格构式塔吊基础设计方案.docx
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格构式塔吊基础设计方案
长宁区昭化路48号街坊旧区改造商业办公项目
塔
吊
基
础
专
项
方
案
江西省建工集团公司
2012年11月
一、工程概况
1、工程名称：
昭化路48号街坊旧区改造商业办公项目
2、建设单位：
上海青莲房地产开发有限公司
3、设计单位：
浙江绿城建筑设计有限公司
4、勘察单位：
上海申元岩土工程有限公司
5、监理单位：
6、施工单位：
江西建工集团公司
7、建设地点：
昭化路48号街坊
8、结构形式：
框剪—框架结构
9、建设规模：
本工程拟建共分3个号房；其中1#房为29F办公用房和3F裙房，2#、3#房为2F商业用房。
总建筑面积34336㎡（地上建筑面积24557㎡，地下总建筑面积9779㎡）。
本工程3个号房共用一台塔吊，塔吊型号选用华东建筑机械有限公司生产的QTZ63（TC5013）型塔式起重机，塔吊位置详见塔吊基础平面布置图。
8、地质概况
依据2012年1月上海申元岩土工程有限公司地质勘察提供的该工程《岩土工程勘察报告》场地地质概况如下：
第
层杂填土（层厚1.30-1.60m），不适合做持力层；
第
层粉质粘土（层厚1.80-2.40m），可塑～软塑；
第
层淤泥质粉质粘土（层厚3.00-4.50m），流塑；
第
层淤泥质粘土（层厚7.40-8.90m），流塑；
第
1-1层粘土（层厚2.40-5.30m），软塑；
第
1-2层粉质粘土（层厚2.00-7.00m），软塑～可塑；
第
2层砂质粉土夹粉质粘土（层厚1.8-11.70m），稍密～中密状态；
第
3层粉质粘土（层厚1.00-4.10m），可塑；
第
层粉质粘土（层厚1.30-6.10m），可塑～硬塑。
二、编制依据
1、GB50202-2002《地基与基础施工质量验收规范》；
2、GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》；
3、GB50007-2002《建筑地基基础设计规范》；
4、GB50017-2003《钢结构设计规范》；
5、GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》
6、GB50204-2002局部修订（2011年版）《混凝土结构工程施工质量验收规范》
7、JGJ33-2001《建筑机械使用安全技术规程》；
8、JGJ94-2008《建筑桩基技术规范》；
9、《施工计算手册》第三版------江正荣
10、本工程设计图纸；
11、上海申元岩土工程有限公司《岩土工程勘察报告》；
12、本工程施工组织设计；
13、华东建筑机械有限公司生产的QTZ63（TC5013）型塔式起重机使用说明书。
三、塔吊基础方案
塔吊基础位于2#地下室中，塔吊基础顶标高同地下室底板垫层面标高。
布置于2#楼北侧（B-18）/（B-20）轴线交（B-H）/（B-J）之间,塔吊基础位于第
层淤泥质粘土层,其地基承载力特征值fak=55kpa,不能满足塔吊地基承载力fak≥110kpa的要求，需要对塔吊基础进行地基处理，考虑塔吊基础施工的安全性，本工程采用灌注桩、钢筋混凝土承台与格构式钢平台复合型塔吊基础的方案。
塔吊基础采用四根灌注桩，桩径600（桩顶3.5m，扩径为800），桩长15m，桩端进入本工程地质勘察报告所述
2层砂质粉土夹粉质粘土稍密～中密层，该土层厚度7.55m.
