塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計和計算

1、塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計與計算（劉宏林）一、塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計依據(jù)gb/t13752-1992 塔式起重機(jī)設(shè)計規(guī)范jgj/t187-2009 塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程gb50007-2011 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范jgj94-2008 建筑樁基技術(shù)規(guī)范gb50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范二、塔吊基礎(chǔ)設(shè)計選型塔吊基礎(chǔ)形式應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)、荷載大小與塔機(jī)穩(wěn)定性要求、現(xiàn)場條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，并結(jié)合塔吊廠商提供的塔機(jī)使用說明書要求確定。塔吊基礎(chǔ)設(shè)計常用類型分為板式基礎(chǔ)（矩形、方形）、十字形基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)、組合式基礎(chǔ)。板式基礎(chǔ)是由鋼筋混凝土筑成的平板形基礎(chǔ)；十字形基礎(chǔ)是由長度和截面相同的兩條互相垂直等分且節(jié)點加

2、腋的混凝土條形基礎(chǔ)組成的基礎(chǔ)；板式基礎(chǔ)、十字形基礎(chǔ)適用于地基承載力較高，基坑較淺的工程。 板式基礎(chǔ) 十字形基礎(chǔ)應(yīng)用工程有：建行災(zāi)備中心、光谷新世界等工程、武漢保利文化廣場（利用底板）樁基礎(chǔ)是由預(yù)制混凝土樁、預(yù)應(yīng)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(chǔ)；樁基礎(chǔ)適用于在軟弱土層，淺基礎(chǔ)不能滿足塔機(jī)對地基承載力和變形的要求或因場地限制，塔吊布置于地下室范圍內(nèi)且不需在土方開挖之前投入使用的工程。樁基礎(chǔ)應(yīng)用工程有： 武漢萬達(dá)廣場（樁+承臺）、武商摩爾城（樁+承臺）組合式基礎(chǔ)是由若干格構(gòu)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(chǔ)；適

3、用于因場地限制，塔吊布置于地下室范圍內(nèi)且需在土方開挖之前投入使用的工程。應(yīng)用工程有：天津117大廈（樁+鋼格構(gòu)柱+鋼承臺）；福新惠譽（樁+鋼格構(gòu)柱+混凝土承臺）； 組合式基礎(chǔ) 三、塔吊基礎(chǔ)設(shè)計計算 1、基礎(chǔ)荷載取值基礎(chǔ)荷載采用塔機(jī)制造商提供的塔機(jī)使用說明書的基礎(chǔ)荷載，包括作用于基礎(chǔ)頂?shù)呢Q向荷載標(biāo)準(zhǔn)值（fk）、水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值（fvk）、傾覆力矩（包括塔機(jī)自重、起重荷載、風(fēng)荷載等引起的力矩）荷載標(biāo)準(zhǔn)值（mk）及扭矩荷載標(biāo)準(zhǔn)值（tk）；基礎(chǔ)荷載還包括基礎(chǔ)及其上土的自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值（gk）。如：tc5613塔式起重機(jī)廠家給定的基礎(chǔ)荷載如下表：mk(kn.m)fk(kn)fvk(kn)tk(kn.m)工作

4、狀態(tài)1827.0619.030.3332.0非工作狀態(tài)2395.5526.3620.0 2、板式基礎(chǔ)設(shè)計和計算設(shè)計構(gòu)造要求：基礎(chǔ)高度應(yīng)滿足塔機(jī)預(yù)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(chǔ)?；A(chǔ)的混凝土強度等級不應(yīng)低于c25，墊層混凝土強度不應(yīng)低于c10，厚度不小于100mm。板式基礎(chǔ)在基礎(chǔ)表層和底層配置直徑不應(yīng)小于12mm、間距不應(yīng)大于200mm的鋼筋，且上、下層主筋應(yīng)用間距不大于500mm的豎向構(gòu)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(yù)埋于基礎(chǔ)中的塔機(jī)基礎(chǔ)節(jié)錨栓或預(yù)埋節(jié)，應(yīng)符合塔機(jī)制造商提供的塔機(jī)使用說明書規(guī)定的構(gòu)造要求，并應(yīng)有支盤式錨固措施。矩形基

