塔吊基础设计方案讲解.docx
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塔吊基础设计方案讲解
珠江新城D8-C3地块工程
塔吊基础设计方案
一、工程基本概况1
1.1、工程概况1
1.2、地质概况1
二、本工程配塔情况2
2.1、钢结构吊装分析2
2.2、塔吊选型3
三、编制依据5
四、塔吊安装位置及基础选型5
4.1、塔吊的安装位置5
4.2、塔吊的附着安装位置7
4.3塔吊基础的选型7
4.4、塔吊基础配筋11
五、基础设计验算12
5.1、设计说明12
5.2、验算单元的选择13
5.3、地基变形验算13
5.4、基础抗倾覆验算14
5.5、地基承载力验算14
5.6、抗冲切承载力验算15
5.7、受弯验算16
一、工程基本概况
1.1、工程概况
广州市珠江新城D8-C3地块位于广州市珠江新城，西临海业路，东侧有园林空阔地，交通便利，环境宜人。
总建筑面积为35550平方米，包括超高层住宅以及其裙楼、地下室。
地上部分为住宅、架空层、商业服务网点以及公建配套，总建筑面积26507平方米；地下部分为车库、人防用房以及设备用房，总建筑面积9043平方米。
超高层住宅37层，建筑总高度143.45米；裙楼3层，总高度21.00米；地下室4层，战时为人防，平时用作机动车库。
该项目是由广州市城市建设开发有限公司投资兴建的一栋住宅楼。
由广州城建开发设计院有限公司进行设计，由广州城建开发工程咨询监理有限公司进行监理单为。
安监单位是广州市天河区安监站，质监单位是广州市天河区质监站。
1.2、地质概况
本工程场地由第四系覆盖层和白垩系基岩组成。
场地内未揭露有影响场地稳定性的断层、断裂构造及溶洞等不良地质作用行迹，未发现有明显的滑坡、崩塌等不良地质现象。
本场地特殊性岩土有软土、杂填土和残积土及风化岩三种与裙房地下工程有关的土层自上而下的分布情况详见下表：
工程地质概况表
层次
土层名称
状态
厚度（m）
描述
fak（kPa）
杂填土
松散
3.99
主要为粉质粘土，混夹砖块碎石，土质杂乱，欠压实。
100
②-1
淤泥
流塑
3.99
深灰色、饱和、流塑状，含有机质及腐殖质，略带臭味，属高压缩性土，粘性较好。
45
②-2
粉质粘土
可塑
2.54
灰黄色、黄色，含少量粉细砂，粘性一般，任性中等。
115
②-3
中（细）砂
稍密
2.58
灰白色，灰黄色，饱和，含少量粘粒，主要成分为石英，颗粒均匀，分选性较好，级配较差。
220
②-4
粉质粘土
可塑
2.63
黄色，灰黄色，粘性差，含少量细砂。
135
③
粉质粘土
硬塑
2
褐红色，稍湿，粘性差，为砂砾岩风化残积土，遇水易软化。
250
④-1
砂砾岩
全风化
1.85
褐红色，棕红色，岩石风化剧烈，岩芯呈坚硬土柱状，岩石风化不均匀，局部间夹强风化残块，遇水易软化。
400
⑤-1
泥质粉砂岩
强风化
2.6
棕红色，岩石风化强烈，岩芯呈半岩半土状，岩石风化不均匀，局部夹中风化残块，岩质软，部分用手可折断。
500
⑤-2
砂砾岩
强风化
6.29
褐红色，岩石风化强烈，岩芯呈半岩半土状，原岩结构大部分破坏，岩石风化不均匀，间夹中风化残块，岩质软，锤击易碎。
600
⑥-1
泥质粉砂岩
中风化
2.95
褐红色，棕褐色，粉砂质结构，层状构造，泥质胶结，裂隙发育，岩芯呈块状为主，见少量短柱状，岩质软。
1500-1800
⑥-2
砂砾岩
中风化
3.65
棕褐色，砾质结构，层状构造，泥硅质胶结，裂隙发育，岩芯呈碎块状为主，个别呈短柱状，岩质硬。
2200-3500
⑦-1
泥质粉砂岩
微风化
2.22
褐红色，粉砂质结构，层状构造，泥质胶结，裂隙发育，岩芯呈长柱状为主，局部短柱状、碎块状。
4200-5400
⑦-2
砂砾岩
微风化
3.79
褐红色，棕褐色，砾质结构，层状构造，泥硅质胶结，裂隙稍发育，岩芯呈短柱状为主，局部呈块状，研制坚硬。
6600
二、本工程配塔情况
2.1、钢结构吊装分析
本工程塔吊选择除通常应考虑的塔吊能覆盖整个现场因素外，还应该着重考虑钢结构的吊装问题。
本工程裙楼及地下室部分结构柱为钢骨混凝土结构，采用Φ600及Φ700壁厚50mm，钢材材质为Q345B。