格构柱采用L110×10角钢作为主材，进入桩顶2.5m，桩砼标号为C30,桩顶标高-11.30m，承台面标高-10.10m（基础垫层面标高），承台高1300mm，承台砼标号为C35，钢筋保护层厚度为50mm,垫层砼标号为C15，垫层厚度为100mm，承台基础配筋为底部20@160双向，上部20@160双向），拉筋为14@400呈梅花布置。
钢格构柱立杆为L110×10，立杆进入桩顶2500mm，缀板为-10×424×250，缀板净距350mm，钢格构柱之间设置L100×10水平撑，L100×10斜拉撑，水平撑间距≤2500mm，斜拉撑间距≤2500mm，750×750mm钢平台采用Q235钢板，板厚20mm，钢平台面设置在-1.00m处（工程顶板标高-1.500m），塔吊基础节采用H型钢支撑400×400×13×21，基础节与槽钢采用36锚栓连接。
4、吊基础施工工艺及技术要求
（一）施工工艺
塔吊基础设计
钻孔灌注桩成孔
格构柱吊装与钢筋笼焊接
塔吊标准节吊装螺栓连接及安装
桩钢筋下笼
桩砼浇筑
格构柱加强缀条焊接
塔吊运行、调试、验收
格构柱标高调整
钢平台盖板及加劲肋焊接
塔吊基础开挖
塔吊基础格构柱和钢筋笼制作
塔吊基础焊接检查和验收
土方开挖
塔吊基础验收
（二）技术要求
1、格构柱吊（插）入桩孔时，应控制钢构柱的垂直与水平二个方向的偏位。
特别需防止浇捣混凝土后钢构柱的偏位，格构柱施工应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定。
格构式钢柱安装的允许偏差：
项目
允许偏差（mm）
检验方法
柱端中心线对轴线的偏差
0～20
用吊线和钢尺检查
柱基准点标高
±10
用水准仪检查
柱轴线垂直度
0.5H/100且≤35
用经纬仪或吊线和钢尺检查
注：
表中H为格构式钢柱的总长度。
2、基础混凝土采用商品混凝土，基础表面平整度允许偏差1/1000；钢筋混凝土承台施工应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002的规定。
3、本塔吊基础桩采用钻孔灌注柱，钻孔灌注柱施工应符合《地基与基础施工质量验收规范》GB50202-2002、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002的规定
3、钢构柱应在工厂制作，成品后运往工地。
现场焊接水平杆与斜撑杆（柱间支撑）等构件，由现场施焊。
4、钢材及焊接材料的品种、规格、性能等应符合国家产品标准和设计要求。
焊条等焊接材料与母材的匹配应符合设计要求及《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002D规定。
5、土方开挖时，格构系统的水平撑、斜拉撑，必须随着土方开挖深度及时设置并焊接，
6、焊工应经考试合格并取得合格证书。
7、格构式钢柱及缀板的拼接误差应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001的规定，焊缝表面不得有裂纹、夹渣、焊瘤、弧坑裂纹、气孔、电弧擦伤等缺陷。
8、起重机的金属结构、及所有电气设备的金属外壳，应有可靠的接地装置，接地电阻不应大于10Ω。
9、按塔机说明书，核对基础施工质量关键部位。
10、检测塔机基础的几何位置尺寸误差，应在允许范围内，测定水平误差大小，以便准备垫铁。
11、机脚螺丝应严格按说明书要求的平面尺寸设置，允许偏差不得大于5mm。
12、基础砼使用商品混凝土应具有出厂合格证或试验报告，浇筑完毕后应浇水养护，有同条件养护砼试块试验报告，强度必须达到安装说明书要求。
13、塔吊基础砼浇筑后应按规定制作试块，基础内钢筋必须经质检、监理部门验收合格方可浇筑砼，并应作好、隐检记录。
以备作塔吊验收资料。
14、塔吊基础底部土质应良好，开挖经业主、设计、勘察、监理等部门验槽，符合设计要求及地质报告概述方可施工。
15、塔机的避雷装置宜在基础施工时首先预埋好，塔机的避雷针可用横截面不小于16mm2的绝缘铜电缆或横截面30mm×3.5mm表面经电镀的金属条直接与基础底板钢筋焊接相连，接地件至少插入地面以下1.5m。
16、塔吊基础施工结束后应在四角设置沉降观测点，并完成初始高程测设，在上部结构安装前再测一次，以后在上部结构安装后每月测设一次，发现沉降过大、过快、不均匀沉降等异常情况应立即停止使用，并汇报公司工程技术部门分析处理后，方可决定可断续使用或不能使用。
（三）安全措施
为保证钢平台塔吊基础施工过程及塔吊运转过程中的安全，针对本工艺，应采取以下安全措施：
8.1建立健全项目安全管理体系，塔吊基础施工过程中应有专职安全员负责。
8.2切割机操作工、汽车吊司机、起重操作工必须经过专业培训，持证上岗。
8.3在钢筋笼、格构柱及塔吊标准节吊装前，应认真检查吊装用的钢丝绳套，卡环是否可靠，严格按更新标准及时更新。
8.4吊装作业时，应设置警示标识，在吊装区域内，不得有人停留或通过。