5、礎(chǔ)的長邊與短邊長度之比不宜大于2，宜采用方形基礎(chǔ)。板式基礎(chǔ)一般根據(jù)地勘報告提供的地基承載力特征值，從塔機(jī)制造商提供的塔機(jī)使用說明書中的基礎(chǔ)中選取。如：tc5613塔式起重機(jī)廠家給定的基礎(chǔ)圖如下：設(shè)計計算1）抗傾覆驗算2）地基承載力驗算求基礎(chǔ)底面平均壓應(yīng)力求基礎(chǔ)底面邊緣最大壓應(yīng)力值當(dāng)偏心距eb/6時：其中，合力作用點至基礎(chǔ)底面最大壓力邊緣的距離當(dāng)偏心距eb/6時： 修正后的地基承載力特征值地基承載力驗算基礎(chǔ)底面壓力應(yīng)同時符合：相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值；相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓力值；修正后的地基承載力特征值 3）基礎(chǔ)計算求基底靜反力基底凈反力采用基底平

6、均壓力設(shè)計值p：、荷載效應(yīng)基本組合計算的基底邊 緣最大壓力值、塔機(jī)立柱邊的基底壓力值。求彎矩設(shè)計值其中a為塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)邊長基礎(chǔ)受彎計算按單筋矩形截面進(jìn)行受彎配筋計算，計算簡圖如圖所示。單筋矩形截面的計算簡圖單筋矩形截面受壓區(qū)混凝土的等效應(yīng)力圖求截面抵抗矩系數(shù)求相對受壓區(qū)高度取0.55（c50 hrb330）0.518(c50 hrb400)求內(nèi)力臂系數(shù)=求配筋求最小配筋，且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?；A(chǔ)受剪計算當(dāng)h0小于800mm時取h0=800mm當(dāng)h02000mm時取h0=2000mm 3、十字形基礎(chǔ)計算1）設(shè)計構(gòu)造要求：十字形基礎(chǔ)主筋應(yīng)按梁式配筋，主

7、筋直徑不應(yīng)小于12mm，箍筋直徑不應(yīng)小于8mm且間距不應(yīng)大于200mm，側(cè)向構(gòu)造縱筋的直徑不應(yīng)小于10mm且間距不應(yīng)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(chǔ)的節(jié)點處應(yīng)采用加腋構(gòu)造。2）基礎(chǔ)計算傾覆力矩設(shè)計值（m）和水平荷載設(shè)計值（fv）應(yīng)按其中任一條形基礎(chǔ)縱向作用計算，豎向荷載設(shè)計值（f）應(yīng)由全部基礎(chǔ)承受。其他參考板式基礎(chǔ)。 5、樁基礎(chǔ)計算1）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、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(jìn)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，碎石類土不宜小于1d；當(dāng)存在軟弱下臥層時，樁端以

8、下硬持力土層厚度不宜小于3d，并應(yīng)驗算下臥層的承載力。2）樁基計算樁基計算應(yīng)包括樁頂作用效應(yīng)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)樁頂作用效應(yīng)計算樁頂作用效應(yīng)，應(yīng)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(jìn)行計算。當(dāng)采用十字形承臺時，傾覆力矩和水平荷載的作用應(yīng)取其中任一條形承臺按其縱向作用進(jìn)行計算，豎向荷載應(yīng)按全部樁基承受進(jìn)行計算?；鶚兜臉俄斪饔眯?yīng)計算公式：軸心豎向力作用下 偏心豎向力作用下 式中：荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下，基樁的平均豎向力；荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏心豎向力作用下，角樁的最大豎向力；荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合偏

9、心豎向力作用下，角樁的最小豎向力；荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值，對穩(wěn)定的地下水位以下部分應(yīng)扣除水的浮力；樁基中的樁數(shù)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，沿矩形或方形承臺的對角線方向作用于承臺頂面的力矩；荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時，塔機(jī)作用于承臺頂面的水平力；承臺的高度；矩形承臺對角線兩端基樁的軸線距離；(2) 樁基豎向承載力計算樁基豎向承載力應(yīng)符合： 式中單樁豎向恒載力特征值；、樁端端阻力、樁側(cè)阻力特征值，由當(dāng)?shù)仂o載荷試驗結(jié)果統(tǒng)計分析算得；樁底端橫截面面積；樁身周邊長度；第i層巖土的厚度。(3) 樁的抗拔承載力樁的抗拔承載力應(yīng)符合： 式中按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計算的基樁拔力

10、；單樁豎向抗拔承載力特征值；抗拔系數(shù)，當(dāng)無試驗資料且樁的入土深度不小于6.0m時，可根據(jù)土質(zhì)和樁的入土深度，取=0.50.8（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(biāo)準(zhǔn)值，水下部分按浮重度計。(4)樁身承載力計算： 軸心受壓樁樁身承載力應(yīng)符合：式中荷載效應(yīng)基本組合下的樁頂軸向壓力設(shè)計值；基樁成樁工藝系數(shù)，混凝土預(yù)制樁和預(yù)應(yīng)力混凝土空心樁取0.85；干作業(yè)非擠土灌注樁取0.90；泥漿護(hù)壁和套管護(hù)壁非擠土灌注樁和擠土灌注樁取0.700.80；軟土地區(qū)擠土灌注樁取0.60；混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值；按現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取值，樁身混凝土等級為c30；樁身橫截面

