精品完整版武汉永清商务综合区塔吊基础设计方案完整.docx

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武汉永清商务综合区A1A2A3区地库及裙楼塔吊基础设计方案

编制：

审核：

审批：

武汉永清区商务综合区A1A2A3区地库及裙楼项目总承包工程项目经理部

附图：

附图一塔吊组合基础钢格构柱部分施工图

附图二塔吊桩混凝土灌注桩设计施工图附图三塔吊与地上建筑位置关系图

附图四塔吊与桩基位置关系图

附图五塔吊与逆作结构位置关系图

附图六人行道防护布置图

塔吊基础设计方案

第一章编制说明及依据

1.1编制说明

根据本工程地下室逆作施工的特点，我单位拟将现场布置的塔吊基础均设计为桩基础形式，从而保证在首层结构施工中即可使用塔吊来解决垂直运输的问题。

1.2编制依据

本工程的编制依据详细内容见表1.2-1。

表1.2-1编制依据

序号

名称

内容

1

合同

图纸

武汉市永清片综合发展项目（A1A2A3地块）地上裙房部分结构平面布置图（图号E3--03--01~A3/E3—01）

武汉市永清片综合发展项目（A1A2A3地块）桩基定位图（图号E1-01-01）

武汉市永清片综合发展项目（A1A2A3地块）逆作施工阶段首层结构平面布置图（图号29A,30A）

2

法律

法规

《塔式起重机设计规范》（GB/T13752-1992）

《地基基础设计规范》（GB50007-2002）

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）

《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

《钢结构设计规范》（GB50017-2003）

《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-99）

《钢结构设计手册》（第三版）

《建筑结构静力计算手册》（第二版）

D1100型、TC7050型塔吊使用说明书

第二章工程概况

本工程位于武汉市江汉区永清街，由3栋塔楼及连体地下室组成，地上9层地下3层，其中裙楼部分地下采用逆作法施工，基坑面积39800㎡，地上部分为8层。

本工程将布置6台固定塔式起重机，自由高度为70m，均不设置附墙，塔吊选型及其基础形式见下表2-1所示：

表2-1塔吊选型

塔吊编号

塔吊选型

最远端起重（t）

布置位置

基础选型

1#

D1100

14

基坑内

格构式钢结构桩基础

2#

TC7050

5

基坑内

格构式钢结构桩基础

3#

TC7013

1.3

基坑内

格构式钢结构桩基础

4#

TC7013

3.9

基坑内

格构式钢结构桩基础

5#

TC7030

3

基坑内

格构式钢结构桩基础

6#

TC7030

3

基坑内

格构式钢结构桩基础

第三章相关设计参数（塔吊、桩基）

3.1塔吊基础的设计参数

本工程塔吊基础为格构柱式钢结构（或钢管柱式钢结构）与H型钢承台+钻孔灌注桩的联合基础，在设计验收中出于偏安全的考虑，将以D1100型和TC7050型为设计施工的算例进行分析，具体设计参数见表3.1-1所示：

表3.1-1塔吊基本信息参数

序号

塔吊型号

具体参数

1

QTC11000

1、生产厂家：

南京中昇

2、标准节宽度（中心线）：

4m*4m

3、塔吊高度：

68m

4、基础受力情况：

状态

弯矩

M（kN·m）

水平力

Fh（kN）

垂直力

PV（kN）

扭矩

T（kN·m）

工况

12654.0

86.5

4016.2

1502.0

非工况

7336.3

294.7

3085.9

0

2

TC7050

1、生产厂家：

长沙中联

2、标准节宽度（中心线）：

2.305m*2.305m

3、塔吊高度：

73m

4、基础受力情况：

状态

弯矩

M（kN·m）

水平力

Fh（kN）

垂直力

PV（kN）

扭矩

T（kN·m）

工况

6240

43.7

1954

797

非工况

6950

206

1700

0

3.2桩基设计参数

表3.2-1混凝土灌注桩设计基本信息

直径

桩长

入岩深度

桩身强度

抗压承载力

抗拔承载力

部位

1200mm

约40m

进入中风化0.6m

C45

＞3600kN

＞1500kN

TC7030

TC7013

1200mm

约40m

进入中风化2m

C45

＞12000kN

＞3000kN

TC7050

1200mm

约40m

进入中风化2m

C45

＞12000kN

＞3000kN

D1100

桩身设计资料均按照本工程的工程桩设计，具体配筋见桩基施工图纸

第四章设计验算过程

4.1D1100型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009），钢结构设计规范GB50017-2003。

一.参数信息

塔吊型号:

D1100塔吊自重标准值:

Fk1=3085.90kN

起重荷载标准值:

