塔吊基础施工方案.docx
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塔吊基础施工方案
塔吊基础施工方案
一、编制依据
1、宁波渔轮厂地块项目工程地质勘察报告（详勘）
2、宁波渔轮厂地块项目设计图纸
3、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）
4、《建筑桩基技术规范》（JGJ94－2008）
5、《钢结构设计规范》（GB50017－2003）
6、《建筑结构荷载规范》（GB5009－2001）
7、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
二、工程概况
宁波渔轮厂地块项目，为甬江3-11#地块，原为渔轮厂，位于宁波市江东区，惊驾路以北，滨江大道以东，江东北路以西。
工程总建筑面积139091m2，由1幢超高层建筑和2幢商业用房组成。
其中，38层超高层办公楼采用框架-核心筒结构，建筑面积74905m2；地上3-4层商业用房采用混合框架结构，建筑面积25805m2；2层地下室为钢筋砼框架结构，建筑面积38381m2。
三、塔吊布置
根据工程施工需要和场地实际情况，考虑选用4台塔吊，型号均为QTZ63（各塔吊布置见附图1）。
1#塔吊设在8轴~R轴左下侧，起升高度30m；2#塔吊设15~N轴右侧，起升高度30m；3#塔吊设在13~G轴左下侧，起升高度30m；4#塔吊设在1轴~F轴右侧，起升高度30m。
其中：
1#、2#、3#塔吊均位于地下室内，采用格构柱钢筋砼承台基础；4#塔吊位于场地外，采用四桩钢筋砼承台基础。
四、各塔吊基础所处土层概况
根据附图1中的塔吊布置图，结合工程勘察报告各钻孔号平面布置图，1#塔吊对应ZK13，2#塔吊对应ZK20，3#塔吊对应ZK31，4#塔吊对应ZK34，各钻孔所处土层分布概况如附图2~5示。
各土层设计参数建议值表如附图6示。
五、塔吊基础主要参数
各塔吊基础主要参数如表1示。
表1各塔吊基础主要参数
塔吊
1#
2#
3#
4#
钢筋砼承台
4.5×4.5×1.3
4.5×4.5×1.3
4.4×4.4×1.2
4.0×4.0×1.2
承台砼与钢筋
C35砼，Φ20钢筋，HRB335，保护层厚度50mm，箍筋间距250mm
钻孔灌注桩
Φ800
Φ800
Φ800
Φ700
桩砼与钢筋
C30砼，Φ18钢筋，HRB335
桩中心距/m
2.9
3.2
3.2
3
有效桩长/m
35
30
30
25
桩承台标高/m
-2.5
-2.5
-2.5
-0.3
桩进入持力层
8a粉砂
7粉质粘土
6粉质粘土
5c粉质粘土
格构柱规格
4L100×10，截面宽度0.46m
——
六、各塔吊基础的计算
1~3#塔吊
1、基本参数
塔吊型号：
QTZ63；标准节长度b：
2.5m；
塔吊自重Gt：
450.8kN；塔吊地脚螺栓性能等级：
普通8.8级；
最大起重荷载Q：
60kN；塔吊地脚螺栓的直径d：
20mm；
塔吊起升高度H：
30m；塔吊地脚螺栓数目n：
12个；
塔身宽度B:
2.5m；
2、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；
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：
浙江宁波市，基本风压ω0：
0.5kN/m2；
额定起重力矩Me：
630kN·m；基础所受水平力P：
30kN；
塔吊倾覆力矩M：
1210.35kN·m；
工作状态：
所处城市：
浙江宁波市，基本风压ω0：
0.5kN/m2，
额定起重力矩Me：
630kN·m；基础所受水平力P：
30kN；
塔吊倾覆力矩M：
1210.35kN·m；
6.11#塔吊格构式基础
1、格构柱基本参数
格构柱计算长度lo：
8.15m；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：
L100x10；
格构柱基础缀件节间长度a2：
2m；格构柱钢板缀件参数:
宽100mm，厚10mm；
格构柱截面宽度b1：
0.46m；格构柱基础缀件材料类型：
L63x5；
2、格构柱基础力学参数
单肢格构柱力学参数：
Ix1=32029.07cm4，An1=77.04cm2，W1=1588.74cm3，ix1=20.39cm
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=[32029.07+77.04×（2.90×102/2-0.46×102/2）2]×4=4714769.71cm4；
An2=An1×4=77.04×4=308.16cm2；
W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=4714769.71/（2.90×102/2-0.46×102/2）=38645.65cm3；
ix2=（Ix2/An2）0.5=（4714769.71/308.16）0.5=123.69cm；
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
承台自重：
Gc=25×Bc×Bc×h=25×4.50×4.50×1.30=658.13kN；
作用在基础上的垂直力：
Fk=Gt+Gc=450.80+658.13=1108.93kN；
2、塔吊风荷载计算
地处浙江宁波市，基本风压ω0=0.5kN/m2；
挡风系数计算：
φ=（3B+2b+（4B2+b2）1/2c/Bb）
挡风系数Φ=0.72；
体型系数μs=1.90；
查表得：
荷载高度变化系数μz=1.00；
高度z处的风振系数取：
βz=1.0；
所以风荷载设计值为：
ω=0.7×βz×μs×μz×ω0=0.7×1.00×1.90×1.00×0.50=0.66kN/m2；
3、塔吊弯矩计算
风荷载对塔吊基础产生的弯矩计算：
Mω=ω×Φ×B×H×H×0.5=0.66×0.72×2.50×30.00×30.00×0.5=541.35kN·m；
总的最大弯矩值：
Mmax=1.4×（Me+Mω+P×h）=1.4×（630.00+541.35+30.00×1.30）=1210.35kN·m；