11、積；縱向主筋抗壓強度設(shè)計值；縱向主筋截面面積；軸心抗拔樁樁身承載力應(yīng)符合：式中荷載效應(yīng)基本組合下的樁頂軸向拉力設(shè)計值；、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強度設(shè)計值；、普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的截面面積。(5)承臺計算： 承臺彎矩計算公式：其中,分別為繞x軸、y軸方向計算截面處的彎矩設(shè)計值(knm)；,分別為垂直y軸、x軸方向自樁軸線到相應(yīng)計算截面的距離；扣除承臺及格構(gòu)柱自重，在荷載效應(yīng)基本組合下的第i樁樁頂豎向反力設(shè)計值(kn)當(dāng)板式承臺基礎(chǔ)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(jī)立柱的實際間距確定塔機(jī)對角線上兩立柱對基礎(chǔ)的集中荷載設(shè)計值：塔機(jī)傾覆力矩

12、沿塔身截面對角線方向作用時，相應(yīng)對角線上兩立柱對基礎(chǔ)的集中荷載設(shè)計值；f塔機(jī)荷載效應(yīng)基本組合時作用于基礎(chǔ)頂?shù)呢Q向荷載；m塔機(jī)荷載效應(yīng)基本組合時作用在基礎(chǔ)頂?shù)膬A覆力矩；l1塔機(jī)塔身截面對角線上兩立柱軸線間的距離。承臺受角樁沖切計算： 荷載效應(yīng)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(shè)計值；、角樁沖切系數(shù)；、角樁內(nèi)邊緣至承臺外邊緣的水平距離；、從承臺底角樁頂內(nèi)邊緣引45沖切線與承臺頂面相交點至角樁內(nèi)邊緣的水平距離；當(dāng)塔機(jī)塔身柱邊位于該45線以內(nèi)時，則取由塔機(jī)塔身柱邊與樁內(nèi)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)，當(dāng)h800mm時，取1.0,；h200mm時，取0.9；其

13、間按先行內(nèi)插法取值；混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值；承臺外邊緣的有效高度；、角樁沖垮比，其只應(yīng)滿足0.251.0， 6、組合式基礎(chǔ)計算（1）設(shè)計構(gòu)造組合式基礎(chǔ)可由混凝土承臺或型鋼承臺、格構(gòu)式鋼柱或鋼管柱及灌注樁或鋼管樁等組成?；炷脸信_及基樁見樁基礎(chǔ)設(shè)計計算部分。（2）型鋼承臺設(shè)計和計算型鋼平臺的設(shè)計應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范gb50017的有關(guān)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(yīng)連接于格構(gòu)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(jī)標(biāo)準(zhǔn)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?？箯潖姸扔嬎憧辜魪姸扔嬎阏w穩(wěn)定性的計算連接計算對接焊縫計算直角焊縫計算（3）

14、格構(gòu)式鋼柱設(shè)計計算格構(gòu)式鋼柱的布置應(yīng)與下端的基樁軸線重合且宜采用焊接四肢組合式對稱構(gòu)件，界面輪廓尺寸不宜小于400400mm，分肢宜采用等邊角鋼。格構(gòu)式鋼柱深入承臺的長度不宜低于承臺厚度的中心。下端深入灌注樁的錨固長度不宜小于2.0m，且應(yīng)與基樁的縱筋焊接。格構(gòu)式鋼柱按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計和計算，須計算格構(gòu)式鋼柱受壓整體穩(wěn)定性、分肢長細(xì)比和綴件彎矩、剪力。受壓整體穩(wěn)定性計算求構(gòu)件換算長細(xì)比綴板時 綴條時 求格構(gòu)式鋼柱換算長細(xì)比格構(gòu)式鋼柱繞兩主軸x、y的換算長細(xì)比中大值；軸心受壓構(gòu)件允許長細(xì)比，取150。求受壓整體穩(wěn)定性格構(gòu)式鋼柱分肢的長細(xì)比驗算格構(gòu)式鋼柱分肢的長細(xì)比要求：當(dāng)綴件為綴板時，且 當(dāng)綴件