8.5电焊操作人员应戴绝缘手套、穿绝缘鞋。
8.6电焊机、切割机的操作应符合国家标准的有关规定。
工具的电源线、插头和插座应完好，电源线不得任意接长和调换，工具的外绝缘应完好无损，维修和保管应有专人负责。
8.7塔吊基础施工完后，必须要对焊缝质量进行检查和验收合格，才能进行标准节的吊装。
所有焊缝焊脚高度不得小于10mm。
8.8塔吊使用过程中，应定期对钢平台标高、塔吊垂直度进行监测，定期检查焊缝外观及螺栓紧固程度，发现异常及时采取措施。
8.9在土方开挖过程中，随着格构柱自由高度增加，应及时加焊缀条进行加强。
五、塔吊穿地下室处理措施
本工程塔吊均布置在地下室中，塔吊穿地下室的处理措施如下：
本工程塔吊基础顶标高在地下室基础垫层面标高（-11.40m），格构式钢柱顶标高在地下室顶板向上500mm（-1.00），施工时将穿越基础底板及地下室一、二层楼层，因此在穿越楼层部位板中间，格构柱上预焊接3厚的止水钢板。
六、格构式钢平台基础计算书
（一）塔机属性
塔机型号
QTZ63（ZJ5311）
塔机独立状态的最大起吊高度H0（m）
40
塔机独立状态的计算高度H（m）
43
塔身桁架结构
方钢管
塔身桁架结构宽度B（m）
1.6
（二）塔机荷载
塔机竖向荷载简图
1、塔机自身荷载标准值
塔身自重G0（kN）
251
起重臂自重G1（kN）
37.4
起重臂重心至塔身中心距离RG1（m）
22
小车和吊钩自重G2（kN）
3.8
最大起重荷载Qmax（kN）
60
最大起重荷载至塔身中心相应的最大距离RQmax（m）
11.5
最小起重荷载Qmin（kN）
13
最大吊物幅度RQmin（m）
50
最大起重力矩M2（kN·m）
Max[60×11.5，13×50]＝690
平衡臂自重G3（kN）
19.8
平衡臂重心至塔身中心距离RG3（m）
6.3
平衡块自重G4（kN）
89.4
平衡块重心至塔身中心距离RG4（m）
11.8
2、风荷载标准值ωk（kN/m2）
工程所在地
上海上海
基本风压ω0（kN/m2）
工作状态
0.2
非工作状态
0.55
塔帽形状和变幅方式
锥形塔帽，小车变幅
地面粗糙度
C类（有密集建筑群的城市市区）
风振系数βz
工作状态
1.77
非工作状态
1.77
风压等效高度变化系数μz
0.94
风荷载体型系数μs
工作状态
1.95
非工作状态
1.95
风向系数α
1.2
塔身前后片桁架的平均充实率α0
0.35
风荷载标准值ωk（kN/m2）
工作状态
0.8×1.2×1.77×1.95×0.94×0.2＝0.62
非工作状态
0.8×1.2×1.77×1.95×0.94×0.55＝1.71
3、塔机传递至基础荷载标准值
工作状态
塔机自重标准值Fk1（kN）
251+37.4+3.8+19.8+89.4＝401.4
起重荷载标准值Fqk（kN）
60
竖向荷载标准值Fk（kN）
401.4+60＝461.4
水平荷载标准值Fvk（kN）
0.62×0.35×1.6×43＝14.93
倾覆力矩标准值Mk（kN·m）
37.4×22+3.8×11.5-19.8×6.3-89.4×11.8+0.9×（690+0.5×14.93×43）＝596.74
非工作状态
竖向荷载标准值Fk'（kN）
Fk1＝401.4
水平荷载标准值Fvk'（kN）
1.71×0.35×1.6×43＝41.18
倾覆力矩标准值Mk'（kN·m）
37.4×22-19.8×6.3-89.4×11.8+0.5×41.18×43＝528.51
4、塔机传递至基础荷载设计值
工作状态
塔机自重设计值F1（kN）
1.2Fk1＝1.2×401.4＝481.68
起重荷载设计值FQ（kN）
1.4FQk＝1.4×60＝84
竖向荷载设计值F（kN）
481.68+84＝565.68
水平荷载设计值Fv（kN）
1.4Fvk＝1.4×14.93＝20.9
倾覆力矩设计值M（kN·m）
1.2×（37.4×22+3.8×11.5-19.8×6.3-89.4×11.8）+1.4×0.9×（690+0.5×14.93×43）＝898.06
非工作状态
竖向荷载设计值F'（kN）
1.2Fk'＝1.2×401.4＝481.68
水平荷载设计值Fv'（kN）
1.4Fvk'＝1.4×41.18＝57.65
倾覆力矩设计值M'（kN·m）
1.2×（37.4×22-19.8×6.3-89.4×11.8）+1.4×0.5×41.18×43=811.29
（三）钢平台计算
钢平台宽b（m）
0.75
钢平台板厚t（mm）
20
塔吊基础节加固杆件截面类型
槽钢
塔吊基础节加固杆件型号
32a号槽钢
钢平台总重Gp1（kN）
55
格构式钢柱总重Gp2（kN）
1000
锚栓孔直径R（mm）
36
钢平台与格构柱连接角焊缝焊角尺寸hf1（mm）
10
节点板与格构柱连接角焊缝焊角尺寸hf2（mm）：
8
钢平台单边节点板个数n1
2
节点板厚t1（mm）
20
节点板高h1（mm）
