格构式塔吊基础专项方案.docx

1、格构式塔吊基础专项方案上海贝岭技术研发中心项目工程塔吊基础专项方案中国二十冶建设有限公司二一年一月廿九日-可编辑修改 -1. 工程简介工程名称：上海贝岭技术研发中心；工程建设地点：上海市徐汇区宜山路 810 号；结构类型：属于框架剪力墙结构；地上 19 层；地下 2层；建筑高度约 80m 。工程建设主要参与方： 本工程由上海贝岭股份有限公司投资建设， 信息产业电子第十一设计研究院有限公司设计 （基坑围护由同济设计研究院设计） ，地质勘察为浙江省工程勘察院上海分院，由上海市工程建设监理咨询有限公司监理， 由中国二十冶工程建设有限公司组织施工。2. 编制依据本工程地质勘察报告，塔吊安装使用说明书、

2、 钢结构设计规范 （ GB50017 2003 ）、钢结构设计手册（第三版）、建筑结构静力计算手册（第二版）、结构荷载规范（ GB5009 2001 ）、混凝土结构设计规范（ GB50010-2002 ）、建筑桩基技术规范（ JGJ94 2008 ）、建筑地基基础设计规范（ GB50007 2002 ）等。3. 塔吊基础方案3.1 塔吊布置及基础概况本工程使用一台徐工 QTZ80E （5514 ）塔吊，位于南侧 910 轴之间；塔吊初次自由起升高度 35mh 040m ，足以避开周边已有建筑物以及市政高压电线；塔吊最终高度约 90m ， 配套相应附墙件（详见塔吊安装专项方案） 。塔吊基础采用格

3、构式基础，结合桩基。塔吊基础 桩北侧 2 根桩利用 850mm 直径工程桩兼作塔基桩，有效桩长 62m ；南侧设置 2 根塔吊专用的基础桩， 有效长度 22m ，直径 800mm ，桩端进入本工程地质勘察报告所述 5 2 土层 3.55m 。格构柱采用 L140 14 角钢作为主材，进入桩顶 3m ，详见相应图纸。地面塔吊承台采用 C40混凝土配筋，厚度 1.2m ，长宽=4.5m 3.5m 。桩顶标高 -9.600m ，承台底标高 +1.000m 。详见后附塔吊基础施工图纸。3.2 塔吊专用基础桩涉及土层参数（引自地质勘查报告）表一1水泥土搅拌桩加固土4201.02灰色淤泥质粘土7.4520

4、1.03灰色粉质粘土8351.00表二4灰色砂质粉土夹粉质粘土12.35511001.0 1.00序号 土层厚度hi(m)重度i(kN/m3) 极限侧阻 (kPa) 压缩模量Ei (MPa)1419203027.4517.3202.553818.1353.59412.318.55517511.718.1501165.219551579.119854581818.57020910019.2100653.3 格构柱、格构式塔吊基础施工要求1、格构柱端锚入混凝土承台长度不小于 450mm 和1/3 承台厚度； 混凝土强度等级不小于C35 ；本工程定为 格构柱端锚入混凝土承台长度不小于 450mm ，

5、混凝土强度等级 C40 。2、格构柱锚入桩基中的长度不小于 2000mm ，并需增加箍筋和主筋数量， 确保焊接质量桩混凝土等级不小于 C30 ；本工程格构柱锚入桩基中的长度 3000mm ，桩采用水下 C30 混凝土。3、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，施工方案中必须有防偏位措施（采用模具等定位方法）。4、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，必须持有焊接上岗证，原则上仍应由生产厂家派员施焊。5、单肢钢构柱内部需留有足够空间，浇捣混凝土中应采取有效手段保证混凝土的填充率达到 95% 以上。6、