4、塔吊水平力计算
水平力：
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.50×2.50×30.00×0.72+30.00=57.14kN；
5、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力：
Fk=1108.93kN；Mkmax=1210.35kN·m；Vk=57.14kN；
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
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）=1108.93/4+（1210.35×2.90×2-0.5）/（2×（2.90×2-0.5）2）=572.35kN；
最小压力：
Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=1108.93/4-（1210.35×2.90×2-0.5）/（2×（2.90×2-0.5）2）=-17.89kN；
需要验算桩基础抗拔力。
（2）、桩顶剪力的计算
V0=1.2Vk/4=1.2×57.14/4=17.14kN；
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=1×3.14×20.002×320/4=100.53kN；
Nv=1.2Vk/n=1.2×57.14/12=5.71kN<100.53kN；
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=3.14×17.652×400/4=97.92kN；
Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×17.89/3.00=7.16kN<97.92kN；
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）0.5=（（5.71/100.53）2+（7.16/97.92）2）0.5=0.09≤1
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、承台弯矩的计算
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.1条。
Mx=∑Niyi
My=∑Nixi
其中Mx,My－计算截面处XY方向的弯矩设计值；
xi,yi－单桩相对承台中心轴的XY方向距离，取（a-B）/2=（2.90-2.50）/2=0.20m；
Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx=My=2×0.20×407.82×1.2=195.75kN·m。
2、螺栓粘结力锚固强度计算
锚固深度计算公式:
h≥N/πd[fb]
其中N－锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=7.16kN；
d－楼板螺栓的直径，d=20mm；
[fb]－楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，[fb]=1.57N/mm2；
h－楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h≥7.16×103/（3.14×20.00×1.57）=72.54mm；
构造要求：
h≥440.00mm；
螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于440.00mm。
3、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。
αs=M/（α1fcbh02）=195.75×106/（1.000×16.700×4.500×103×（1250.000）2）=0.002；
ζ=1-（1-2αs）1/2=1-（1-2×0.002）0.5=0.002；
γs=1-ζ/2=1-0.002/2=0.999；
As=M/（γsh0fy）=195.75×106/（0.999×1250.000×300）=522.445mm2；
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:
1300×4500×0.15%=8775mm2；
建议配筋值：
HRB335钢筋，Φ20@155。
承台底面单向根数28根。
实际配筋值8797.6mm2。
4、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.10条。
桩对矩形承台的最大剪切力为V=686.82kN。
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：
V≤βhsαftb0h0
其中，b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=4500.00mm；
λ－计算截面的剪跨比，λ=a/ho，此处，a=（2900.00-2500.00）/2=200.00mm，
当λ<0.25时，取λ=0.25；当λ>3时,取λ=3，得λ=0.25；
βhs──受剪切承载力截面高度影响系数，当h0＜800mm时，取h0=800mm，h0＞2000mm时，取h0=2000mm，其间按内插法取值，βhs=（800/1250）1/4=0.894；
α──承台剪切系数，α=1.75/（0.25+1）=1.4；
ho－承台计算截面处的计算高度，ho=1300.00-50.00=1250.00mm；
686.82kN≤0.89×1.4×1.57×4500×1250/1000=11058.47kN；
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！
四、单肢格构柱截面验算
1、格构柱力学参数
L100x10：
A=19.26cm2，i=3.05cm，I=179.51cm4，z0=2.84cm