300
节点板宽b1（mm）
150
桩对角线距离：
L=（ab2+al2）0.5=（1.62+1.62）0.5=2.263m
1、钢板强度验算
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax1=F/n+M/L=565.68/4+898.062/2.263=538.266kN
Qmin1=F/n-M/L=565.68/4-898.062/2.263=-255.426kN
简化钢平台板为单向板（断面扣除2个锚栓孔直径）承载计算,
钢板自重：
q=78.5×t×a=78.5×0.02×0.45=0.706kN/m
M中1=qa2/8+Qmaxa/4=0.706×0.452/8+538.266×0.45/4=60.573kN·m
M中2=qa2/8+Qmina/4=0.706×0.452/8+-255.426×0.45/4=-28.718kN·m
M=60.573kN·m
hc=（Ac×（160+t）+（a-2R）t2/2）/（Ac+（a-2R）t）=（4870×（160+20）+（450-2×36）×202/2）/（4870+（450-2×36）×20）=76.605mm
W=（（a-2R）t3/12+（a-2R）t×（hc-t/2）2+Ix+Ac×（160+t-hc）2）/max（（320+t-hc），hc）=（（450-2×36）×203/12+（450-2×36）×20×（76.605-20/2）2+75980600+4870×（160+20-76.605）2）/max（（320+20-76.605），76.605）=614413.07mm3
σ=M/W=60.573×106/614413.07=98.587N/mm2≤f=215N/mm2
满足要求！
2、焊缝验算
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax2=（F+1.35Gp1）/n+M/L=（565.68+1.35×55）/4+898.062/2.263=556.828kN
Qmin2=（F+1.35Gp1）/n-M/L=（565.68+1.35×55）/4-898.062/2.263=-236.863kN
钢平台与格构柱连接角焊缝：
hf1=10mm
焊缝长度lw1=4×2×l=4×2×110=880mm
节点板与钢平台连接采用双面角焊缝：
hf2=8mm
焊缝长度lw2=4×2×n1×b1=4×2×2×150=2400mm
考虑安装焊缝折减系数取0.8
焊缝应力：
σ=Qmin2/（0.8×0.7×（lw1×hf1+lw2×hf2））=236.863×103/（0.8×0.7×（880×10+2400×8））=15.106N/mm2≤f=160N/mm2
节点板与格构柱连接采用双面角焊缝：
hf2=8mm
焊缝长度lw3=4×2×n1×h1=4×2×2×200=3200mm
考虑安装焊缝折减系数取0.8
σ=N/（0.8×0.7×lw3×hf2））=556.828×103/（0.8×0.7×3200×8）=38.841N/mm2≤f=160N/mm2满足要求！
（四）桩顶作用效应计算
基础布置
桩数n
4
下承台高度h（m）
1.3
下承台长l（m）
5
下承台宽b（m）
5
下承台长向桩心距al（m）
1.6
下承台宽向桩心距ab（m）
1.6
桩直径d（m）
0.6
下承台参数
下承台混凝土等级
C35
下承台混凝土自重γC（kN/m3）
25
下承台上部覆土厚度h'（m）
0
下承台上部覆土的重度γ'（kN/m3）
19
下承台混凝土保护层厚度δ（mm）
50
承台及其上土的自重荷载标准值：
Gk=bl（hγc+h'γ'）=5×5×（1.3×25+0×19）=812.5kN
承台及其上土的自重荷载设计值：
G=1.2Gk=1.2×812.5=975kN
桩对角线距离：
L=（ab2+al2）0.5=（1.62+1.62）0.5=2.26m
1、荷载效应标准组合
轴心竖向力作用下：
Qk=（Fk+Gk+Gp1+Gp2）/n=（461.4+812.5+55+1000）/4=582.225kN
荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：
Qkmax=（Fk+Gk+Gp1+Gp2）/n+（Mk+FVkh）/L
=（461.4+812.5+55+1000）/4+（596.74+14.93×8.92）/2.26=904.805kN
Qkmin=（Fk+Gk+Gp1+Gp2）/n-（Mk+FVkh）/L
=（461.4+812.5+55+1000）/4-（596.74+14.93×8.92）/2.26=259.64kN
2、荷载效应基本组合
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax=（F+G+1.35×（Gp1+Gp2））/n+（M+Fvh）/L
