磐石新城二区塔吊基础设计TC6517QTZ80A.docx
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磐石新城二区塔吊基础设计TC6517QTZ80A
目录
一、工程概况……………………………………………………………………………2
二、设计依据……………………………………………………………………………3
三、塔机基础设计………………………………………………………………………3
四、桩承载力验算………………………………………………………………………4
五、塔式起重机基础施工………………………………………………………………13
六、塔式起重机基础施工的技术措施…………………………………………………14
七、塔式起重机基础施工的安全技术措施……………………………………………14
附图1……………………………………………………………………………………16
附图2……………………………………………………………………………………17
附图3……………………………………………………………………………………18
附图4…………………………………………………………………………………19
附图5…………………………………………………………………………………20
附图6…………………………………………………………………………………21
另附TC6517与QTZ80A塔式起重机使用说明书
一、工程概况
总建筑
面积
120215.6㎡
地下建筑面积15777.8㎡,地上建筑面积104437.8㎡
层数
地下一层,地上26-32
层
建筑物
总高度
1#楼：
95.3m，2#楼：
93.7m，3#楼：
87.9m，4#楼：
85m，5#楼：
85m，6#楼：
76.3m。
功能
地下为停车场,地上为商住楼
本工程位于福州市晋安区新店镇磐石村境内，新店镇秀峰路以南，省儿童发展学院西侧。
1-6#楼地下室为整体地下室，地下一层，平面形状呈“口”字形，东西宽约150m，南北长约176m，地下室占地面积约15777.8m2。
地下室功能主要为机动车库。
根据工程实际需要，施工现场拟在2#楼设置一台TC6517塔机，4、5、6#楼各设置一台QTZ80A塔机作为垂直运输机械，因现有地面承压能力不能满足厂家说明书的要求，故塔机基础需设计计算。
塔吊定位时要考虑以下几点：
（1）服务范围广，尽量满足施工现场工作面的需要，减少工作死角。
（2）尽量避开建筑物的突出部位，减少对施工的影响。
（3）尽量保证施工场地物料的堆放、搬运在塔吊工作范围内，减少二次搬运。
（4）保证塔吊安装和拆除时所必须的场地和工作条件。
考虑到以上几点因素，结合本工程结构设计特点等情况，经研究决定：
分别在以下位置安装塔吊：
1#塔吊位于2#楼东侧距（2-F）-（2-F）轴轴线和距（2-24）-（2-24）轴轴线东向5.9m的轴线交叉处，塔机承台面标高-5.6m。
2#塔吊位于4#楼西侧（4-1）-（4-1）轴西向4.1m轴线和距（4-E）-（4-E）轴南向1.0m轴线交叉处，塔机承台面标高-5.6m。
3#塔吊位于5#楼距（5-1）-（5-1）轴东向3.0m的轴线和距（5-L）-（5-L）轴北向5.2m的轴线交叉处，塔机承台面标高-5.6m。
4#塔吊位于6#楼南侧（6-19）-（6-19）轴的轴线和（6-A）-（6-A）轴南向5.1m轴线交叉处，塔机承台面标高-2.0m。
塔吊基础具体位置详附图。
塔机现场没有太大的障碍物和沟、管道等不利因素，场地较为宽敞，地面组装为方便，服务范围均能覆盖各楼施工场地，塔式起重机安装、拆除均能顺利进行。
二、设计依据
2.1福州市规划设计研究院的“磐石新城二区”工程施工图纸、设计修改通知单；
2.2本工程《施工合同》；
2.3化工部福州地质工程勘察院提供的《磐石新城二区岩土工程勘察报告》工程编号：
J2008-12；
2.4《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
2.5TC6517自升塔式起重机使用说明书，QTZ80A自升塔式起重机使用说明书；
2.6《建筑工程施工手册》；
2.7《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50201-2002）；
2.8《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）。
三、塔机基础设计
本工程塔机拟选用TC6517塔式起重机，独立固定式起升高度为51.5m，附着式起升高度为110m，臂长56m，最大起重量为100KN；塔机承台面采用方形承台，尺寸为5500×5500×1700mm，砼强度等级为C35，经与设计单位商定，塔吊桩采用四根桩径为Ф800冲孔灌注桩。
以2#楼塔吊为例，承台面标高比地下室底板面低300mm即-5.6m。
设计桩顶标高-6.85m，桩伸入承台100mm。
场地工程地质情况：
1、杂填土：
浅灰色、灰黄色，松散，湿~饱和。
本层除了ZK5缺失，其余均有分布，层厚为0.50-6.40m。
2、粉质粘土：
灰黄色、褐黄色，饱和，可塑。
本层仅分布于场地南侧ZK37-ZK41、DK21、BK4-BK6等9个钻孔地段，分布厚度2.00-8.10m，层顶埋深2.10-4.10m，层顶高程6.87-10.21m。
3、泥炭质土：
深灰色，流塑，饱和。
含腐殖质，略有臭味。
本层仅分布于场地南侧ZK37、ZK38、ZK40、BK4-BK6等6个钻孔地段，分布厚度1.00-4.10m，层顶埋深7.60-10.40m，层顶高程1.60-3.14m。
4、坡积砾质粘性土：
灰黄色、褐黄色，局部为砖红色，可塑-硬塑，湿-饱和。
本层分布于场地大部分地段，分布厚度为0.40-16.30m。
顶面埋深为0.00-11.40m，顶面标高为0.60-12.98m。
5、残积砾质粘性土：
灰黄色、褐黄色，可塑，饱和。
本层仅分布于部分钻孔地段，分布厚度为1.10-9.20m。
顶面埋深为3.80-16.50m，顶面标高为-5.21-9.18m。
6、全风化花岗岩：
灰黄色、褐黄色，密实。
本层分布于场地大部分地段，分布厚度为0.90-14.00m，顶面埋深为0.50-19.60m，顶面标高为-8.86-12.39m。
7-1、强风化花岗岩（砂土状）：
灰黄色、褐黄色，密实。
本层分布于场地绝大部分地段，分布厚度为0.90-17.40m，顶面埋深为4.60-20.60m，顶面标高为-9.86-6.49m。
7-2、强风化花岗岩（碎块状）：