钢管采用螺旋焊接钢管共21根。
钢管柱采用一层一吊，单件最大长度为6100mm，最大重量为3.2T。
第四层（转换结构层）部分梁为型钢梁结构，最大梁截面高达2.2m,梁净跨为8650mm,单件的最大重量约重2T。
钢结构吊装时塔吊所需的最大工作半径为30m,在30m半径下，在4倍率工作状态下，塔吊的最大起重量为4.8T；在2倍率工作状态下，塔吊的最大起重量为4T；而本工程型钢柱经过分段分单元的合理加工后，单元构件的最大重量为4.0T。
由湘潭江麓建筑机械有限公司生产的QTZ125F型塔吊能满足本工程的吊装要求。
2.2、塔吊选型
综合考虑选择本工程的吊装需求，决定采用QTZ125F塔吊（臂长40米）作为本工程的起重设备，负责场内的土建材料的水平及垂直运输，本工程所选用的QTZ125F塔吊由湘潭江麓建筑机械有限公司提供生产，起主要技术参数如以下各表所示:
塔吊参数表：
设备技术参数
公称起重力矩
1250KN.m
最大起重量
80KN
基本臂最大变频幅度
55m
基本臂最大幅度处额定起重量
18KN
最大独立起升高度
50m
附着最大起升高度
203m
变幅形势
小车式
工作速度（m/min）
最大起升速度
120
最低稳定下降速度
30
回转速度
0.6
小车变幅速度
52/26/8.5
技术性能表：
机构载荷率
起升机构
JC40%
回转机构
JC25%
小车牵引机构
JC25%
行走机构
JC15%
起升高度（m）
倍率
行走式
附着式
内爬式
a=2
56
203
205
a=4
56
103
103
最大起重量（t）
8
幅度（m）
最大幅度55
最小幅度2.5
起升机构
倍率
a=2
起重量（t）
124
速度（m/min）
1206030
a=4
起重量（t）
248
速度（m/min）
603015
功率（KW）
30
小车牵引机构
传动方式Ⅰ
速度（m/min）
52/26/8.5
功率（kw）
5.5/3/1.1
传动方式Ⅱ（变频）
速度（m/min）
0~100
功率（kw）
5.5
回转机构
传动方式Ⅰ
速度（m/min）
0.6
力矩（Nm）
2×75
传动方式Ⅱ（变频）
速度（m/min）
0~0.8
力矩（Nm）
2×75
行走机构
速度（m/min）
23.5
功率（kw）
2×7.5
顶升机构
速度（m/min）
外爬
0.55
内爬
0.57
功率（kw）
7.5
11
液压系统额定压力（Mpa）
25
30
平衡重
起量臂长（m）
40
45
50
55
质量（t）
12.38
13.1
15
16.7
总功率（KW）
61.5（不含顶升电机功率）
轮距×轴距（m）
6×6
工作温度
-20℃~+40℃
起重机性能表
40米臂长起重性能表：
R
2.5~20
21
23
25
27
29
31
33
35
37
39
40
m
a=4
8
7.66
6.88
6.24
5.69
5.22
4.81
4.46
4.14
3.86
3.61
3.50
t
a=2
4
3.95
3.70
3.59
t
三、编制依据
1、《建筑地基基础设计规范》GB50047-2002
2、《砼结构设计规范》GB50010-2002
3、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
4、QTZ125F塔吊安装使用说明书
四、塔吊安装位置及基础选型
4.1、塔吊的安装位置
本工程塔吊的定位除通常应考虑的塔吊能覆盖整个现场因素及钢结构的吊装问题外。
同时业主要求在配合销售时塔吊、施工电梯不能影响及样板房窗户及阳台的观景视线。
塔吊及施工电梯应避开样板房的窗户及阳台，且不能对彼此的正常工作及拆除造成影响。
综合以上因素，本工程塔吊中心位置设置在施工图纸南北轴线⑧轴偏东3800mm、东西轴线H偏南1300mm。
具体详见塔吊平面布置图。
塔吊平面布置图
注：
本工程塔吊在起吊核心筒地上钢结构构件时，主要使用臂长30米以内作用半径作为起吊范围，如上图小半径所示意：
4.2、塔吊的附着安装位置
