格构柱塔吊基础施工方案.docx

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格构柱塔吊基础施工方案

杭政储出【2009】108号地块商业金融兼教育科研用房

东侧塔吊基础施工补充方案

编制：

审核：

审批：

浙江广诚建设有限公司

二0一二年七月

第一章编制依据

塔基专项施工方案编写依据

7.20下午专家论证意见

地质勘察报告

《钢结构设计规范》GB50017-2003

杭州新天地综合体E地块岩土工程勘察报告

杭建监总（2012）13号文件

“塔式起重机安全规程”GB5144-2006

“塔式起重机技术条件”GB/T5031-2008

“建筑机械使用安全技术规程”JGJ33-2001

“施工现场临时用电安全技术规范”JGJ46-2005

“建筑桩基技术规范”JGJ94-2008

“固定式塔式起重机基础技术规程”DB33/T1053-2008

“建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安装技术规程”JGJ196-2010

“钢结构工程施工质量验收规范”GB50205-2001

“钢筋焊接验收规程”JGJ18-2003

“塔式起重机砼基础工程技术规程”JGJ/T187-2009

“建筑施工安全检查标准”JGJ59-2011）

塔吊使用说明书

“关于加强建筑起重机械租赁、安装拆卸和使用安全管理的若干意见”杭建监总[2010]33号

第二章计算书

基本参数

东侧塔吊

入土桩长（有效桩长）

孔位

持力层

构造承台

21.1m（10.6m）

ZK11

6-2强风化

4m*4m*0.4m,,C25混凝土，配筋双层双向18@300（HRB335）

主肢规格

支撑构件

格构柱顶标高

桩顶标高

L140*12

L140*12

-9.7m

-10.9m

经计算，塔吊基础承载力符合要求

1、塔吊基本参数

塔吊型号：

QT80A；标准节长度b：

3m；

塔吊自重Gt：

449kN；塔吊地脚螺栓性能等级：

高强10.9级；

最大起重荷载Q：

60kN；塔吊地脚螺栓的直径d：

36mm；

塔吊起升高度H：

40m；塔吊地脚螺栓数目n：

16个；

塔身宽度B:

1.6m；

2、格构柱基本参数

格构柱计算长度lo：

18.6m；格构柱缀件类型：

缀板；

格构柱缀件节间长度a1：

0.5m；格构柱分肢材料类型：

L140x12；

格构柱基础缀件节间长度a2：

1.5m；格构柱钢板缀件参数:

宽400mm，厚12mm；

格构柱截面宽度b1：

0.48m；格构柱基础缀件材料类型：

L140x12；

3、基础参数

桩中心距a：

1.5m；桩直径d：

0.8m；

桩入土深度l：

10.6m；桩型与工艺：

泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩；

桩混凝土等级：

C35；桩钢筋型号：

HRB335；

桩钢筋直径：

20mm；

钢平台宽度：

1.98m；钢平台厚度：

0.04m；

钢平台的螺栓直径：

36mm；钢平台的螺栓数目：

16个；

钢平台的螺栓性能等级：

高强10.9级；

4、塔吊计算状态参数

地面粗糙类别：

C类有密集建筑群的城市郊区；风荷载高度变化系数：

1.13；

主弦杆材料：

角钢/方钢；主弦杆宽度c：

250mm；

非工作状态：

所处城市：

浙江杭州市，基本风压ω0：

0.45kN/m2；

额定起重力矩Me：

0kN·m；塔吊倾覆力矩M：

1668kN·m；

工作状态：

所处城市：

浙江杭州市，基本风压ω0：

0.45kN/m2，

额定起重力矩Me：

630kN·m；塔吊倾覆力矩M：

1039kN·m；

非工作状态下荷载计算

一、塔吊受力计算

1、塔吊竖向力计算

作用在基础上的垂直力：

N=Gt=449.00=449.00kN；

2、塔吊倾覆力矩

最大弯矩值Mkmax=1668.00kN·m；

作用于承台顶面的作用力：

Fk=449.00kN；

Mkmax=1668.00kN·m；

Vk=71.00kN；

图中x轴的方向是随时变化的，计算时应按照倾覆力矩Mmax最不利方向进行验算。

（1）、桩顶竖向力的计算

Nik=（Fk+Gk）/n±Mxkxi/Σxj2

式中：

n－单桩个数，n=4；

Fk－作用于桩基承台顶面的竖向力标准值；

Gk－桩基承台的自重标准值；

Mxk－承台底面的弯矩标准值；

xi－单桩相对承台中心轴的X方向距离；

Nik－单桩桩顶竖向力标准值；

经计算得到单桩桩顶竖向力标准值

最大压力：

Nkmax=Fk/4+（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=449.00/4+（1668.00×1.50×2-0.5）/（2×（1.50×2-0.5）2）=898.55kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=449.00/4-（1668.00×1.50×2-0.5）/（2×（1.50×2-0.5）2）=-674.05kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2Vk/4=1.2×71.00/4=21.30kN；

