塔吊承臺樁基礎的常規(guī)設計與計算

塔吊承臺樁基礎的常規(guī)設計與計算 王國平 （中鐵建工集團承包總公司） 日前，在深圳市關外地區(qū)的房地產(chǎn)開正發(fā)熱火朝天。其中眾多的建筑地基是采用的是土方回填后的素填土，由于土體沒有固結，承載力無法確定或勘察院不提供承載力，在塔吊施工時采用一般承臺基礎無法保證塔吊的使用安全。為了使塔吊能夠正常安全的使用，在塔吊基礎設計時必須采用承臺樁基礎。由于塔吊基礎的設計一直沒有統(tǒng)一規(guī)定的計算方式，施工一般只是直接套用廠家的基礎設計圖，對于具體的設計計算缺乏具體概念，樁基礎的設計計算更是加沒有可以借鑒、參照之處。本人參閱了大量的建筑技術規(guī)范后對塔吊樁基礎設計做了一個技術總結，希望能給大家在塔吊樁基礎設計時帶來較大的方便，同時對塔吊設計的原理作較完整的理解，可以對塔吊廠家設計說明的基礎進行適當?shù)男薷?，以達到在節(jié)約施工成本為目的的同時充分保證塔吊架體的穩(wěn)定安全。下面按一般FO/23B型塔吊，無附墻的最大自由高度作為設計模型進行設計示例。1、首先確定設計參數(shù)塔吊型號:FO/23B,最大4繩起重荷載10t；塔吊無附墻起重最大高度H=59.8m,塔身寬度B=2.0m；承臺基礎混凝土強度:C35, 厚度Hc=1.35m，承臺長度Lc或寬度Bc=6.25m；承臺鋼筋級別:級,箍筋間距S=200mm,保護層厚度:50mm；承臺樁假設選用4根40095（PHC-A）預應力管樁，已知每1根樁的承載力特征值為1700KN；參考塔吊說明書可知：塔吊處于工作狀態(tài)（ES）時：最大彎矩Mmax=2344.81KNm 最大壓力Pmax=749.9KN塔吊處于非工作狀態(tài)（HS）時：最大彎矩Mmax=4646.86KNm 最大壓力Pmax=694.9KN2、對塔吊基礎抗傾覆彎矩的驗算取塔吊最大傾覆力矩，在工作狀態(tài)（HS）時：Mmax=4646.86KNm，計算簡圖如下：2.1 x、y向，受力簡圖如下：以塔吊中心O點為基點計算：M1=M=4646.86KNmM2=2.125RBM2=M1 2.125RB=4646.86 RB=2097.9KN21800=3600KN（滿足要求）2.2 z向，受力簡圖如下：以塔吊中心O點為基點計算：M1=M=4646.86KNmM2=3RBM2=M1 3RB=4646.86 RB=1548.95KN1800KN（滿足要求）3、承臺樁基礎設計3.1 塔吊基礎承臺頂面的豎向力與彎矩計算 計算簡圖如下： 上圖中X軸的方向是隨機變化的，設計計算時應按照傾覆力矩M最不利方向進行驗算。 3.1.1 樁頂豎向力的計算(依據(jù)建筑樁技術規(guī)范JGJ94-94的第5.1.1條) 其中 n單樁個數(shù)，n=4； F作用于樁基承臺頂面的豎向力設計值，等同于前面塔吊說明書中的P； G樁基承臺的自重；G=25.1BcBcHc=25.16.2521.35=1323.63KN Mx,My承臺底面的彎矩設計值(KNm)； xi,yi單樁相對承臺中心軸的X、Y方向距離(m)； Ni單樁樁頂豎向力設計值(KN)。 經(jīng)計算可得到單樁樁頂豎向力設計值: 最大壓力： N=(749.9+1323.63)/4+4646.86(4.00 / 1.414)/2(4.00/1.414)2=1339.7KN現(xiàn)場實際施工中，承臺樁選用4根40095（PHC-A）預應力管樁，單根樁的承載力特征值為1700KN（1339.7KN）； 3.1.2 矩形承臺彎矩的計算(依據(jù)建筑樁技術規(guī)范JGJ94-94的第5.6.1條) 其中 MX1,My1計算截面處X、Y方向的彎矩設計值(KNm)； xi,yi單樁相對承臺中心軸的X、Y方向距離(m)； Ni1扣除承臺自重的單樁樁頂豎向力設計值(KN)，Ni1=Ni-G/n。 經(jīng)過計算得到彎矩設計值： Mx1=My1=2(1339.7-1323.63/4)(4.00/1.414)=5707.45KNm3.2 求矩形承臺截面受力主筋由于塔吊說明書均為國外版本國內(nèi)直接套用，基礎所配鋼筋為“高強度鋼筋”，施工中對“高強度”無法定性，因此在設計時針對現(xiàn)場實際情況進行計算取值。依據(jù)混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002)第7.5條受彎構件承載力計算。 其中 M 計算截面處的彎矩設計值(KNm)； K安全系數(shù)，取1.4； h0承臺計算截面處的計算高度,h0=1300mm； fy鋼筋受拉強度設計值，fy=300N/mm2。X向，彎矩設計值Mx1=5707.45KNm配筋面積 Asx=1.45707.45106/(0.91300300)=22764.8mm2 選擇3132（200,實供A=24930.2mm2）Y向，彎矩設計值My1=5707.45KNm配筋面積 Asx=1.45707.45106/(0.91300300)=22764.8mm2 選擇3132（200,實供A=24930.2mm2）3.3 矩形承臺截面抗剪切的驗算 依據(jù)建筑樁技術規(guī)范(JGJ94-94)的第5.6.8條和第5.6.11條。 根據(jù)前面計算方案可以得到X、Y方向樁對矩形承臺的最大剪切力,考慮對稱性， 記為V=1339.7KN 考慮承臺配置箍筋的情況，斜截面受剪承載力應滿足下面公式： 其中 0建筑樁基重要性系數(shù)，取1.0； 剪切系數(shù),=0.05； fc混凝土軸心抗壓強度設計值，fc=16.70N/mm2； b0承臺計算截面處的計算寬度，b0=6250mm； h0承臺計算截面處的計算高度，h0=1300mm； fy鋼筋受拉強度設計值，fy=300.00N/mm2； S箍筋的間距，S=200mm。實際計算：fcb0h01.25fyAsv h0/（s）=（0.0516.7625013001.2530024930.21300/200）10-3=67551KN0V=1.01339.7=1339.7KN 經(jīng)過計算承臺完全可以滿足抗剪要求。4、工程應用在深圳市寶安區(qū)“日出印象花園”項目中，塔吊基礎底地基土為素填土，土體未固結，由于勘察設計單位無法提供地基承載力（承載力為零），施工中塔吊基礎承