灰黄色、稍硬。
本层分布于场地部分地段，分布厚度为0.40-10.60m，顶面埋深为13.30-26.80m，顶面标高为-14.86-0.98m。
8、中风化花岗岩：
灰黄色、灰白色。
本次勘察主体建筑和纯地下室地段钻孔均在该层终孔，均未揭穿，揭露厚度为1.00-9.45m，顶面埋深为10.50-32.40m,标高为-21.36-1.85m。
TC6517基本参数：
根据TC6517塔式起重机使用说明书，基础所受的垂直载荷F1=100KN，基础所受的倾翻力矩（取初装时未加附着时非工作状态下时最大力矩）M=2520KN.m，（基础荷载表详附表）塔身标准节宽度B=2m。
基础荷载表
荷载名称
工作工况
非公作工况
P1
基础所受的垂直荷载（KN）
987
887
P2
基础所受的水平荷载（KN）
30
116
M
基础所受的倾翻力矩（KN.m）
2240
2520
MK
基础所受的扭矩（KN.m）
500
0
四、塔机基础计算
对2#楼塔基进行验算，其余五台参照此台。
本方案由项目部技术负责人许欣负责设计计算。
4.1、塔吊的基本参数信息
塔吊型号：
TC6517塔吊起升高度H：
110m，
塔身宽度B：
2.00m，自重F1：
987kN，
基础承台厚度Hc：
1.70m，最大起重荷载F2：
100kN，
基础承台宽度Bc：
5.500m，桩钢筋级别:
级钢，
桩直径：
0.800m，桩间距a：
3.4m，承台箍筋间距S：
465.000mm，
承台混凝土的保护层厚度：
50mm，基础所受的水平力：
116kN。
4.2、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重（包括压重）F1=987.00kN，
塔吊最大起重荷载F2=100.00kN，
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×（F1+F2）=1304.40kN，
塔吊的倾覆力矩M=1.4×2520.00=3528.00kN.m。
4.3、承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
（1）桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.1.1条，在实际情况中x、y轴是随机变化的，所以取最不利情况计算。
其中n──单桩个数，n=4；
F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=1304.40kN；
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc/4+20×Bc×Bc×D/4）=
1.2×（25×5.50×5.50×1.70+20×5.50×5.50×1.50）=2631.75kN；
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取3528.00kN.m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.75m；
Ni──单桩桩顶竖向力设计值（kN）；
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，
最大压力：
N=（1304.40+2631.75）/4+3528.00×1.75/（4×1.752）=1488.04kN。
没有抗拔力。
（2）承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.1条。
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值（kN.m）；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=0.75m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值（kN），Ni1=Ni-G/n=830.10kN/m2；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×830.10×0.75=1245.15kN.m。
4.4、承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.2条受弯构件承载力计算。
式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2；
ho──承台的计算高度Hc-50.00=1650.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
经过计算得：
αs=1245.15×106/（1.00×16.70×5500.00×1650.002）=0.005；
ξ=1-（1-2×0.005）0.5=0.005；
γs=1-0.005/2=0.998；
Asx=Asy=1245.15×106/（0.998×1650.00×300.00）=2521.75mm2。
按最小配筋则需As=0.15%bh0=0.15%×5500×1550=12787mm2，所以上下两层双向各配
C25@155（三级钢），实际配筋面积为32×380＝17662mm2＞12787.00mm2。
4.5、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.10条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，记为V=1488.04kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：
其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=5500mm；
ho──承台计算截面处的计算高度，ho=1650mm；
λ──计算截面的剪跨比，λx=ax/ho，λy=ay/ho，
此处，ax，ay为柱边（墙边）或承台变阶处
至x,y方向计算一排桩的桩边的水平距离，得（Bc/2-B/2）-（Bc/2-a/2）=750.00mm，
当λ<0.3时，取λ=0.3；当λ>3时,取λ=3，满足0.3-3.0范围；
在0.3-3.0范围内按插值法取值。
得λ=0.45；