本工程塔吊拟安装高度165米，共需安装标准节55节（标准节尺寸1.70m×1.70m×3.0m）,安装臂长40米，第一道附墙设置在三层，往上每18米设置一道附墙件，共需设置九道附墙架。
4.3塔吊基础的选型
4.3.1、塔吊说明书中的基础形式
由湘潭江麓建筑机械有限公司提供的说明书中，基础采用天然基础，要求地基承载力不小于270Kpa,基础混凝土强度等级不小于C35,基础宽度为6米、高度为1.8米，基础标准配筋为：
底层配置二级钢筋20@200、面层配置二级钢筋18@200双向受力钢筋，上下层主筋采用二级钢筋12@250竖向构造筋连接，具体如下图所示：
4.3.2、本工程实际情况
本工程地下室底板标高-15.6m，底板厚度为800mm,核心筒承台厚度为2000mm，与塔吊基础部分重合的承台厚度为1.2m。
塔吊基础处地下室底板的配筋为：
板底配筋规格为双向Φ25的三级钢间距200，板面配筋规格为双向Φ25的三级钢间距200，塔吊基础区域及核心筒承台区域配筋详见下图：
塔吊基础区域地下室底板的面筋比塔吊说明书中塔吊基础的面筋配筋要大，塔吊基础的厚度要比底板的厚度大1m,故塔吊基础的底筋沿用塔吊说明书中的配筋，竖向构造筋也沿用塔吊说明书中的配筋。
地下室底板的底筋仍按原配筋施工。
根据本工程的实际情况，在施工核心筒承台钢筋、人工挖孔桩承台钢筋及地下室底板绑扎完毕后，将塔吊的地脚螺栓固定于底板钢筋骨架中（固定方法详见塔吊安装施工方案），塔吊的预埋螺栓详图如下:
4.4、塔吊基础配筋
4.4.1、塔吊基础作用范围
本工程塔吊基础采用塔吊说明书中的矩形基础，塔吊基础尺寸a×b×h=6m×6m×1.8m，故将塔吊基础的作用范围看做6m×6m正方形，塔吊基础与其临近的集水井一起浇筑，基础周边承台及底板等结构当做安全储备，不参与塔吊基础的受力计算。
4.4.2、塔吊基础区域配筋
塔吊基础的配筋底筋沿用塔吊说明书中的配筋，竖向构造筋也沿用塔吊说明书中的配筋，面筋配筋要采用地下室地板的面筋。
地下室底板的底筋仍按原配筋施工。
具体配筋如下图所示：
五、基础设计验算
5.1、设计说明
本工程塔吊基础承载工作状态和非工作状态的荷载的作用，超过自由高度后，塔吊增加附墙装置，因此基础设计主要考虑按在自由高度及有附着状态下塔吊的工作状态和非工作状态的荷载进行计算。
塔吊公司提供的在工作状态下和非工作状态下的荷载值具体如下表所示：
工作状态
项目
工作状态下
非工作状态下
倾覆力矩M
2380KN.M
3200KN.M
基础顶面水平力Fv
40KN
65KN
塔机自重FN
800KN
700KN
因对塔吊基础设计起控制作用的是各中水平荷载及倾覆力矩，所以由上表可知，本工程的塔吊设计应按非工作状态下的荷载值进行设计。
5.2、验算单元的选择
从上面的分析可以看出，塔吊基础为方形基础，方形基础宽度为6米，高度为1.8米，具体如下图所示：
其中，G为基础混凝土自重1620KN（25×6×6×1.8），。
5.3、地基变形验算
本工程地质表可知该工程塔吊地基的受力层为强风化的砂砾岩层，其厚度最薄处为0.7m,承载力特征值（
）为600Kp依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》4.2.1条（当地基主要受力层的承载力特征值不小于130Kpa或小于130Kpa但有地区经验，且粘性土的状态不低于可塑、砂土的密实度不低于稍密时，可不进行塔机基础的天然地基变形验算）规定可以不验算其地基变形。
【注：
地基主要受力层指塔机板式基础下为1.5b（b—基础底面宽度）且厚度不小于5m范围内的地基土层。
】
5.4、基础抗倾覆验算
偏心距e:
=1.4X（3200+65X1.8
）/（700+1620）×1.35
=4643.8/3132=1.48
因此，塔吊基础抗倾覆性能满足要求。
5.5、地基承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.2条承载力计算。
=1.4X（3200+65X1.8
）/（700+1620）×1.35
=4643.8/3132=1.48>B/6=1
所以按大偏心计算，计算公式如下：