=（565.68+975+1.35×（55+1000））/4+（898.06+20.9×8.92）/2.26=1220.522kN
Qmin=（F+G+1.35×（Gp1+Gp2））/n-（M+Fvh）/L
=（565.68+975+1.35×（55+1000））/4-（898.06+20.9×8.92）/2.26=261.943kN
（五）格构柱计算
格构柱参数
格构柱缀件形式
缀板
格构式钢柱的截面边长a（mm）
450
格构式钢柱计算长度H0（m）
11.4
缀板间净距l01（mm）
350
格构柱伸入灌注桩的锚固长度（m）
2.5
格构柱分肢参数
格构柱分肢材料
L110X10
分肢材料截面积A0（cm2）
21.26
分肢对最小刚度轴的回转半径iy0（cm）
2.17
格构柱分肢平行于对称轴惯性矩I0（cm4）
242.19
分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0（cm）
3.09
分肢材料强度设计值fy（N/mm2）
235
分肢材料抗拉、压强度设计值f（N/mm2）
215
格构柱缀件参数
格构式钢柱缀件材料
424×250×10
格构式钢柱缀件截面积A1x'（mm2）
2500
焊缝参数
角焊缝焊脚尺寸hf（mm）
10
焊缝计算长度lf（mm）
200
焊缝强度设计值ftw（N/mm2）
160
1、格构式钢柱换算长细比验算
整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：
I=4[I0+A0（a/2-Z0）2]=4×[242.19+21.26×（45.00/2-3.09）2]=33007.42cm4
整个构件长细比：
λx=λy=H0/（I/（4A0））0.5=1140/（33007.42/（4×21.26））0.5=57.86
分肢长细比：
λ1=l01/iy0=35.00/2.17=16.13
分肢毛截面积之和：
A=4A0=4×21.26×102=8504mm2
格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：
λ0max=（λx2+λ12）0.5=（57.862+16.132）0.5=60.07
满足要求！
2、格构式钢柱分肢的长细比验算
λ1=16.13≤min（0.5λ0max，40）=min（0.5×60.07，40）=30.04
满足要求！
3、格构式钢柱受压稳定性验算
λ0max（fy/235）0.5=60.07×（215/235）0.5=57.46
查表《钢结构设计规范》GB50017附录C：
b类截面轴心受压构件的稳定系数：
φ=0.823
Qmax/（φA）=1220.52×103/（0.823×8504）=174.39N/mm2≤f=215N/mm2
满足要求！
4、缀件验算
缀件所受剪力：
V=Af（fy/235）0.5/85=8504×215×10-3×（235/235）0.5/85=21.51kN
格构柱相邻缀板轴线距离：
l1=l01+25=35.00+25=60cm
作用在一侧缀板上的弯矩：
M0=Vl1/4=21.51×0.6/4=3.23kN·m
分肢型钢形心轴之间距离：
b1=a-2Z0=0.45-2×0.0309=0.39m
作用在一侧缀板上的剪力：
V0=Vl1/（2·b1）=21.51×0.6/（2×0.39）=16.62kN
角焊缝面积：
Af=0.8hflf=0.8×10×200=1600mm2
角焊缝截面抵抗矩：
Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×2002/6=46667mm3
垂直于角焊缝长度方向应力：
σf=M0/Wf=3.23×106/46667=69N/mm2
垂直于角焊缝长度方向剪应力：
τf=V0/Af=16.62×103/1600=10N/mm2
（（σf/1.22）2+τf2）0.5=（（69/1.22）2+102）0.5=58N/mm2≤ftw=160N/mm2
满足要求！
（六）桩承载力验算
桩参数
桩混凝土强度等级
C30
桩基成桩工艺系数ψC
0.75
桩混凝土自重γz（kN/m3）
25
桩混凝土保护层厚度б（mm）
50
桩入土深度lt（m）
27
桩间侧阻力折减系数ψ
0.8
桩配筋
自定义桩身承载力设计值
否
桩混凝土类型
钢筋混凝土
桩身普通钢筋配筋
HRB3359Φ18
桩裂缝计算
钢筋弹性模量Es（N/mm2）
200000
法向预应力等于零时钢筋的合力Np0（kN）
11
最大裂缝宽度ωlim（mm）
0.2
普通钢筋相对粘结特性系数V
1
地基属性
是否考虑承台效应
是
承台效应系数ηc
0.07
土名称
土层厚度li（m）
侧阻力特征值qsia（kPa）
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