6、开挖土方时，塔机钢构柱周围的土方应分层开挖，钢构柱之间的水平与斜撑杆（或柱间支撑），连接板等构件，必须跟随挖土深度而及时设置并焊接。7、塔机使用中，要经常观察钢筋混凝土连接块的变形情况；经常观察地脚螺栓松动情况，随时拧紧；经常观察塔机的垂直度，发现超差及时纠正。8、工程桩和塔吊专用桩不均匀沉降差： 23.820-9.295=14.525mm 。考虑到从塔吊开始使用到基坑大底板浇筑完成时间段约 4 个月，初期不均匀沉降量可估算为 14.525 60%=8.715mm ，8.715/2200=3.961 4，满足要求。在地下室大底板完成浇筑前应加强观 测，及时采取纠偏措施； 考虑到塔基桩端以下有

7、4m 厚的水泥土搅拌桩加固层， 在灌注桩施工时， 22m 塔基桩可采取适当扩大桩端 2m 范围内的直径，减少沉降差。为进一步降低不均匀沉降，宜采取扩大桩顶以下 2m 范围内直径的措施（扩为 850mm ，其余不变）。4. 格构式塔吊基础计算书4.1 基本参数4.1.1 塔吊基本参数塔吊型号： QZT80E(5514) ； 标准节长度 b：2.5m ；塔吊自重 Gt：1015.4kN （升至理论附着最高时的最重状态，加平衡配重 ,在起升 40m 时自重为50.6t 至69.14t ，因标准节选材的不同而不同）；最大起重荷载 Q：80kN ； 塔吊地脚螺栓的直径 d：按塔吊说明书设置； 塔吊起升高

8、度 H： 40m ； 塔吊地脚螺栓数目 n：按塔吊说明书设置； 塔身宽度 B: 1.6m ； 塔吊地脚螺栓性能等级：按塔吊说明书设置；工作风压：0.25kPa 非工作风压： 0.80kPa （初次起升）特别说明：抗压以全重加最大弯矩计算，桩抗拔以初升 40m 时的重量计算，此为最不利状态。在塔吊升至最高时，通过设置 4个附墙件，塔身弯矩传递至基础承台的数值非常小，仅有塔身 最大弯矩的 2% 左右；设置第一道附墙件时仅有 20% 左右，此时在最下端的基础主要承受垂直压力，且届时大底板早已浇筑完成， 受力状况大为简化， 因此塔吊在 40m 初始高度进一步上升后基础的受弯矩作用力状况无需进一步复核验

9、算。计算图举例如下：塔吊示意图弯矩图综上所述，对于塔吊基础，定下如下需要验算的工况项目：1 塔吊40m 初升独立时，工作状态、非工作状态下最大弯矩及其分别对格构柱、桩造成的最大、最小压力；2 塔吊升至最高 140m （本工程实际仅 110m 左右）分别对格构柱、桩的最大竖向压力4.1.2 格构柱基本参数格构柱计算长度 lo：10.6m ； 格构柱缀件类型：缀板；格构柱缀件节间长度 a1 ：0.8m ； 格构柱分肢材料类型： L140x14 ；格构柱基础缀件节间长度 a2： 2.4m ； 格构柱钢板缀件参数 :宽270mm ，厚12mm ； 格构柱截面宽度 b1 ：0.47m ； 格构柱基础缀件

10、材料类型： L70x8 ；单根格构柱计算自重： 2.7t4.1.3 基础参数桩中心距 S2S1：2.2m 3m ； 桩入土深度 l：22m（ 2根工程桩 62m ，仅沉降验算使用）；桩直径d： 0.8m （ 2根工程桩 0.85m 为便于计算，仅沉降验算使用）；桩混凝土等级：水下 C30 ； 桩型与工艺：泥浆护壁钻 (冲)孔灌注桩； 桩钢筋直径： 20mm ； 桩钢筋型号： HRB335 ；承台宽度 L2 L1 ：3.5m 4.5m ； 承台厚度 h： 1.2m ；承台混凝土等级为： C40 ； 承台钢筋等级： HRB335 ；承台钢筋直径： 20； 承台保护层厚度 :25mm ； 承台箍筋间