15、為綴條時，格構(gòu)式鋼柱分肢對最小剛度軸的長細(xì)比綴件計算綴件剪力計算式中：a格構(gòu)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(shè)計值；fy鋼材的強度標(biāo)準(zhǔn)值（屈服強度）綴板彎矩、剪力計算綴板應(yīng)按受彎構(gòu)件設(shè)計，彎矩和剪力分別為：斜綴條受壓計算斜綴條應(yīng)按軸心受壓構(gòu)件設(shè)計，軸向壓力值為：m0單個綴板承受的彎矩；v0單個綴板承受的剪力；n0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；格構(gòu)式鋼柱的一個節(jié)間長度；斜綴條和水平面的夾角。四、塔吊基礎(chǔ)設(shè)計和計算常見問題1、基礎(chǔ)設(shè)計常見問題1）持力層選擇不妥，忽視地基變形和穩(wěn)定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

16、低于可塑（液性指數(shù)il不大于0.75）、砂土的密實度不低于稍密的土層，否則要進(jìn)行天然地基的變形驗算。塔機(jī)持力層下有軟弱下臥層，或基礎(chǔ)底距離坡頂小于2m，或距破底大于1.0m時應(yīng)進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性分析。樁端持力層宜選擇中低壓縮性的黏性土、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(jìn)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，碎石類土不宜小于1d；當(dāng)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(yīng)驗算下臥層的承載力。2）基礎(chǔ)布置不合理，未避開承臺和地梁塔吊基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)繪制基礎(chǔ)剖面圖，表現(xiàn)塔吊基礎(chǔ)與地下室底板、承臺，塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)和主體結(jié)構(gòu)在平面和立面上的

17、相對位置關(guān)系，盡量避開承臺、梁以及電梯井的位置，同時考慮基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拆除的方便。3）板式基礎(chǔ)設(shè)計不經(jīng)濟(jì)，未按地耐力進(jìn)行選擇板式基礎(chǔ)設(shè)計時過于保守，習(xí)慣按最低地耐力選擇基礎(chǔ)，非常不經(jīng)濟(jì)。以tc5613塔式起重機(jī)廠家給定的基礎(chǔ)圖為例，當(dāng)?shù)啬土Υ笥?10kpa時，可選截面5000*5000*1350，混凝土33.75m3，鋼筋81t，若按地耐力120kpa選擇，截面6000*6000*1350，混凝土48.6m3，鋼筋116t，則混凝土多用44%，鋼筋多用43%。板式基礎(chǔ)在征得工程設(shè)計單位同意時，可利用地下室底板作為塔機(jī)基礎(chǔ)。4）承臺設(shè)計不經(jīng)濟(jì)，截面選擇太大承臺設(shè)計時習(xí)慣采用塔機(jī)廠家提供的板式基礎(chǔ)，

18、截面太大，非常不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)試算，tc7030及以下當(dāng)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(chǔ)，如選擇厚1700mm厚承臺，則鋼筋混凝土多用70%。另外承臺的長寬，滿足承臺的相關(guān)構(gòu)造要求即可，盡量減少承臺的截面尺寸。承臺設(shè)計時應(yīng)考慮預(yù)埋支腿的高度，如采用tc153、cj140等平頭塔吊時，預(yù)埋支腿長度達(dá)1800mm，承臺厚1500mm。承臺在征得工程設(shè)計單位同意時，可利用地下室底板作為塔機(jī)承臺。5）樁基設(shè)計不經(jīng)濟(jì)，樁徑、樁長取值過大樁基設(shè)計習(xí)慣采用工程樁設(shè)計，非常不經(jīng)濟(jì)。工程樁設(shè)計應(yīng)根據(jù)計算來設(shè)計和優(yōu)化確定相關(guān)參數(shù)。樁基鋼筋主要滿足抗拔的需要。6）鋼格構(gòu)柱設(shè)計不合理，分肢穩(wěn)定和構(gòu)造不符合要求鋼格構(gòu)柱習(xí)慣按支撐格構(gòu)柱設(shè)計，計算時未驗算分肢的長細(xì)比或穩(wěn)定性，綴件設(shè)計不滿足構(gòu)造要求，如：綴板高度：綴板厚度：且mm；綴板間距：，且滿足分肢長細(xì)比的計算要求格構(gòu)柱上端伸入承臺處可焊接豎向錨固鋼筋，鋼柱每分肢不少于125，錨固長度不小于35d,格構(gòu)式鋼柱與承臺底相接處焊接水平角鋼抗沖切，下端伸入灌注樁的錨固長度不宜小于2m，且與基樁的縱筋焊接。格構(gòu)式鋼柱外側(cè)四周宜隨土方開挖及時設(shè)置型鋼支撐，將各格構(gòu)鋼柱連接成整體，計算長