桥梁人论坛分享塔吊基础设计计算方案.docx
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桥梁人论坛分享塔吊基础设计计算方案
塔吊基础设计计算方案
第一部分：
方案的选定2
一、设计依据2
二、塔吊选型2
三、塔吊位置的确定2
四、塔吊基础的确定3
五、塔吊基础施工4
第二部分：
QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书5
一．参数信息5
二．塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算5
三.矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算6
（一）单桩允许承载力特征值计算7
（二）单桩桩顶作用力的计算和承载力验算7
（三）矩形承台弯矩的计算9
四、矩形承台截面主筋的计算10
五、矩形承台截面抗剪切计算11
六、抗倾覆验算12
七、桩配筋计算12
第三部分：
塔吊附着计算14
一、支座力计算14
二、附着杆内力计算16
三、附着杆强度验算17
1.杆件轴心受拉强度难验算17
2.杆件轴心受压强度验算17
四、附着支座连接的计算18
五、附着设计与施工的注意事项18
第一部分：
方案的选定
一、设计依据
Ø《建筑桩基础技术规范》JGJ84—94
Ø《混凝土结构设计规范》GB50040—2002
Ø《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002
Ø《建筑地基基础设计规范》DB33/1001—2003
Ø《建筑机械使用安全规程》JGJ33—2001
Ø《建筑结构荷载规范》GB50009—2002
Ø本工程《岩石工程勘察报告》
Ø施工图纸
Ø简明施工计算手册
Ø塔吊使用说明书
二、塔吊选型
本工程为框剪结构，地下一层，总建筑面积246389m2、本标段72500m2。
地上18~32层，地下室Ⅱ区地面结构标高为-5.6m,地下室Ⅱ区顶板结构标高为-1.20m,板厚500mm,5#--6#楼建筑物高度最大为98.6m,5#--6#楼构架顶标高105.3m,7#--9#楼建筑物高度最大为55.3m,7#--9#楼构架顶标高62m。
根据本工程特点、布局，拟选用4台浙江凯达电梯制造有限公司制造的QTZ63型液压自升塔式起重机（简称塔吊），其相关技术参数适用于本工程垂直运输需要。
三、塔吊位置的确定
为最大限度的满足施工需要，拟将塔吊位置作如下确定：
塔吊基础：
5#塔吊设置在5#楼E—F轴/24—25轴，7#塔吊设置在7#楼E—F轴/8—6轴，8#塔吊设置在8#楼Q轴/8—9轴，9#塔吊设置在9#楼B1轴/13轴，具体详见塔吊平面布置图。
塔吊基础的确定
1.地质参数以本工程《岩石工程勘察报告》中有关资料为计算依据（以Z50孔为依据），其主要设计参数（见土层设计计算参数表）。
土层序号
土层名称
土层层厚（m）
单桩桩侧阻力特征值qsia（kpa）
单桩桩端阻力特征值qpa（kpa）
2-1
粉质粘土
1．2
18
2-2
粘质粉土
4．6
15
3-1
淤泥质粘土
5．58
7
3-2
淤泥质粉质粘土
10．2
8
4-1
粉土夹粉砂
9．7
13
4-2
粉砂
4．1
23
5-1
粉质粘土
4．1
15
5-2
粉质粘土夹粉土
3．2
16
6-1
砾砂
1．5
26
6-2
圆砾
4．4
40
2500
2.塔吊基础受力情况（说明书提供）
荷载工况
基础荷载
P（kN）
M（kN.m）
F
Fh
M
MZ
工作状态
511．2
18．3
1335
269．3
非工作状态
464．1
73．9
1552
0
3.所定的塔吊位根据建筑结构条件、地质条件以及塔吊各项技术参数确定：
塔吊基础桩采用机械钻孔混凝土灌注桩，桩径800，桩长38M（有效桩长），桩身混凝土C25，钢筋笼全长配筋16A20，A8@100/200（螺旋箍），附加箍筋A14@2000，桩顶3000内A8@100，钢筋伸入承台800，桩数4根。
桩顶标高为-7.10（-7.25）m,桩位布置及基础承台平面尺寸详见附图。
4.采用钢筋混凝土承台，尺寸为4000×4000×1000mm，内配钢筋双层双向A20@200，承台混凝土强度C30，承台顶标高-6.15（6.30）m,基础下100厚C15混凝土垫层。
在塔吊承台位置地下室底板预留洞4000×4000，四周设一道止水板，与基础连接处用100厚泡沫板相隔并做防水处理。
塔吊基础处后浇带处理方法同地下室后浇带。
塔身穿楼板处，楼板预留洞四周比塔身外围大500mm（2600×2600）,该处梁板后浇带处理方法同地下室顶板后浇带。
四、塔吊基础施工
塔吊基础混凝土机械钻孔桩，将由在现场施工工程桩的施工队伍施工，并按其专项施工方案进行操作。
考虑到今后塔吊安装方便，施工中有关预埋件需同步进行埋设，并要确保其位置准确性。
塔吊基坑土方开挖时间随同本工程地下室，并预先施工。
由于塔吊基础在地下室顶板以下，故在塔吊基础施工前，要对基础处挖基坑，基坑支护围护做法如下：
鉴于现场自然地坪标高为-1.6900M,塔吊基坑底标高为-6.55M，实际挖深-4.95M,属深基坑挖设。
场地土质查地质勘察报告为淤泥质土层，难以支护，经比较，选定上层2M大放坡开挖，下层3.4M用钢板桩支护，此支护方法为温州市淤泥质土比较成熟方法。
钢板桩材料选用国标16#槽钢，长度9M，从-4.00M平台处打入土中，外露20cm，四边角加料撑部分用单排槽钢并排打入，中间3M用正反扣连接方式打入，钢板桩内侧加两道水平梁支撑，水平梁用双槽钢扣成方管焊接而成，接头处450拼角，四角斜撑与水平梁接触处除焊接外，另加焊槽钢，以防水平梁受力时斜撑焊缝破坏桥梁人论坛：