11、距： 250mm ；4.1.4 塔吊计算状态参数地面粗糙类别： D类密集建筑群，房屋较高；风荷载高度变化系数： 0.73 ； 主弦杆材料：圆钢； 主弦杆宽度 c：250mm ；非工作状态：所处城市 上海， 最大允许风压 0 ：0.8 kN/m 2； 额定起重力矩 Me ： 892kN m； 基础所受水平力 P：30kN ； 塔吊倾覆力矩 M：552.37kN m（非工作状态下，起重力矩不发生）；工作状态：所处城市 上海， 最大允许风压 0 ：0.25 kN/m 2，额定起重力矩 Me ： 892kN m； 基础所受水平力 P：30kN ； 塔吊倾覆力矩 M：1089.49kN m；4.2 非工

12、作状态下荷载计算4.2.1 塔吊受力计算1、塔吊竖向力计算承台自重： Gc=25 BcBch1.2=25 3.50 4.50 1.20 1.2=567.00kN格构柱系统自重： Gz=4 271.2=129.60 kN作用在基础桩上的垂直力： N=1.2 (Gt+Gc+Gz)=1.2 (1015.40+567.00+129.60)=2050.60kN （全高）N=1.2 (Gt+Gc+Gz)=1.2 (506.0+567.00+129.60)=1443.12kN （初升 40m ，上拔力验算用）N=1.2 (Gt+Gc+Gz)=1.2 (691.4+567.00+129.60)=1665.60

13、kN （初升 40m ，压力验算用）2、塔吊风荷载计算（初升 40m ）地处 上海，最大允许风压 0=0.8 kN/m 2挡风系数计算：= (3B+2b+(4B 2+b2 )1/2 c/Bb)挡风系数 =0.87 体型系数 s=1.14查表得：荷载高度变化系数 z=0.73高度z处的风振系数取： z=1.0所以风荷载设计值为：=0.7 zsz0=0.7 1.00 1.14 0.73 0.80=0.47kN/m 23、塔吊弯矩计算风荷载对塔吊基础产生的弯矩计算：M=BHH0.5=0.47 0.87 1.60 40.00 40.00 0.5=516.77kN m总的最大弯矩值：Mmax =1.4

14、(Me+M +Ph)=1.4 (516.77+30.00 1.20)=552.37kN m4、塔吊水平力计算水平力： V=1.2 (BH+P)=1.2 (0.80 1.60 40.00 0.87+30.00)=89.23kN5、每根格构柱的受力计算作用于格构柱顶面的重力作用： N=1.2 (Gt+Gc)=1.2 (1015.40+567.00)=1898.88kN 。Mmax =552.37kN m V=89.23kN作用在基础桩上的垂直力： N=2050.60kN （全高） N=1443.12kN （ 初 升 40m ， 上 拔 力 验 算 用 ） N=1665.60kN （初升 40m ，

15、压力验算用）作用在桩面弯矩 Mmax =552.37+1.4 89.23 11.8 （格构柱承台高度） =2026.46 kN m图中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（取下述工况中的大者）1 全高140m 时的工况（加设扶墙件，弯矩及水平力可忽略）： Ni=(F+G)/4=2050.60/4=512.65 kN2 初升40m ，竖向压力验算 Ni=(F+G)/4 Mxyi/yi2 Myxi/xi2；式中： N单桩个数， n=4 ；F作用于桩基承台顶面的竖向力设计值； G桩基承台加上格构柱的自重；Mx,My承台底面的弯矩设计值；

16、xi,yi单桩相对承台中心轴的 XY方向距离； Ni单桩桩顶竖向力设计值；设短边方向为 x方向，长边方向为 y方向。确定最不利弯矩方向：设与 x方向夹角为，则单桩受力 N=M sin/（ 22.2 ）+Mcos /（ 23）；N对求导，则得出N=Mcos /（ 22.2 ）- M sin /（23），当 N=0时可以得出其极值，则可得 tg=3/2.2 时出现最不利工况。即 sin=0.8065 ，cos=0.5914 。则有： Mx= M max cos =2026.46 0.5914=1198.45 kN m ， My= Mmax sin =2026.46 0.8065=1634.34kN