每个格构柱由4根角钢L100x10组成，格构柱力学参数如下：
Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[179.51+19.26×（46.00/2-2.84）2]×4=32029.07cm4；
An1=A×4=19.26×4=77.04cm2；
W1=Ix1/（b1/2-z0）=32029.07/（46.00/2-2.84）=1588.74cm3；
ix1=（Ix1/An1）0.5=（32029.07/77.04）0.5=20.39cm；
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=686.82×103/（77.04×102）=89.15N/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=lo=8.15m；
λx1=L0x1×102/ix1=8.15×102/20.39=39.97；
单肢缀板节间长度：
a1=0.50m；
λ1=L1/iv=50.00/1.96=25.51；
λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（39.972+25.512）0.5=47.42；
查表：
Φx=0.87；
Nmax/（ΦxA）=686.82×103/（0.87×77.04×102）=102.72N/mm2格构柱整体稳定性满足要求。
4、刚度验算
λmax=λ0x1=47.42<[λ]=150满足；
单肢计算长度：
l01=a1=50.00cm；
单肢回转半径：
i1=3.05cm；
单肢长细比：
λ1=lo1/i1=50/3.05=16.39<0.7λmax=0.7×47.42=33.19；
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、格构柱基础平面内整体强度
1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=1330.71×103/（308.16×102）+1694.49×106/（1.0×38645.65×103）=87.03N/mm2格构式基础平面内稳定满足要求。
2、格构柱基础整体稳定性验算
L0x2=lo=8.15m；λx2=L0x2/ix2=8.15×102/123.69=6.59；
An2=308.16cm2；Ady2=2×6.14=12.28cm2，λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（6.592+40×308.16/12.28）0.5=32.36；
查表：
φx=0.93；
NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22
NEX=54390.62N；
1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））≤f
1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=44.53N/mm2≤f=300N/mm2；
格构式基础整体稳定性满足要求。
3、刚度验算
λmax=λ0x2=32.36<[λ]=150满足；
单肢计算长度：
l02=a2=200.00cm；单肢回转半径：
ix1=20.39cm；
单肢长细比：
λ1=l02/ix1=200/20.39=9.81<0.7λmax=0.7×32.36=22.65
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
式中：
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
19.0011.000.00淤泥质粉质粘土
24.3027.00600.00粘土
39.1025.00500.00粉质粘土
45.9023.00400.00粉质粘土
52.1032.00800.00粉质粘土
66.9080.002100.00粉砂
由于桩的入土深度为35.00m,所以桩端是在第6层土层（工程勘察报告对应第8a土层）。
单桩竖向承载力验算:
Quk=2.513×1013.5+2100×0.503=3602.778kN；
单桩竖向承载力特征值：
R=Ra=Quk/2=3602.778/2=1801.389kN；
Nk=572.351kN≤1.2R=1.2×1801.389=2161.667kN；
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=1952.651kN；
群桩呈整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值：
Tgk=（ulΣλiqsikli）/4=2874.659kN；
ul－桩群外围周长，ul=4×（2.9+0.8）=14.8m；
经过计算得到：
TUk=Σλiqsikuili＝1952.65kN；
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=17.89kN；
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=2395.75kN；Gp-基桩自重设计值，Gp=439.82kN；
Tgk/2+Ggp=2874.659/2+2395.75=3833.08kN>17.888kN；
Tuk/2+Gp=1952.651/2+439.823=1416.148kN>17.888kN；
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！
建议配筋值：
HRB335钢筋，13Φ18。
实际配筋值3308.5mm2。
工作状态下荷载计算
一、塔吊受力计算
1、塔吊竖向力计算
承台自重：
Gc=25×Bc×Bc×h=25×4.50×4.50×1.30=658.13kN；
作用在基础上的垂直力：
Fk=Gt+Gc+Q=450.80+658.13+60.00=1168.93kN；