Fqk=931.00kN塔吊最大起重力矩:

M=10745.00kN.m

塔吊计算高度:

H=68m塔身宽度:

B=4.00m

非工作状态下塔身弯矩:

M1=7336.3kN.m桩混凝土等级:

C45

保护层厚度:

50mm桩直径:

d=1.200m

桩间距:

a=5.200m桩钢筋级别:

HRB235

桩入土深度:

40.00m桩型与工艺:

泥浆护壁钻孔灌注桩

图4.1-1下部桩基础示意

承台H型钢尺寸：

HW400mm×400mm×13mm×21mmQ235B，如图4.2-2所示。

图4.1-2H型钢承台（断面显示）

钢管桩尺寸：

按圆形薄壁柱进行考虑，直径630mm，壁厚16mm（计算壁厚14mm）；钢管桩之间使用直径273mm，壁厚12mm（计算壁厚10mm）进行焊接连接；钢管桩的总高度，取16.00m；

上部焊接16mm厚的钢板，Q235B，整个塔吊底部的模型示意如图4.2-3所示。

图4.1-3塔吊钢平台整体模型（钢管桩）

二.荷载计算

1.自重荷载及起重荷载

1）塔吊自重标准值：

Fk1=3085.9kN

2）起重荷载标准值：

Fqk=931kN

3）塔吊钢平台的自重：

按Q235B考虑，容重：

7700kN/m3

2.风荷载计算

1）工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（Wo=0.2kN/m2）

=0.8×2.09×1.79×.69×0.2=0.41kN/m2

=1.2×0.41×0.35×4=0.69kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=0.69×68.00=47.18kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×47.18×68.00=1604.23kN.m

2）非工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（本地区Wo=0.35kN/m2）

=0.8×2.16×1.79×.69×0.35=0.75kN/m2

=1.2×0.75×0.35×4.00=1.25kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=1.25×68.00=85.34kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×85.34×68.00=2901.42kN.m

3.塔吊的倾覆力矩

工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=7336.3+0.9×（10745+1604.23）=18450.60kN.m

非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=7336.3+2901.42=10237.72kN.m

将工作状态和非工作状态下的D1100型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.1-1所示：

整个模型的示意结合受力如图4.1-4和图4.1-5所示。

表4.1-1D1100型塔吊基基承担荷载统计

工况

塔吊最大高度

基础承受的荷载

垂直力

水平力

对角线，风荷载

倾覆力矩

工作状态

68m

5706.92kN

47.18kN

18450.60kN.m

非工作状态

4775.92kN

85.34kN

10237.72kN.m

图4.1-4塔吊加载大小、方向示意（工作状态，对角线施加弯矩）

图4.1-5塔吊加载大小、方向示意（非工作状态，对角线施加弯矩）

三.塔吊基础钢平台整体稳定性验算

使用有限元方法，将工作状态和非工作状态下的D1100型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算，应力分布和变形分布如下图4.1-6和图4.1-7所示，相应的节点反力如表4.2-2所示，钢管桩和格构柱的受力对比如表4.1-3所示。

表4.1-2D1100型塔吊基础钢平台基底反力

工况

节点的竖向反力（kN）

对角线节点近端

右侧节点

左侧节点

对角线节点远端

工作状态

4130.046（最大）

1513.145

1513.145

-1042.067（上拔力）

非工作状态

2861.529（最大）

1283.942

1283.942

-246.145（上拔力）

表4.1-3D1100型塔吊基础钢平台两种方式的对比

工作状态

节点的竖向反力（kN）

对角线节点近端

右侧节点

左侧节点

对角线节点远端

格构柱

4087.767（最大）

1501.612

1501.612

-1083.390（上拔力）

钢管桩

4130.046（最大）

1513.145

1513.145

-1042.067（上拔力）

根据图4.1-6，在工作状态下的最大应力为147MPa，根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa，安全系数Fs=1.34，则计算强度应满足小于等于235÷1.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力147.0MPa＜175MPa，满足整体稳定控制条件。

图4.1-6工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降9.928mm，最大组合应力为147.0MPa）

图4.1-7非工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降6.692mm，最大组合应力为103.4MPa）

四.柱下桩的竖向承载力和抗拔承载力验算

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）的第6.3.3和6.3.4条

D1100型塔吊在工作状态下，轴心竖向力Qk=1513.15kN；偏向竖向力作用下，Qkmax=4130.05kN

桩基竖向承载力（压力）必须满足以下两式：

由于:

Ra=12000>Qk=1513.15kN,所以，满足要求!

由于:

1.2Ra=14400>Qkmax=4130.05kN，所以，抗压满足要求!