β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/（λ+0.3）；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/（λ+1.5），
得β=0.16；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
S──箍筋的间距，S=465mm。
则，1.00×1488.04=1.49×106N≤0.465×300.00×5500×1650=12.6×108N；
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！
所以承台抗剪切安全。
4.6、桩身承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.8.2条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1488.04kN；
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：
其中
c──基桩成桩工艺系数，取0.750
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=23.4N/mm2；
Aps──桩身截面面积，Aps=0.502m2。
9.21×105N≤0.75×23.4×5.02×105=8.81×106N
经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋。
Asi=0.65%×3.14×4002=3266mm2
桩身按最小配筋率配筋：
采用12根直径20mm三级钢
A’si=314×12=3768mm2>Asi。
4.7、桩抗压承载力计算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的第5.3条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1304.40kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：
Ra=u∑qsia.li+qpa.Ap
u──桩身的周长，u=2.512m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.502m2；
li──第i层土层的厚度；
qsia──第i层岩土的桩侧阻力标准值
qpa──桩端阻力标准值
1#塔吊桩基础单桩竖向承载力计算需取临近桩1#点处的土层参数（详ZK8）进行计算，桩端进入中风化层1D（D为桩径）,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）抗拔系数土层名称
11.300.00杂填土
21.42300.000.7粘土
34.410010000.75全风化花岗岩
413.312014000.7砂土强风化花岗岩
51.514030000.55碎块强风化花岗岩
60.815010000中风化花岗岩
桩端进入持力层1D，桩身长22.72m。
由于桩端是在中（微）风化中粒花岗岩层，所以单桩竖向承载力验算:
Ra=2.512×（1.42×30+4.4×100+13.3×120+1.5×140+0.8×150）+0.502×10000=7428.6kN>N=921kN；且桩身承载力为8.81×106N>N=1304.40kN，所以满足要求。
4.8、塔吊基础抗倾覆验算
根据《高层建筑施工手册》中塔式起重机基础的计算公式，整体式混凝土塔吊基础尺寸取决于地基的承载能力和防止塔吊倾覆的需要，为保持基础需要，根据塔吊设计方案，验算在非工作状态下，作用于基础诸力的偏心距应满足公式：
E=（M+Hh）/（F+G）≤B/3
M作用于塔身的不平衡力矩H作用于基础上的水平力
h整体基础的高度F作用于基础上的竖向力
G基础自重B基础宽度
E=（3528.00+116×1.70）/（1304.4+2631.75）=0.946<1.67满足要求。
QTZ80A基本参数：
根据QTZ80A塔式起重机使用说明书，基础所受的垂直载荷F1=700KN，基础所受的倾翻力矩（取初装时未加附着时非工作状态下时最大力矩）M=1350KN.m，（基础荷载表详附表）塔身标准节宽度B=1.51m。
基础荷载表
荷载名称
工作工况
非公作工况
P1
基础所受的垂直荷载（KN）
528.98
468.98
P2
基础所受的水平荷载（KN）
20
79
M
基础所受的倾翻力矩（KN.m）
1220
1780
MK
基础所受的扭矩（KN.m）
337
0
四、塔机基础计算
对4#楼塔基进行验算，其余二台参照此台。
本方案由项目部技术负责人许欣负责设计计算。
4.1、塔吊的基本参数信息
塔吊型号:
QTZ80A，塔吊起升高度H=101.000m，
塔吊倾覆力矩M=1780kN.m，混凝土强度等级:
C35，
塔身宽度B=1.65m，基础以上土的厚度D=1.500m，
自重F1=528.98kN，基础承台厚度Hc=1.500m，
最大起重荷载F2=60kN，基础承台宽度Bc=5.000m，
桩钢筋级别:
III级钢，桩直径或者方桩边长=0.800m，
桩间距a=3.5m，承台箍筋间距S=495.000mm，
承台砼的保护层厚度=50.000mm。
4.2、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重（包括压重）F1=528.98kN，
塔吊最大起重荷载F2=60.00kN，
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×（F1+F2）=706.78kN，
塔吊的倾覆力矩M=1.4×1780.00=2492.00kN。
4.3、承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
（1）桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.1.1条，在实际情况中x、y轴是随机变化的，所以取最不利情况计算。
其中n──单桩个数，n=4；
F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=706.78kN；
G──桩基承台的自重
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc/4+20×Bc×Bc×D/4）=
