的工作區(qū)域利用率,同時將塔吊基礎的荷載傳到基坑的土體中,對周圍環(huán)境的影響就會大大減弱,空間工作區(qū)域也會縮至基坑范圍內,這時采用樁基礎是較好的解決辦法。這種方法可與基坑圍護施工階段同步,在土方開挖前塔吊安裝結束,可以大大縮短工期。坑內樁基一般采用800~1000mm樁徑的鉆孔灌注樁內插鋼格構柱,灌注樁中心距與塔吊軸心間距一致,格構柱一般出室外地面即可(見圖1)。鋼格構柱一般不會破壞結構的整體性,盡量不要穿越地下室的框架梁。這種塔吊基礎的布置有以下優(yōu)點:①格構柱不穿越地下室框梁,結構整體性好,僅在板上預留孔洞,塔吊拆除后格構柱在地下室地板面以上割斷拔出;②經濟性好,減少了標準節(jié)的切割浪費。3.3塔吊在基坑內布置時基礎埋置在大底板下由于其它原因塔吊樁基礎未進行施工,而土方開挖已經開始,場地限制又不能在深基坑外做樁基,此時可以在土方開挖時進行塔吊基礎施工,采用承臺方式作為塔吊基礎,承臺埋置在基礎底板下,通過格構柱或標準節(jié)傳遞上部荷載。此時承臺類似淺基礎設計,根據基坑內的地質條件調整承臺平面尺寸,在基礎底板未澆筑前完全按照淺基礎的設計方法,底板澆筑后要考慮底板與承臺的協(xié)調變形。此種布置方法可以滿足各種工況下的施工,保證施工工期。如無錫佳城大廈就是采用這種方法(見圖2)。（三）塔吊基礎設計1、塔吊基礎形式的選擇目前較為常見的塔吊基礎主要有鋼筋混凝土大板基礎和樁基礎加鋼筋混凝土承臺兩種形式。當地質條件較好、塔吊基礎位置的地基土承載力較高時可采用鋼筋混凝土大板基礎，但是如果大板基礎明顯受到旁邊基坑開挖的影響，難以保證足夠的安全距離時，需考慮采用樁基礎形式。當地質條件較差、地基土承載力不夠，塔吊荷載較大，明顯受到基坑開挖的影響或塔吊對基坑支護產生較大附加荷載等情況下，塔吊基礎必須采用樁基礎。2、塔吊基礎的最不利驗算截面隨著塔吊作業(yè)過程的轉動，作用在塔吊基礎上的水平力和傾覆力矩其方向是不斷變化的。從理論上講塔吊基礎的平面應設計成圓形，但是由于圓形基礎的鋼筋配置非常困難，塔吊基礎通常設計成正方形板、十字交叉梁形式或對稱布置的四樁基礎。正方形布置的基礎在荷載作用方向轉動情況下這就涉及最不利驗算截面的確定問題。在塔機基礎設計計算中，應考慮最不利驗算截面的情況，如下圖3所示。往往以力矩作用在正方形邊長方向，對基礎極限承載力進行驗算，如（a）所示。而實際上最不利驗算截面應為正方形的斜對角方向，如（b）所示，在此方向基礎的內力最大，為最不利。上述兩種驗算截面情況下基礎彎矩的計算結果大小相差約30%。圖3兩種不同的基礎驗算截面3、塔吊的最不利工況和傾覆力矩的取值塔吊的工況可分為起吊重物的工作狀態(tài)和不吊重物時的非工作狀態(tài)，通常是工作狀態(tài)下作用在塔吊基礎上的豎向荷載最大、傾覆力矩較??；而非工作狀態(tài)作用在基礎上的豎向荷載較小、傾覆力矩較大。當塔吊安裝第一節(jié)附墻桿后，風荷載的水平力由附墻桿承擔，塔吊傾覆力矩將明顯減小，故在非工作狀態(tài)，當塔吊在最大自由高度時，作用在基礎上的傾覆力矩最大，為最不利工況當塔吊處于最大工作高度時，作用在基礎上的豎向荷載最大，為工作狀態(tài)的最不利工況。經計算表明，通常情況下，對于塔吊基礎起控制作用的是傾覆力矩，也就是非工作狀態(tài)。因此，塔吊的最不利工況為最大自由高度時的非工作狀態(tài)。4、塔吊樁基的設計塔吊樁基頂部豎向荷載較小,一般更多的是考慮樁的抗拔驗算來控制樁的入土深度。4.1單樁承載力驗算Ra=qpkAP+up∑qsiali>Nimax式中:up為樁身周長;qsia為用靜力觸探比貫入值估算的樁周第i層土的極限側阻力標準值;li為樁穿過第i層土的厚度;qpk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標準值(平均值);Ap為樁端面積;Nimax為偏心豎向力作用下第i復合基樁或基樁的豎向力設計值。