4.2TC7050型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009），钢结构设计规范GB50017-2003。

一.参数信息

塔吊型号:

TC7050塔机自重标准值:

Fk1=1700.00kN

起重荷载标准值:

Fqk=254.00kN塔吊最大起重力矩:

M=5617.00kN.m

塔吊计算高度:

H=73m塔身宽度:

B=2.31m

非工作状态下塔身弯矩:

M1=6950kN.m桩混凝土等级:

C45

保护层厚度:

50mm桩直径:

d=1.200m

桩间距:

a=3.500m桩钢筋级别:

HPB335

桩入土深度:

40.00m桩型与工艺:

泥浆护壁钻孔灌注桩，

图4.2-1下部桩基础示意

承台H型钢尺寸：

HW400mm×400mm×13mm×21mmQ235B，如图4.2-2所示。

图4.2-2H型钢承台（断面显示）

钢管桩尺寸：

按圆形薄壁柱进行考虑，直径630mm，壁厚16mm（计算壁厚14mm）；钢管桩之间使用直径273mm，壁厚12mm（计算壁厚10mm）进行焊接连接；钢管桩的总高度，取16.00m；

上部焊接16mm厚的钢板，Q235B，整个塔吊底部的模型示意如图4.3-3所示。

图4.2-3塔吊钢平台整体模型（钢管桩）

二.荷载计算

1.自重荷载及起重荷载

1）塔吊自重标准值：

Fk1=1700kN

2）起重荷载标准值：

Fqk=254kN

3）塔吊钢平台的自重：

按Q235B考虑，容重：

7700kN/m3

2.风荷载计算

1）工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（Wo=0.2kN/m2）

=0.8×2.09×1.79×.69×0.2=0.41kN/m2

=1.2×0.41×0.35×2.31=0.40kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=0.40×73.00=29.25kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×29.25×73.00=1067.69kN.m

2）非工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（本地区Wo=0.35kN/m2）

=0.8×2.16×1.79×.69×0.35=0.75kN/m2

=1.2×0.75×0.35×2.31=0.72kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=0.72×73.00=52.91kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×52.91×73.00=1931.04kN.m

3.塔吊的倾覆力矩

工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=6950+0.9×（5617+1067.69）=12966.22kN.m

非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=6950+1931.04=8881.04kN.m

将工作状态和非工作状态下的TC7050型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.2-1所示：

整个模型的示意结合受力如图4.2-4和图4.2-5所示。

表4.2-1TC7050型塔吊基基承担荷载统计

工况

塔吊最大高度

基础承受的荷载

垂直力

水平力

对角线，风荷载

倾覆力矩

工作状态

73m

2764kN

29.25kN

12966.22kN.m

非工作状态

2510kN

52.91kN

8881.04kN.m

图4.2-4塔吊加载大小、方向示意（工作状态，对角线施加弯矩）

图4.2-5塔吊加载大小、方向示意（非工作状态，对角线施加弯矩）

三.塔吊基础钢平台整体稳定性验算

使用有限元方法，将工作状态和非工作状态下的TC7050型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算，应力分布和变形分布如下图4.2-6和图4.2-7所示，相应的节点反力如表4.2-2所示。

表4.2-2TC7050型塔吊基础钢平台基底反力

工况

节点的竖向反力（kN）

对角线节点近端

右侧节点

左侧节点

对角线节点远端

工作状态

3450.647（最大）

752.306.

752.306.

-1867.777（上拔力）

非工作状态

2645.603（最大）

690.419

690.419

-1192.961（上拔力）

根据图4.2-6，在工作状态下的最大应力为126.61MPa，根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa，安全系数Fs=1.34，则计算强度应满足小于等于235÷1.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力126.61MPa＜175MPa，满足整体稳定控制条件。

图4.2-6工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降8.200mm，最大组合应力为126.61MPa）

图4.2-7非工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降6.134mm，最大组合应力为98.00MPa）

四.柱下桩的竖向承载力和抗拔承载力验算

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）的第6.3.3和6.3.4条

TC7050型塔吊在工作状态下，轴心竖向力Qk=752.306kN；偏向竖向力作用下，Qkmax=3450.647kN

桩基竖向承载力（压力）必须满足以下两式：

由于:

Ra=12000>Qk=752.306kN,所以，满足要求!

由于:

1.2Ra=14400>Qkmax=3450.647kN，所以，抗压满足要求!

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）的第6.3.5条

偏向竖向力（上拔力）作用下，Qkmin=-1867.777kN

由于:

Ra=3000>Qkmin=1867.777kN，

所以，钢管桩的抗拔承载力满足要求!