二、塔吊与承台连接的螺栓验算

1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/4=315.54kN；

Nv=1.2Vk/n=1.2×71.00/16=5.32kN<315.54kN；

螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt=Nmin

其中：

n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，n1=n/4；

Nt－每一颗螺栓所受的力；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/4=408.36kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×674.05/4.00=202.22kN<408.36kN；

螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）1/2≤1

其中：

Nv、Nt－一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值；

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）0.5=（（5.32/315.54）2+（202.22/408.36）2）0.5=0.50；

螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

三、承台验算

1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nv=Vk/n=71.00/16=4.44kN；

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/（4×1000）=315.54kN；

螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt=Nmin

其中：

n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，即：

n1=n/4；

Nt－每一颗螺栓所受的力；

Nt=Nmin/n1=674.05/4.00=168.51kN；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/（4×1000）=408.36kN；

螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）1/2≤1

其中：

Nv、Nt－一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值；

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）0.5=（（4.44/315.54）2+（168.51/408.36）2）0.5=0.41；

螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

四、单肢格构柱截面验算

1、格构柱力学参数

L140x12

A=32.51cm2i=4.31cmI=603.68cm4z0=3.90cm

每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下：

Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[603.68+32.51×（48.00/2-3.90）2]×4=54952.18cm4；

An1=A×4=32.51×4=130.04cm2；

W1=Ix1/（b1/2-z0）=54952.18/（48.00/2-3.90）=2733.94cm3；

ix1=（Ix1/An1）0.5=（54952.18/130.04）0.5=20.56cm；

2、格构柱平面内整体强度

1.2Nmax/An1=1078.26×103/（130.04×102）=82.92N/mm2

格构柱平面内整体强度满足要求。

3、格构柱整体稳定性验算

L0x1=a2=1.50m；

λx1=L0x1×102/ix1=1.50×102/20.56=7.30；

单肢缀板节间长度：

a1=0.50m；

λ1=L1/iv=50.00/2.77=18.05；

λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（7.302+18.052）0.5=19.47；

查表：

Φx=0.95；

1.2Nmax/（ΦxA）=1078.26×103/（0.95×130.04×102）=86.96N/mm2

格构柱整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x1=19.47<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l01=a1=50.00cm；

单肢回转半径：

i1=4.31cm；

单肢长细比：

λ1=lo1/i1=50/4.31=11.6<0.7λmax=0.5×50=25；

因截面无削弱，不必验算截面强度。

分肢稳定满足要求。

五、整体格构柱基础验算

1、格构柱基础力学参数

单肢格构柱力学参数：

Ix1=54952.18cm4An1=130.04cm2

W1=2733.94cm3ix1=20.56cm

格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的，整个基础的力学参数：

Ix2=[Ix1+An1×（b2×102/2-b1×102/2）2]×4=[54952.18+130.04×（1.50×102/2-0.48×102/2）2]×4=1572744.88cm4；

An2=An1×4=130.04×4=520.16cm2；

W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=1572744.88/（1.50×102/2-0.48×102/2）=30838.13cm3；

ix2=（Ix2/An2）0.5=（1572744.88/520.16）0.5=54.99cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=538.80×103/（520.16×102）+2335.20×106/（1.0×30838.13×103）=86.08N/mm2

格构式基础平面内稳定满足要求。

3、格构柱基础整体稳定性验算

L0x2=lo=18.60m；

λx2=L0x2/ix2=18.60×102/54.99=33.83；

An2=520.16cm2；

Ady2=2×32.51=65.02cm2；

λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（33.832+40×520.16/65.02）0.5=38.26；

查表：

φx=0.91；

NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22

NEX=65661.20N；

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））≤f

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=-0.34N/mm2≤f=300N/mm2；

格构式基础整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x2=38.26<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l02=a2=150.00cm；

