塔吊桩基与承台梁设计

塔吊桩基与承台梁设计内容提要：本文对塔基和承台梁计算进行详细论述，建立完整三个数学模型 A、B、C，及计算公式，并实例加以说明。关键词：塔吊 桩基 承台梁 数学模型城市高层建筑施工竖直运输大量采用塔吊，当地基为软弱地基时，大部分采用桩基和十字交叉承台梁形式作为塔吊基础， 。本文在文献1、2、3 基础上，对塔吊基础计算方法进行详细介绍，并用实例加以说明。1.设计计算方法1.1 塔基承台设计计算模型 A塔式起重机十字交叉承台桩基础通常由十字交叉承台和四根桩共同构成,如图 1 所示。图 1 中：M作用在基础上的倾覆力矩；F作用在基础上的垂直荷载，包括塔吊自重 F1 和承台自重 F2；N作用在基础上水平力；。C塔式起重机塔身截面主弦杆中心线对角长度；L桩与桩中心线之间沿 X 轴方向的距离。在建立塔机十字形承台桩基础计算模型时，提出如下三个假定：不考虑地基土的分担荷载作用，作为塔基强度安全储备；不考虑十字叉梁基础之间的相互约束作用；承台与桩以及承台与塔机的连接简化为铰接；通过简单的力学分析可知，对于塔式起重机十字叉形承台桩基础，桩的最大竖向力亦应按“M 为对角线方向”计算，即如图 1 所示的 x 轴方向。从而可得到塔机十字叉形承台桩基础的计算模型如图 2 所示。图 2 图 2a图 1 十字叉形承台桩基础mL/245c由图 2 所示塔机桩基础计算模型可推导如下计算公式：桩基竖向力为： （1）lMFN4maxin承台梁承受的弯矩 M 包括两部份，跨中集中荷载产生弯矩（见图 2a）：（2-1）842/1lF跨中倾覆力矩荷载对梁产生弯矩（见图 2b）： （2-2）2M梁跨中弯矩由图 2a 与图 2b 迭加可得（见图 2c）：（2）2821maxinFlM承台梁受 到 的剪力为：lFV2（3）1.2 塔基承 台 设计计算模型 B在计算模 型 A 中,将塔吊作 为一个作用点直接作用在承台梁上。实际上，每一根承台梁有二根塔吊立柱，并直接作用在梁上，故图 2 可修改为图 3。LL图 3 图 3a图 3b 图 3b-1caabbca图 2b 图 2c由图 3a 得： （4-1）43FaM图 3 中倾覆弯矩 M可分解为一对力组（图 3b） 。（4-2）cP/图 3b-1 与图 3b-2 中得： （4-3）lPbK（4-4）lalbaKT2图 3b-1 与图 3b-2 进行迭加后得（见图 3b-3）：（4-5）laMlclPacblPlMTKP 2将图 3a 与图 3b-3 进行迭加可得（见图 4）：1.3 塔吊承台设计计算模型 C塔吊承台设计计算模型 A 和 B 中，倾覆力矩 M只考虑单根承台梁来承担，实际上，由于承台梁的截面很大，十字交叉梁中，两根梁相互有较强约束，故去消 1.1 节中第 2 个约束我们假定此约束为刚性约束，本文 1.1 节中其他二个假定仍采用，且假定图 5 中，A、B、C、D 四个桩受力作用相同，在倾覆力矩M作用下，三根 A、B、C 桩对 D 桩倾覆力矩的分配按力臂长度进行分配，得：上式表明位于桩 A、D 的承台梁承担 M2 的倾覆力矩，B、C 桩的承台梁也承担 M2 的倾覆力矩。求得每根梁承担倾覆力矩之后，可按 A 型或 B 型计算模型进行内力计算，计算方法相同。1.4 桩基计算1.4.1 桩基竖向力 N由（1）可得：1.4.2 桩基竖向力承载力计算图 4 图 5L/5.0.LA 45.0. LcFN4minlF4max（4）43max FalP（5） （6）（7） （8）图 3b-2 图 3b-3根据 JGJ94-94建筑桩基技术规范第 5.2.8 条，和 1.1 节中桩基计算模型第一个假定，不考虑地基土的承载作用，单桩竖向极限承载力标准值按下式： pkiskpksuk AqluQ式中参数含义同 JGJ94-94 相应条款（以下公式亦同） 。根据 JGJ94-94 第 5.2.2.2 条，桩基的竖向承载力设计值为： PskpSskR/1.4.3 桩基砼抗压强度验算根据 JGJ94-94 第 5.1 条RN2.1max1.4.4 桩基抗拔验算当桩基 Nmin0 时，应进行抗拔验算，根据 JGJ94-94 第 5.2.17，基桩抗拔承载力计算公式如下：pskGU/in上式中 Gp为桩基自重，基桩的抗拔承载力标准值 Uk，根据 JGJ94-94 第 5.2.18.2 条按下式计算：isikikluq2.计算实例竖直运输采用 QTZ5012 塔式起重机，塔基采用桩基和十字交叉砼承台梁。塔机安装高度设计为 50m，塔身截面为 1.61.6m。2.1 基础计算有关数据由于场区素填土仅为 1.4m 厚，且其下又存在 5.8m 的淤泥层，是典型的软弱地基。塔机基础采用 4根 350350mm 静压预制方桩。桩长设计为 20m，桩中心距为 3.6m，沿对角线方向桩中心距 l=5.09lm。塔机承台设计为十字交叉梁式，混凝土强度等级为 C25，厚 1400mm，桩中心线至十字叉形承台边缘之间的距离为 1m。根据现场实践经验最不利为非工作状态，依据 QTZ5012 塔机技术文件说明书提供，塔基设计荷载如下：垂直力（塔机自重）E=434KN；倾覆力矩 M1796KN.m；水平力 N=73.5KN；混凝土基础自重G=395KN；单桩自重 GP=61.25KN。2.2 塔基承台梁计算2.2.1 按塔基设计模型 A 计算作用在承台梁上荷载如下： KNEF829354HNM.1894.716上式中 H 为承台梁高。按（1）式可得：0.3.09.5482maxin KN50maxKN8.165min由（21）和（22）式得承台梁弯矩：KN.78.M.94218M145.9.max .257.min由式（4）得承台梁的最大剪力：V7.0.22.2.2 按塔基设计模型 B 计算由图 3 得：c=2.263m b=3.676m 由（4-1）式得： mKNF.05.29314./3由（4-2）式得： P8689由（4-3） 、 （4-4） 、 （4-5）式得：MK .7.5/.41.289T02 mKNMP .52709/41.89（9）（11）（10）（12）（13）a41.26.1095由（4）式可得：mKNM.5820.935.27max mKNM.5234.95.27min采用不同计算模型，承台梁的弯矩图相差较大，建议采用模型 B 比较合理。（1）承台梁抗弯配筋计算承台梁受到的最大弯矩为： mKNM.5820max求承台梁的配筋时，设分项系数为 1.4。即计算弯矩为 mKN.7148.5.820承台梁截面为 7001400，混凝土强度等级为 C25，采用级钢筋。计算配筋面积 As=2310mm2，梁底实配 722，A s=73802661mm 2，可满足要求。（2）承台梁抗剪计算按计算仅需配置构造箍筋，实配箍筋 48200（四肢箍）可满足要求