4.3TC7030型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009），钢结构设计规范GB50017-2003。

一.参数信息

塔吊型号:

TC7030塔机自重标准值:

Fk1=1004.00kN

起重荷载标准值:

Fqk=120.00kN塔吊最大起重力矩:

M=3116.00kN.m

塔吊计算高度:

H=51.7m塔身宽度:

B=2.00m

非工作状态下塔身弯矩:

M1=4092kN.m桩混凝土等级:

C45

保护层厚度:

50mm桩直径:

d=1.200m

桩间距:

a=3.100m桩钢筋级别:

HPB335

桩入土深度:

40.00m桩型与工艺:

泥浆护壁钻孔灌注桩，

图4.3-1下部桩基础示意

承台H型钢尺寸：

HW400mm×400mm×13mm×21mmQ235B，如图4.3-2所示。

图4.3-2H型钢承台（断面显示）

钢管桩尺寸：

按圆形薄壁柱进行考虑，直径630mm，壁厚16mm（计算壁厚14mm）；钢管桩之间使用直径273mm，壁厚12mm（计算壁厚10mm）进行焊接连接；钢管桩的总高度，取16.00m；

上部焊接16mm厚的钢板，Q235B，整个塔吊底部的模型示意如图4.3-3所示。

图4.3-3塔吊钢平台整体模型（钢管桩）

二.荷载计算

1.自重荷载及起重荷载

1）塔吊自重标准值：

Fk1=1004kN

2）起重荷载标准值：

Fqk=120kN

3）塔吊钢平台的自重：

按Q235B考虑，容重：

7700kN/m3

2.风荷载计算

1）工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（Wo=0.2kN/m2）

=0.8×2.09×1.79×.69×0.2=0.41kN/m2

=1.2×0.41×0.35×2=0.35kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=0.35×51.7=17.94kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×17.94×51.7=463.66kN.m

2）非工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值

a.塔吊所受风均布线荷载标准值（本地区Wo=0.35kN/m2）

=0.8×2.16×1.79×.69×0.35=0.75kN/m2

=1.2×0.75×0.35×2=0.63kN/m

b.塔吊所受风荷载水平合力标准值

Fvk=qsk×H=0.63×51.7=32.44kN

c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×32.44×51.7=838.58kN.m

3.塔吊的倾覆力矩

工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=4092+0.9×（3116+463.66）=7313.69kN.m

非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值

Mk=4092+838.58=4930.58kN.m

将工作状态和非工作状态下的TC7030型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.3-1所示：

整个模型的示意结合受力如图4.3-4和图4.3-5所示。

表4.3-1TC7030型塔吊基基承担荷载统计

工况

塔吊最大高度

基础承受的荷载

垂直力

水平力

对角线，风荷载

倾覆力矩

工作状态

73m

1764kN

17.94kN

7313.69kN.m

非工作状态

1644kN

32.44kN

4930.58kN.m

图4.3-4塔吊加载大小、方向示意（工作状态，对角线施加弯矩）

图4.3-5塔吊加载大小、方向示意（非工作状态，对角线施加弯矩）

三.塔吊基础钢平台整体稳定性验算

使用有限元方法，将工作状态和非工作状态下的TC7030型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算，应力分布和变形分布如下图4.3-6和图4.3-7所示，相应的节点反力如表4.3-2所示。

表4.3-2TC7030型塔吊基础钢平台基底反力

工况

节点的竖向反力（kN）

对角线节点

近端

右侧节点

左侧节点

对角线节点

远端

工作状态

2221.782（最大）

503.582

503.582

-1158.741（上拔力）

非工作状态

1708.234（最大）

474.403

474.403

-706.832（上拔力）

根据图4.3-6，在工作状态下的最大应力为82.49MPa，根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa，安全系数Fs=1.34，则计算强度应满足小于等于235÷1.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力82.49MPa＜175MPa，满足整体稳定控制条件。

图4.3-6工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降5.213mm，最大组合应力为82.49MPa）

图4.3-7非工作状态下的整体模型变形（左）与应力（右）分布（最大沉降3.893mm，最大组合应力为63.93MPa）

四.柱下桩的竖向承载力和抗拔承载力验算

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）的第6.3.3和6.3.4条

TC7030型塔吊在工作状态下，轴心竖向力Qk=503.582kN；偏向竖向力作用下，Qkmax=2221.782kN

桩基竖向承载力（压力）必须满足以下两式：

由于:

Ra=12000>Qk=503.582kN,所以，满足要求!

由于:

1.2Ra=14400>Qkmax=2221.782kN，所以，抗压满足要求!

依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）的第6.3.5条

偏向竖向力（上拔力）作用下，Qkmin=-11