塔吊基础设计方案完整.docx

1、塔吊基础设计方案完整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： 中建八局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2011年12月附图： 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

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E3-03-01A3/E301）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

3、-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xxx，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#D110014基坑内格构式钢结构桩基础2#TC70505基坑内格构式钢结构桩基础3

4、#TC70131.3基坑内格构式钢结构桩基础4#TC70133.9基坑内格构式钢结构桩基础5#TC70303基坑内格构式钢结构桩基础6#TC70303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1QTC110001、生产厂家：南京中昇2、标准节宽度（中心线）：4m*4m3、塔吊高度：68m4、基础受力情

5、况：状态弯矩M(kNm)水平力Fh(kN)垂直力PV(kN)扭矩T(kNm)工况12654.086.54016.21502.0非工况7336.3294.73085.902TC70501、生产厂家：长沙中联2、标准节宽度（中心线）：2.305m*2.305m3、塔吊高度：73m4、基础受力情况：状态弯矩M(kNm)水平力Fh(kN)垂直力PV(kN)扭矩T(kNm)工况624043.71954797非工况6950206170003.2 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0.6mC453600kN1500

6、 kNTC7030TC70131200mm约40m进入中风化2mC4512000kN3000 kNTC70501200mm约40m进入中风化2mC4512000kN3000 kND1100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4.1 D1100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/T 187-2009)，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.

7、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：HW400mm400mm13mm21mm Q235B，如图4.2-2所示。图4.1-2 H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

8、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=3085.9kN2) 起重荷载标准值：Fqk=931kN3) 塔吊钢平台的自重：按Q235B考虑，容重：7700kN/m32. 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) =0.82.091.79.690.2=0.41kN/m2 =1.20.410.354=0.69

9、kN/mb. 塔吊所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=0.6968.00=47.18kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.547.1868.00=1604.23kN.m2) 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) =0.82.161.79.690.35=0.75kN/m2 =1.20.750.354.00=1.25kN/mb. 塔吊所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=1.2568.00=85.34kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.

10、585.3468.00=2901.42kN.m3. 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4.1-1 D1100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68m5706.92kN47.18kN18450.6

11、0kN.m非工作状态4775.92 kN85.34kN10237.72kN.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4.1-2 D1100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.

12、046（最大）1513.1451513.145-1042.067（上拔力）非工作状态2861.529（最大）1283.9421283.942-246.145（上拔力）表4.1-3 D1100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）1501.6121501.612-1083.390（上拔力）钢管桩4130.046（最大）1513.1451513.145-1042.067（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 s=235MPa，安全系数Fs=1.34

13、，则计算强度应满足小于等于2351.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力147.0MPa175MPa，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/T 187-2009)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

14、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!4.2 TC7050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/T 187-2009)，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

15、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：HW400mm400mm13mm21mm Q235B，如图4.2-2所示。图4.2-2 H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

16、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=1700kN2) 起重荷载标准值：Fqk=254kN3) 塔吊钢平台的自重：按Q235B考虑，容重：7700kN/m32. 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) =0.82.091.79.690.2=0.41kN/m2 =1.20.410.352.31=0.40kN/mb. 塔吊所

17、受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=0.4073.00=29.25kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.529.2573.00=1067.69kN.m2) 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) =0.82.161.79.690.35=0.75kN/m2 =1.20.750.352.31=0.72kN/mb. 塔吊所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=0.7273.00=52.91kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.552.9173.0

18、0=1931.04kN.m3. 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4.2-1 TC7050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73m2764kN29.25kN12966.22kN.m非工作状态2510kN5

19、2.91kN8881.04kN.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4.2-2 TC7050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

20、2645.603（最大）690.419690.419-1192.961（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 s=235MPa，安全系数Fs=1.34，则计算强度应满足小于等于2351.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力126.61MPa175MPa，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98.00M

21、Pa）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/T 187-2009)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/T 187-2009)的第6.3.5条偏向竖向力（上拔力）作用下，Qkmin=-186

22、7.777kN由于: Ra =3000 Qkmin =1867.777kN，所以，钢管桩的抗拔承载力满足要求!4.3 TC7030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/T 187-2009)，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:

23、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：HW400mm400mm13mm21mm Q235B，如图4.3-2所示。图4.3-2 H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

24、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=1004kN2) 起重荷载标准值：Fqk=120kN3) 塔吊钢平台的自重：按Q235B考虑，容重：7700kN/m32. 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) =0.82.091.79.690.2=0.41kN/m2 =1.20.410.352=0.35kN/mb. 塔吊所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=0.3551.7=17.94kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.5

25、17.9451.7=463.66kN.m2) 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) =0.82.161.79.690.35=0.75kN/m2 =1.20.750.352=0.63kN/mb. 塔吊所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qskH=0.6351.7=32.44kNc. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值 Msk=0.5FvkH=0.532.4451.7=838.58kN.m3. 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

26、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4.3-1 TC7030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73m1764kN17.94kN7313.69kN.m非工作状态1644kN32.44kN4930.58kN.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.

27、 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4.3-2 TC7030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）503.582503.582-1158.741（上拔力）非工作状态1708.234（最大）474.403474.403-706.832（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

28、s=235MPa，安全系数Fs=1.34，则计算强度应满足小于等于2351.34=175MPa为稳定控制条件，显然，工作状态下的最大应力82.49MPa175MPa，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/T 187-2009)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/T 187-2009)的第6.3.5条偏向竖向力（上拔力）作用下，Qkmin=-1158.741kN由于: Ra