4.2單樁水平承載力驗算可按照《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-94的樁的水平承載力進行驗算。4.3樁的抗拔極限承載力的計算按照廣東省《樁基礎設計技術規(guī)范》10·2·10公式計算。4.4抗傾覆力矩驗算K=M抗/M傾>eM抗=0·50×(Fk+Gk1)×b+∑Rtaibi式中:e為最小樁軸線間距;F為作用于樁基承臺頂面的豎向力設計值;G為樁承臺和承臺上土自重設計值。4.5樁配筋計算樁承載力計算依據《建筑樁基技術規(guī)范》JGJ94-94第4·1·1條,樁頂軸向壓力設計值應滿足:γ0N≤fcA式中:γ0為樁基重要性系數,取1·0;fc為混凝土軸心抗壓強度設計值(N/mm2);A為樁截面面積(m2)。依據《混凝土結構設計規(guī)范》GB50010-2002第7·3條正截面受壓構件承載力計算。4.6鋼格構柱驗算由于塔吊在土方開挖前即已安裝完畢,隨著土方開挖,格構柱逐漸顯露出來后,對4根格構柱進行系桿連接使格構柱形成整體剛度,在系桿未連接之前把格構柱看成一端固定,一端鉸接的的桿件進行驗算,依據《鋼結構設計規(guī)范》GB50017-2003按照小偏壓構件進行穩(wěn)定驗算及強度驗算。格構柱除進行整體穩(wěn)定驗算外,尚應對綴板、焊縫進行驗算(略)。5、承臺設計深基坑塔吊基礎承臺一般考慮為整體式承臺,根據情況分為2種。5.1樁基上的承臺由于地腳螺栓安裝在基樁軸心位置(見圖4),樁基上承臺一般不考慮承臺的承載力及抗傾覆,這時承臺平面尺寸及厚度均可比非樁基承臺基礎小,承載力及抗傾覆見樁基設計。圖4塔吊樁基礎承臺布置5.2天然地基上的承臺天然地基上的承臺基礎要進行以下驗算,不管是布置在地面還是布置在基坑內部。（1）地基基礎承載力驗算根據《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002第5·2·3條進行驗算。（2）受沖切承載力驗算依據《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002第8·2·7條驗算。（3）抗傾覆驗算為保持基礎穩(wěn)定,塔吊在非工作情況下作用于基礎諸力的偏心距應滿足:e=M+H·h/（V+G）≤1/3L式中:M為作用于塔身的不平衡力矩;H為作用于塔吊的水平力;h為基礎承臺的厚度;L為混凝土基礎邊長;V為塔吊結構自重力,可取自塔吊說明書;G為基礎自重力。一般情況下，塔吊生產廠家的使用說明書提供了作用在塔吊基礎上的最大傾覆力矩，但也有部分廠家沒有明確或未能提供，有時不同廠家所提供的傾覆力矩值相差很大，如QTZ63塔吊提供的傾覆力矩有1832kN、1350kN、1220kN、870kN、630kN等，這說明有的廠家對最大傾覆力矩的理解也存在問題。實際上作用在塔吊基礎上的水平力和傾覆力矩與塔身自由高度和風荷載大小密切相關。它與塔吊使用所在地的基本風壓、地形地貌等有關，因此，對傾覆力矩的取值應根據施工現(xiàn)場的實際情況進行計算或對塔吊使用說明書的提供值進行復核。四結語塔吊布置與基礎設計，需要考慮施工場地、周圍環(huán)境、上部結構與地下室的平面形狀、基坑支護的形式等多種因素的影響，特別是基坑開挖對塔吊基礎穩(wěn)定性的影響；充分理解塔吊最不利工況、最不利驗算截面和傾覆力矩的取值，是一項把工程理論知識與實際工作經驗相結合的系統(tǒng)工程。因此，根據工程情況，因地制宜、科學合理地選擇塔吊布置方案，確保塔吊使用過程以及安裝、拆除的安全，減少對基坑支護穩(wěn)定性帶來的不利影響，滿足施工要求，有效地提高塔吊使用效率，從而達到加快施工進度的目的，保證施工安全。參考文獻［1］塔式起重機設計規(guī)范（GB/T13752-1