1.2×（25×5.00×5.00×1.50+20×5.00×5.00×1.50）=2025.00kN；
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取2492.00kN.m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.75m；
Ni──单桩桩顶竖向力设计值（kN）；
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，
最大压力：
N=（706.78+2025.00）/4+2492.00×1.75/（4×1.752）=1038.94kN。
没有抗拔力。
（2）承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.1条。
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值（kN.m）；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=0.93m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值（kN），Ni1=Ni-G/n=532.69kN/m2；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×532.69×0.93=985.48kN.m。
4.4、承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.2条受弯构件承载力计算。
式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2；
ho──承台的计算高度Hc-50.00=1450.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
经过计算得：
αs=985.48×106/（1.00×16.70×5000.00×1450.002）=0.006；
ξ=1-（1-2×0.006）0.5=0.006；
γs=1-0.006/2=0.997；
Asx=Asy=985.48×106/（0.997×1450.00×300.00）=2271.87mm2。
按最小配筋则需As=0.15%bh0=0.15%×5000×1450=10875mm2，所以上下两层双向各配
C22@165（三级钢），实际配筋面积为31×380＝11778mm2＞10875.00mm2。
4.5、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.10条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，记为V=1038.94kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：
其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=5000mm；
ho──承台计算截面处的计算高度，ho=1450mm；
λ──计算截面的剪跨比，λx=ax/ho，λy=ay/ho，
此处，ax，ay为柱边（墙边）或承台变阶处
至x,y方向计算一排桩的桩边的水平距离，得（Bc/2-B/2）-（Bc/2-a/2）=925.00mm，
当λ<0.3时，取λ=0.3；当λ>3时,取λ=3，满足0.3-3.0范围；
在0.3-3.0范围内按插值法取值。
得λ=0.64；
β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/（λ+0.3）；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/（λ+1.5），
得β=0.13；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
S──箍筋的间距，S=300mm。
则，1.00×1038.94=1.04×106N≤0.13×300.00×5000×1450=1.55×107N；
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！
4.6、桩身承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.8.2条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1038.94kN；桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：
其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；
A──桩的截面面积，A=5.03×105mm2。
则，1.00×1038944.00=1.04×106N≤14.30×5.03×105=7.19×106N；
经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋！
Asi=0.65%×3.14×4002=3266mm2
桩身按最小配筋率配筋：
采用12根直径20mm二级钢
A’si=314×12=3768mm2>Asi。
4.7、桩抗压承载力计算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的第5.3条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1031.65kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：
Ra=u∑qsia.li+qpa.Ap
u──桩身的周长，u=2.512m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.502m2；
li──第i层土层的厚度；
qsia──第i层岩土的桩侧阻力标准值
qpa──桩端阻力标准值
2#塔吊桩基础单桩竖向承载力计算需取临近桩1#点处的
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