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，造成梁突然破坏，水平梁布置两道，第一道距钢板桩上口500处布置，第二道距第一道1500布置，保证钢板受力均匀，不发生变形。
开挖时注意事项：
1.对作业人员做好安全、技术交底、每个人员分工明确。
2.基坑开挖时由施工人员指挥人、机作业、安全员现场协调安全工作。
3.划定作业范围、存土、转土地点、挖机行走路线，作业半径内严禁人员行走。
4.在土方边坡顶，钢板桩顶设置沉降观测点，开挖中与开挖后定时观测，发现异常，立即采取措施。
5.基坑设置专用扶梯，以供人员上下，工人在基坑内作业时，设专人在上面指挥，以免上面物体落入坑内，同时一且发现支护异常，立即通知人员撤出。
6.基坑周边设立警戒线，围护设置，防止与基坑施工无关人员误伤，同时保护基坑内作业人员安全。
7.制定应急措施：
挖掘机随时待命，一旦沉降异常难以控制，即用挖机将支护周围土方挖低御载。
准备工字钢、松木（6M）、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。
第二部分：
QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书
一．参数信息
塔吊型号:
QTZ63C（5709）主要部件重量如下表：
序号
名称
重量（kg）
序号
名称
重量
1
塔顶
2300
9
回转总成
3200
2
平衡臂总成
4500
10
塔身
830×（60÷2。
8）=17430
3
司机室
500
4
起重臂总成
6250
5
平衡重
11700
6
载重小车
238
7
爬升架
3300
8
固定基节
1020
自重（包括压重）F1=50438×9.80665÷1000=496.63kN,最大起重荷载
F2=6×9.80665=58.84kN
塔吊倾覆力距M=1552.00kN.m,塔吊起重高度H=58.8m,塔身宽度B=1.60m
混凝土强度:
C30,钢筋级别:
Ⅱ级,承台长度Lc或宽度Bc=4.00m
桩直径d=0.80m,桩间距a=2.40m,承台厚度Hc=1.00m
基础埋深D=1.00m,承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:
50mm
二．塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算
1.塔吊自重（包括压重）F1=496.63kN
2.塔吊最大起重荷载F2=58.84kN
作用于桩基承桥梁人论坛：
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台顶面的竖向力F=（F1+F2）×1.2=665.56Kn
塔吊的倾覆力矩M=1.4×1552=2172.80kN.m
三.矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
计算简图：
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。
（一）单桩允许承载力特征值计算
1.单桩竖向承载力特征值计算
1）按地基土物理力学指标与承载力参数计算
AP=πr2=0.5024m2
Ra=qpaAp+up∑qsiali（DB33/1001—2003）（9.2.3-1）
qpaAP=0
up∑qsiali=1.88×（5.58×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×1.02）=1282.414KN即Ra=1282.41KN
2）桩身截面强度计算
0.7×11.9×5.03×105=4189.99KN
其中,
——工作条件系数，取0.7
fc ——混凝土轴心抗压强度设计值，fc =11.90N/mm2;
Ap ——桩的截面面积，A=5.03×105mm2。
2.单桩抗拔力特征值计算
Ra’=up∑6iqsiali+GPK（DB33/1001—2003）（9.2.7—1）
=1282.414+429.552=1711.966KN
up∑6iqsiali=1.88×（5.88×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×1.02）=1282.41KN
0.9Gpk=0.9×π×0.42×38×25=429.552KN
（二）单桩桩顶作用力的计算和承载力验算
1.轴心竖向力作用下：
Qk=（FK+GK）/n（DB33/1001—2003）（9.2.1-1）
=（666.56+480）/4=286.64KN
2.偏心竖向力作用下：
按照Mx=Mk=2172.8+73.9×1.0=2246.7KN·m
（DB33/1001—2003）（9.2.1-2）
=
（666.56+750）/4
±
2246.7×1.7×
/
=354.14±476.25
=
3.水平作用下：
=73.9/4=18.48KN
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=666.56kN；
G——桩基承台的自重
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc+20×Bc×Bc×D）
=1.2×（25×4.00×4.00×1.00+20×4.00×4.00×0.00）