2、塔吊风荷载计算
地处浙江宁波市，基本风压ω0=0.5kN/m2；
挡风系数计算：
φ=（3B+2b+（4B2+b2）1/2c/Bb）
挡风系数Φ=0.72；
体型系数μs=1.90；
查表得：
荷载高度变化系数μz=1.00；
高度z处的风振系数取：
βz=1.0；
所以风荷载设计值为：
ω=0.7×βz×μs×μz×ω0=0.7×1.00×1.90×1.00×0.50=0.66kN/m2；
3、塔吊弯矩计算
风荷载对塔吊基础产生的弯矩计算：
Mω=ω×Φ×B×H×H×0.5=0.66×0.72×2.50×30.00×30.00×0.5=541.35kN·m；
总的最大弯矩值：
Mmax=1.4×（Me+Mω+P×h）=1.4×（630.00+541.35+30.00×1.30）=1210.35kN·m；
4、塔吊水平力计算
水平力：
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.50×2.50×30.00×0.72+30.00=57.14kN
5、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力：
Fk=1168.93kN；Mkmax=1210.35kN·m；Vk=57.14kN；
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；
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）=1168.93/4+（1210.35×2.90×2-0.5）/（2×（2.90×2-0.5）2）=587.35kN；
最小压力：
Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=1168.93/4-（1210.35×2.90×2-0.5）/（2×（2.90×2-0.5）2）=-2.89kN；
需要验算桩基础抗拔力。
（2）、桩顶剪力的计算
V0=1.2V/4=1.2×57.14/4=17.14kN；
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=1×3.14×20.002×320/4=100.53kN；
Nv=1.2Vk/n=1.2×57.14/12=5.71kN<100.53kN；
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=3.14×17.652×400/4=97.92kN；
Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×2.89/3.00=1.16kN<97.92kN；
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）0.5=（（5.71/100.53）2+（1.16/97.92）2）0.5=0.06≤1
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、承台弯矩的计算
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.1条。
Mx=∑Niyi
My=∑Nixi
其中Mx,My－计算截面处XY方向的弯矩设计值；
xi,yi－单桩相对承台中心轴的XY方向距离，取（a-B）/2=（2.90-2.50）/2=0.20m；
Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx=My=2×0.20×422.82×1.2=202.95kN·m。
2、螺栓粘结力锚固强度计算
锚固深度计算公式:
h≥N/πd[fb]
其中N－锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=1.16kN；
d－楼板螺栓的直径，d=20mm；
[fb]－楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，[fb]=1.57N/mm2；
h－楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h≥1.16×103/（3.14×20.00×1.57）=11.71mm；
构造要求：
h≥440.00mm；
螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于440.00mm。
3、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。
αs=M/（α1fcbh02）=202.95×106/（1.000×16.700×4.500×103×（1250.000）2）=0.002；
ζ=1-（1-2αs）1/2=1-（1-2×0.002）0.5=0.002；
γs=1-ζ/2=1-0.002/2=0.999；
As=M/（γsh0fy）=202.95×106/（0.999×1250.000×300）=541.678mm2；
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:
1300×4500×0.15%=8775mm2；
建议配筋值：
HRB335钢筋，Φ20@155。
承台底面单向根数28根。
实际配筋值8797.6mm2。
4、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）的第5.9.10条。
桩对矩形承台的最大剪切力为V=704.82kN。
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：
V≤βhsαftb0h0
其中，b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=4500.00mm；
λ－计算截面的剪跨比，λ=a/ho，此处，a=（2900.00-2
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