式中F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=700kN；
G──基础自重与基础上面的土的自重，G=25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×D=1620kN（D取零，因塔吊基础上没有覆土）；
Bc──基础底面的宽度，取Bc=6m；
M──倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和塔机自身的倾覆力矩，M=1.4×3200=4480kN.m；
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离（m），按下式计算
a=6/2-4480/（700+1620）=1.069m
经过计算得到:
最大压力设计值Pkmax=2×1.2×（700+1620）/（3×6×1.069）=289.367kPa
本工程塔吊基础的地基承载力特征值为:
fa=600kPa
偏心荷载作用：
由于1.2×fa≥Pkmax=289.367kPa，所以满足要求！
5.6、抗冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。
验算公式如下:
式中
hp──受冲切承载力截面高度影响系数，取
hp=0.90；
ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取ft=1.57kPa；
am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:
am=（1.7+6）/2=3.85m；
h0──承台的有效高度，取h0=1.75m；
Pj──最大压力设计值，取Pj=289.367kPa；
Fl──实际冲切承载力：
Fl=289.367×3.85×1.75=2005.31kN。
允许冲切力：
0.7×0.90×1.57×3850×1750=6664061.25N=6664.06kN
实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！
5.7、受弯验算
由4.4节里塔吊基础计算示意图知，塔身边缘I-I截面处的剪力、弯矩值最大，因5.6条抗冲切承载力已经满足要求，抗剪就不需在验算，本节主要是I-I截面处受弯承载力验算。
1.抗弯计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。
计算公式如下:
式中a1──截面I-I至基底边缘的距离，取a1=2.15m；
P──截面I-I处的基底反力:
P=289.367×（3×1.07-2.15）/（3×1.07）=95.55kPa；
a'──截面I-I在基底的投影长度,取a'=1.7m。
经过计算得:
M=2.152×[（2×6+1.7）×（289.367+95.55-2×1620/62）+（289.367-95.55）×6]/12
=2004.34kN.m。
2.配筋面积计
依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
式中
1──系数，当混凝土强度不超过C50时，
1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，
1取为0.94,期间按线性内插法确定；
fc──混凝土抗压强度设计值；
h0──承台的计算高度。
经过计算得
s=2004.34×106/（1.00×16.7×6×103×17502）=0.0065
=1-（1-2×0.0065）0.5=0.0065
s=1-0.0065/2=0.99675
As=2004.34×106/（0.99675×1750×300.00）=3830.24mm2。
而本工程底板钢筋为Φ20@200，配筋面积为As=9420mm2，在塔吊基础范围内的钢筋截面远大于3830.24mm2，因此，受弯承载力满足要求。
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