=480.00kN；
Mx,My——承台底面的弯矩设计值（kN.m）；取2172.80KN.m;
xi,yi——单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.70m;
Ni——单桩桩顶竖向力设计值（kN）。
（三）矩形承台弯矩的计算
（依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1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=0.90（m）；
Ni1——扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值（kN），Ni1=Ni-G/n=486.17KN/m2;
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×486.17×0.90=875.11KN.m。
四、矩形承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2102）第7.2条受弯构件承载力计算。
式中，α1 ——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;
h0——承台的计算高度Hc-50.00=950.00mm;
fy——钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2;
经过计算得：
875.11×106/（1.00×16.70×4000.00×1000.002）=0.013;
1-（1-2×0.013）0.5=0.013
=1-0.013/2=0.994;
=Asy=875.00×106/（0.994×950.00×300.00）=3088.59mm2。
基础承台配筋为A20@200双向双层（As=3849mm）>3088.59mm2,满足要求。
五、矩形承台截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-94）的第5.6.8条和第5.6.11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=673.67kN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γ0——建筑桩基重要性系数，取1.0；
b0——承台计算截面处的计算宽度，b0=4000mm；
h0——承台计算截面处的计算高度，h0=1000mm；
β——剪切系数
当0.3≤
<1.4时，β=0.12（
+0.3）;
当1.4≤
3.0时，β=0.12（
+1.5）,得β=0.10;
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=200mm。
则，1.00×673.67=6.74×105N≤0.10×300.00×4000×1000=7.63×106N;
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!
六、抗倾覆验算
根据上图所示，可得：
倾覆力矩M倾=M+Fh×H=2172.80+73.9×1=2246.7KN.m
抗倾覆力矩M抗=（Fk+Gk）×0.5α+2Rta×bi
=（666.56+750）×（0.5×4.5）+2×1069.87×3.7=11104.3KN.m
故由上述计算结果，得
M抗/M倾=11104.3/2246.7=4.97>1.6（抗倾覆满足要求）
七、桩配筋计算
根据DB33/1001—2003中的9.1.10的要求，本方案设计中的桩不属于抗拔桩及承受水平力为主的桩，所以桩身配筋按最小配筋率计算。
灌注桩桩身按最小配筋率0.65%计算。
As=ρA=0.65%×π×4002=3267.25mm2
所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为16A20，
A’si=254.5×16=4072mm2>Asi
第三部分：
塔吊附着计算
塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定，需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接的两支座间距改变时，需要进行附着的计算。
主要包括附着杆计算、附着支座计算和锚固环计算。
一、支座力计算
塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。
附着式塔机的塔身可以简化为一个带悬臂的刚性支撑连续梁，其内力及支座反力计算如下：
风荷载标准值应按照以下公式计算：
WK=W0×uz×us×βz=0.600×1.170×1.350×0.700=0.633KN/M2;
其中W0——基本风压（KN/m2）,按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：
W0=0.600KN/m2;
uz——风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：
uz=1.350;
us——风荷载体型系数：
us=1.170;
βz——高度Z处的风振系数，βz=0.700;
风荷载的水平作用力：
Q=WK×B×KS=0.663×1.600×0.200=0.212KN/m;