单肢回转半径：

ix1=20.56cm；

单肢长细比：

λ1=l02/ix1=150/20.56=7.3<0.7λmax=0.7×38.26=26.79

因截面无削弱，不必验算截面强度。

刚度满足要求。

六、桩竖向极限承载力验算

单桩竖向承载力标准值按下面的公式计算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

u──桩身的周长，u=2.513m；

Ap──桩端面积,Ap=0.503m2；

各土层厚度及阻力标准值如下表:

土层土厚度（m）土侧阻力标准值（kPa）土端阻力标准值（kPa）土名称

5-22.2915.00300.00粘性土

5-37.5025.001000.00粘性土

6-20.8140.002000.00强风化凝灰岩

由于桩的入土深度为21.1m,所以桩端是在6-2层土层。

因桩距小于3倍桩径，桩侧摩阻力乘以折减系数0.7。

单桩竖向承载力特征值:

Quk=2.513×254.25×0.7+2000×0.503=1453.25kN；

Nk=898.553kN≤1.2R=1.2×1453.25=1743.9kN；

桩基竖向承载力满足要求！

七、抗拔桩基承载力验算

群桩呈非整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值：

Tuk=Σλiqsikuili=1092.4kN；

其中：

Tuk－桩基抗拔极限承载力标准值；

ui－破坏表面周长，取u=πd=2.51m；

qsik－桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；

λi－抗拔系数，砂土取0.50～0.70，粘性土、粉土取0.70～0.80，桩长l与桩径d之比小于20时，λ取小值；

li－第i层土层的厚度。

群桩呈整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值：

Tgk=（ulΣλiqsikli）/4=935.64kN；

ul－桩群外围周长，ul=4×（1.5+0.8）=9.2m；

经过计算得到：

TUk=Σλiqsikuili＝1092.40kN；

桩基抗拔承载力公式：

Nk≤Tgk/2+Ggp

Nk≤Tuk/2+Gp

其中Nk-桩基上抗拔力设计值，Nk=674.05kN；

Ggp-群桩基础所包围体积的桩土总自重设计值除以总桩数，Ggp=280.37kN；

Gp-基桩自重设计值，Gp=133.20kN；

Tgk/2+Ggp=935.64/2+280.37=748.19kN>674.053kN；

Tuk/2+Gp=1092.4/2+133.204=679.403kN>674.053kN；

桩抗拔满足要求。

八、桩配筋计算

1、桩构造配筋计算

按照构造要求配筋。

As=πd2/4×0.65%=3.14×8002/4×0.65%=3267mm2

2、桩抗压钢筋计算

经过计算得到桩顶竖向极限承载力验算满足要求,只需构造配筋！

3、桩受拉钢筋计算

经过计算得到桩抗拔满足要求，只需构造配筋！

配筋值：

HRB335钢筋，11Φ20。

实际配筋值3456.2mm2。

工作状态下荷载计算

一、塔吊受力计算

1、塔吊竖向力计算

作用在基础上的垂直力：

N=Gt+Q=449.00+60.00=509.00kN；

2、塔吊倾覆力矩

总的最大弯矩值Mkmax=1039.00kN·m；

3、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：

Fk=509.00kN；

Mkmax=1039.00kN·m；

Vk=31.00kN；

图中x轴的方向是随时变化的，计算时应按照倾覆力矩Mmax最不利方向进行验算。

（1）、桩顶竖向力的计算

Nik=（F+G）/n±Myyi/Σyj2；

式中：

n－单桩个数，n=4；

F－作用于桩基承台顶面的竖向力标准值；

G－桩基承台的自重标准值；

My－承台底面的弯矩标准值；

yj－单桩相对承台中心轴的Y方向距离；

Nik－单桩桩顶竖向力标准值；

经计算得到单桩桩顶竖向力标准值

最大压力：

Nkmax=Fk/4+（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=509.00/4+（1039.00×1.50×2-0.5）/（2×（1.50×2-0.5）2）=617.04kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=509.00/4-（1039.00×1.50×2-0.5）/（2×（1.50×2-0.5）2）=-362.54kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2V/4=1.2×31.00/4=9.30kN；