17、 m经计算得到单桩桩顶竖向力设计值最大压力： Nmax =1665.60/4+(1198.45 3)/(2 32)+ (1634.34 2.2)/(2 2.2 2)=987.58kN最小压力： Nmi =1443.12/4-(1198.45 3)/(2 32)- (1634.34 2.2)/(2 2.2 2 )=-210.4kN需要验算桩基础抗拔力。3 桩顶剪力的计算V0 =V/4=89.23/4=22.31kN（ 2）、格构柱顶竖向力的计算（取下述工况中的大者）格构柱受力明显小于桩顶，按照桩顶受力数据进行计算。4.2.2 塔吊与承台连接的螺栓验算按照塔吊说明书要求设置，不再计算。4.2.3

18、承台验算（下述验算荷载取数均大于设计值）1、承台弯矩的计算依据建筑桩技术规范（ JGJ94-2008 ）的第 5.9.1 条。Mx1 = NiyiMy1 = Nixi其中 Mx1 ,My1 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=(3.00-1.60)/2=0.700m ；（取最不利值）Ni1单桩桩顶竖向力设计值去除单根格构柱重量荷载；（Mx1 ，My1） max=2 0.7 （1429.63-32.53 ）=1955.94kN m 。2、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

19、计算。As = M/( sh0fy)s = M/( 1 fcbh 02 )= 1-(1-2 s )1/2s = 1- /2式中： l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, 期间按线性内插法得 1.00 ；fc混凝土抗压强度设计值查表得 19.10N/mm 2 ；ho承台的计算高度 ho=1200.00-25.00=1175.00mm ；fy钢筋受拉强度设计值， fy=300N/mm 2；经过计算得： s =935.62 10 6/(1.000 19.100 4.500 10 3(1175.000) 2)=0.0105 ；=1-

20、(1-2 0.0105) 0.5 =0.0106 ； s =1-0.0106/2=0.995 ；Asx =A sy=1955.94 10 6/(0.995 1175.000 300)=5431mm 2；由于最小配筋率为 0.15%, 所以最小配筋面积为 :1200 3500 0.15%=6300mm 2；建议配筋值： HRB335 钢筋， 20160 。承台底面单向根数 21 根。实际配筋值6598.2mm 2 。3、承台斜截面抗剪切计算依据建筑桩技术规范 (JGJ94-2008) 的第5.9.9 、5.9.10 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

21、，记为V=893.80kN 。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：0Vfcb 0h0其中： o 建筑桩基重要性系数，取 1.00 ； Bc承台计算截面处的计算宽度， Bc=4500.00mm ；ho承台计算截面处的计算高度， ho=1200.00-25.00=1175.00mm ；计算截面的剪跨比， =a/h o，此处，a=(4500.00/2-1650.00/2)-(4500.00/2-3000.00/2)=675.00mm ，当 3 时,取=3；此处得 =0.574 ；-可编辑修改 -剪切系数， 当0.3 1.4 时，=0.12/( +0.3) ；当1.4 3.0 时

22、，=0.2/( +1.5) ，得=0.137 ；fc混凝土轴心抗压强度设计值， fc=19.10N/mm 2；则， 1.00 （1429.63-32.53 ）=1397.10kN 0.137 19.10 4500.00 1175.00/1000=13835.80kN ；经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！4.2.4 单肢格构柱截面验算（下述验算荷载取数均大于设计值）1、格构柱力学参数L140x14A =37.57cm 2 i =4.28cm I =688.81cm 4 z0 =3.98cm每个格构柱由 4根角钢 L140x14 组成，格构柱力学参数如下：Ix1 =I+A （b1/2 z

23、0 ）2 4=688.81+37.57 (47.00/2-3.98) 24=60016.49cm 4；An1=A 4=37.57 4=150.28cm 2；W1=Ix1 /(b 1/2-z 0)=60016.49/(47.00/2-3.98)=3074.62cm 3；ix1 =(Ix1 /A n1)0.5 =(60016.49/150.28) 0.5 =19.98cm ；2、格构柱平面内整体强度Nmax /An1=1429.63 103 /(150.28 10 2)=95.13N/mm 2f=300N/mm 2 ；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=10.