其中WK——风荷载水平压力，WK=0.663KN/m2;
B——塔吊作用宽度，B=1.600m;
KS———迎风面积折减系数，Ks=0.200;
实际取风荷载的水平作用力q=0.212KN/m;
塔吊的最大倾覆力矩：
M=882.00KN/m;
弯矩图
变形图
剪力图
计算结果：
NW=77.7189KN
二、附着杆内力计算
计算简图：
计算单元的平衡方程：
ΣFX=0
T1COSα1+T2COSα2-TCOSα3=-NWCOSθ
ΣFY=0
T1sin
1+T2sinα2+T3sinα3=-NWsinθ
ΣM0=0
T1[（b1+c/2）cosα1-（α1+c/2）sinα1]+T2[（b1+c/2）cosα2-（α1+c/2）sin2]
+T3[-（b1+c/2）cosα3+（α2-α1-c/2）sinα3]=MW
其中：
α1=αrctg[b1/α1]α2=αrctg[b1/（α1+c）]α3=αrctg[b1/（α2-α1-c）]
第一种工况的计算
塔机满载工作，风向垂直于起重重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合风荷载扭矩。
将上面的方程组求解，其中θ从0—360循环，分别取正负两种情况，求得各附着最大的。
塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合。
杆1的最大轴向压力为：
88.29KN;
杆2的最大轴向压力为：
1.47KN;
杆3的最大轴向压力为：
75.87KN;
杆1的最大轴向拉力为：
43.37KN;
杆2的最大轴向拉力为：
43.62KN;
杆3的最大轴向拉力为：
85.08KN;
第二种工况的计算：
塔机非工作状态，风向顺着着起重臂，不考虑扭矩的影响。
将上面的方程组求解，其中θ=45，135，225，315，MW=0，分别求得各附着最大的轴压和轴拉力。
杆1的最大轴向压力为：
65.83KN;
杆2的最大轴向压力为：
15.94KN;
杆3的最大轴向压力为：
79.34KN;
杆1的最大轴向拉力为：
65.83KN;
杆2的最大轴向拉力为：
15.94KN;
杆3的最大轴向拉力为：
79.34KN;
三、附着杆强度验算
1.杆件轴心受拉强度难验算
验算公式：
σ=N/An≤f
其中：
σ——为杆件的受拉应力；
N——为杆件的最大轴向拉力，取N=85.084KN;
An——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm；
An=π/4×[1592-（159-2×6）2]=2883.982mm2。
经计算，杆件的最大受拉应力σ=85083.744/2883.98=29.502N/mm2,
最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求。
2.杆件轴心受压强度验算
验算公式：
σ=N/φAn≤f
其中：
σ——为杆件的受拉应力；
N——为杆件的最大轴向拉力,杆1：
取N=88.29KN;
杆2：
取N=15.942KN;
杆3：
取N=79.337KN;
An——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm；
An=π/4×[1592-（159-2×6）2]=2883.982mm2。
I——钢管的惯性矩，I=π/64×[1594-（159-2×6）4]=8451869.913
i ——钢管的回旋半径，i=（8451869.913/2883.982）1/2=54.135
λ——杆件长细比，杆1：
取λ=104，杆2：
取λ=123，杆3：
取λ=104
φ——为杆件的受压稳定系数，是根据λ查表计算得：
杆1：
取φ=0.529,杆2：
取φ=0.421,杆3：
取φ=0.529;
经计算，杆件的最大受压应力σ=57.874N/mm2，
最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求。
四、附着支座连接的计算
附着支座与建筑物的连接多采用与预埋件在建筑物构件的螺栓连接。
预埋螺栓的规格和施工要求如果说明书没有规定，应该按桥梁人论坛：
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照下面要求确定：
Ø预埋螺栓必须用Q235钢制作；
Ø附着的建筑物构成件混凝土强度等级不应低于C20；
Ø预埋螺栓的直径大于24mm；
Ø预埋螺栓的埋入长度和数量满足下面要求：
0.75nπdlf=N
其中 n为预埋螺栓数量；d为预埋螺栓直径；1为预埋螺栓埋入长度；f为预埋螺栓与混凝土粘接强度（C20为1.5N/mm2,C30为3.0N/mm2）;N为附着杆的轴向力。
1.预埋螺栓数量，单耳支座不少于4只，双耳支座不少于8只；预埋螺栓埋入长度不少于15d;螺栓埋入端应作弯钩并加横向锚固钢筋。
五、附着设计与施工的注意事项
锚固装置附着杆在建筑结构桥梁人论坛：
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上的固定点要满足以下原则：
Ø附着固定点应设置在丁字墙（承重隔墙和外墙交汇点）和外墙转角处，切不可设置在轻质隔墙与外墙汇交的节点处；
Ø对于框架结构，附着点宜布置在靠近柱根部；
Ø在无外墙转角或承重隔墙可利用的情况下，可以通过窗洞使附着杆固定在承重内墙上；
Ø附着固定点应布设在靠近楼板处，以利于传力和便于安装。
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