二、塔吊与承台连接的螺栓验算

1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/4=315.54kN；

Nv=1.2Vk/n=1.2×31.00/16=2.32kN<315.54kN；

螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt=Nmin

其中：

n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，n1=n/4；

Nt－每一颗螺栓所受的力；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/4=408.36kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×362.54/4.00=108.76kN<408.36kN；

螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）1/2≤1

其中：

Nv、Nt－一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值；

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）0.5=（（2.32/315.54）2+（108.76/408.36）2）0.5=0.27；

螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

三、承台验算

1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nv=Vk/n=31.00/16=1.94kN；

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/（4×1000）=315.54kN；

螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt=Nmin

其中：

n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，即：

n1=n/4；

Nt－每一颗螺栓所受的力；

Nt=Nmin/n1=362.54/4.00=90.63kN；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/（4×1000）=408.36kN；

螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）1/2≤1

其中：

Nv、Nt－一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值；

（（Nv/Nvb）2+（Nt/Ntb）2）0.5=（（1.94/315.54）2+（90.63/408.36）2）0.5=0.22；

螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

四、单肢格构柱截面验算

1、格构柱力学参数

L140x12

A=32.51cm2i=4.31cmI=603.68cm4z0=3.90cm

每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下：

Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[603.68+32.51×（48.00/2-3.90）2]×4=54952.18cm4；

An1=A×4=32.51×4=130.04cm2；

W1=Ix1/（b1/2-z0）=54952.18/（48.00/2-3.90）=2733.94cm3；

ix1=（Ix1/An1）0.5=（54952.18/130.04）0.5=20.56cm；

2、格构柱平面内整体强度

Nmax/An1=740.45×103/（130.04×102）=56.94N/mm2

格构柱平面内整体强度满足要求。

3、格构柱整体稳定性验算

L0x1=a2=1.50m；

λx1=L0x1×102/ix1=1.50×102/20.56=7.30；

单肢缀板节间长度：

a1=0.50m；

λ1=L1/iv=50.00/2.77=18.05；

λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（7.302+18.052）0.5=19.47；

查表：

Φx=0.95；

Nmax/（ΦxA）=740.45×103/（0.95×130.04×102）=59.71N/mm2

格构柱整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x1=19.47<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l01=a1=50.00cm；

单肢回转半径：

i1=4.31cm；

单肢长细比：

λ1=lo1/i1=50/4.31=11.6<0.7λmax=0.7×19.47=13.63；

因截面无削弱，不必验算截面强度。

分肢稳定满足要求。

五、整体格构柱基础验算

1、格构柱基础力学参数

单肢格构柱力学参数：

Ix1=54952.18cm4An1=130.04cm2

W1=2733.94cm3ix1=20.56cm

格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的，整个基础的力学参数：

Ix2=[Ix1+An1×（b2×102/2-b1×102/2）2]×4=[54952.18+130.04×（1.50×102/2-0.48×102/2）2]×4=1572744.88cm4；

An2=An1×4=130.04×4=520.16cm2；

W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=1572744.88/（1.50×102/2-0.48×102/2）=30838.13cm3；

ix2=（Ix2/An2）0.5=（1572744.88/520.16）0.5=54.99cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=610.80×103/（520.16×102）+1454.60×106/（1.0×30838.13×103）=58.91N/mm2

格构式基础平面内稳定满足要求。

3、格构柱基础整体稳定性验算

L0x2=lo=18.60m；

λx2=L0x2/ix2=18.60×102/54.99=33.83；

An2=520.16cm2；

Ady2=2×32.51=65.02cm2；

λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（33.832+40×520.16/65.02）0.5=38.26；

查表：

φx=0.91；

NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22

NEX=65661.20N；

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））≤f

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=6.62N/mm2≤f=300N/mm2；

格构式基础整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x2=38.26<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l02=a2=150.00cm；

单肢回转半径：

ix1=20.56cm；

单肢长细比：

λ1=l02/ix1=150/20.56=7.3<0.7*50=25

因截面无削弱，不必验算截面强度。

刚度满足要求。

六、桩竖向极限承载力验算

单桩竖向承载力标准值按下面的公式计算：

Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp

u──桩身的周长，u=2.513m；

Ap──桩端面积,Ap=0.503m2；

各土层厚度及阻力标准值如下表:

序号土厚度（m）土侧阻力标准值（kPa）土端阻力标准值（kPa）土名称

5-12.2915.00300.00粘性土

5-37.5025.001000.00粘性土

6-20.81