24、60m ；x1=L 0x110 2/ix1 =10.60 10 2/19.98=53.04 ；单肢缀板节间长度： a1 =0.80m ； 1=L1 /iv=80.00/2.75=29.09 ；0x1 =(x1 2 +12)0.5=(53.04 2+29.09 2)0.5=60.50 ；查表： x=0.80 ；Nmax /(xA)=1429.63 103/(0.80 150.28 102 )=123.98N/mm 2 f=300N/mm 2；格构柱整体稳定性满足要求。4、刚度验算max =0x1 =60.50 =150 满足；单肢计算长度： l01=a 1=80.00cm ； 单肢回转半径： i

25、1 =4.28cm ；单肢长细比： 1=l01/i1 =80.00/4.28=18.690.7 max =0.7 60.50=42.35 ；因截面无削弱，不必验算截面强度。分肢稳定满足要求。4.2.5 整体格构柱基础验算（下述验算荷载取数均大于设计值）1、格构柱基础力学参数单肢格构柱力学参数：Ix1 =60016.49cm 4 An1=150.28cm 2W1=3074.62cm 3 ix1 =19.98cm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 +A n1(b210 2/2-b 1 10 2/2) 2 4=60016.49+150.28 (2.20 10

26、2/2-0.47 10 2/2) 24=4737796.07cm 4；An2=A n14=150.28 4=601.12cm 2；W2=Ix2 /(b 2/2-b 1/2)=4737796.07/(2.20 10 2/2-0.47 10 2/2)=54772.21cm 3；ix2 =(Ix2 /A n2)0.5=(4737796.07/601.12) 0.5=88.78cm ；2、格构柱基础平面内整体强度N/A n+Mx/(xW)=2050.60 103/(601.12 102)+1429.63 10 6/(1.0 54772.21 103)=83.61N/mm 2f=300N/mm 2；格构

27、式基础平面内稳定满足要求。3、格构柱基础整体稳定性验算L0x2 =lo=10.60m ；x2=L 0x2/ix2 =10.60 10 2/88.78=11.94 ；An2=601.12cm 2；Ady2 =210.67=21.34cm 2 ；0x2 =(x2 2 +40An2 /Ady2)0.5 =(11.94 2+40 601.12/21.34) 0.5 =35.63 ；查表： x =0.92 ；NEX = 2EA n2/1.1 0x22NEX=87532.35N ；N/( xA) + mxMx/(W lx (1- xN/N EX) fN/(x A)+mxM x/(W lx (1-xN/N

28、EX)=27.00N/mm 2f=300N/mm 2 ；格构式基础整体稳定性满足要求。4、刚度验算max =0x2 =35.63 =150 满足； 单肢计算长度： l02=a 2=200.00cm ； 单肢回转半径： ix1 =19.98cm ；单肢长细比： 1=l02/ix1 =200.00/19.98=10.010.7 max =0.7 35.63=24.94 ；因截面无削弱，不必验算截面强度。刚度满足要求。4.2.6 桩承载力验算桩承载力计算依据建筑桩技术规范 (JGJ94-2008) 的第4.1.1 条。根据以上的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值；N=987.58kN

29、；桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式： 0NfcA其中， o 建筑桩基重要性系数， o=1.00 ； fc混凝土轴心抗压强度设计值， fc=14.30N/mm 2； A桩的截面面积， A= d2/4=0.50 m 2；则， 1.00 987.58=987.58kN14.30 0.50 10 3=7150.00kN ；经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求 ,只需构造配筋！4.2.7 桩竖向极限承载力验算1. 桩的极限承载力计算桩承载力计算依据建筑桩基础技术规范 (JGJ94-2008) 的第5.3.5 条各土层厚度及阻力标准值如下表 :1水泥土搅拌桩加固土4201.02灰色淤泥质粘土7.45201.03灰色粉质粘土8351.004灰色砂质粉土夹粉质粘土12.35511001.01.00由于桩的入土深度为 22.00m, 所以桩端是在第 4层土层。根据土的物理指标与承载力参数之间的关系