《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》.doc

塔式起重机混凝土基础工程技术规程JGJ/T187-2009的编制及其说明华锦耀1 李继刚2方敏进2刘栋2 （1.华丰建设股份有限公司，浙江 宁波 315040；2.品茗科技有限公司，浙江 杭州310012）摘要塔式起重机混凝土基础工程技术规程JGJ/T187-2009于2010年7月1日起实施。本规范编制过程中正值我国塔式起重机安全事故高发期，事故原因大多是对塔式起重机安全技术理论研究的不足和相关规范存在缺陷。结合塔式起重机混凝土基础工程技术在我国发展的现状，介绍了规程编制背景及编制过程。主要介绍了技术规程的主要内容和特点，并简要介绍了配套开发的设计计算软件。关键词技术规程；塔式起重机；塔式起重机混凝土基础；编制 Compilation and Introduction of Technical specification for concrete foundation engineering of tower cranes JGJ/T187-2009HUA Jin-yao1, Li Jigang2,Fang Minjin2,Liu Dong2(1.Huafeng Construction Co., Ltd., Ningbo，Zhejiang 315040, China2. Pinming technology Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310012,China)Abstract: Technical specification for concrete foundation engineering of tower cranes JGJ/T187-2009 will be implemented on July 1, 2010. During the technical specification compilation, tower safety accidents often happen in China. The main reasons are no detail research on safety technical theory of tower and formwork and defects existing in some correlation code. Combing with development situation of concrete foundation engineering of tower cranes in China, compilation background and process of the technical specification are introduced. The main contents and characteristics are showed and the matching design and calculation software is also introduced.key words: technical specification; tower crane; concrete foundation engineering of tower cranes；compilation1 编制背景和意义1.1 工程建设发展需要作者简介：华锦耀，华丰建设股份有限公司技术中心主任，教授级高级工程师，浙江省宁波市江南路1017号，315040，电话：（0574）87906336，E-mail：随着国家经济的快速发展，建筑工程施工技术迅速提高，作为主要建筑施工机械之一的塔式起重机（以下简称塔机）得到普遍应用，其中又以小车变幅的固定式塔机最受欢迎。然而目前施工工地的塔机在运行过程中出现过较多的事故，主要原因之一在于其基础的设计和施工较为草率，没有标准可遵循，塔机传到基础的荷载和基础的承载力计算都不够准确，导致地基基础破坏、塔机倾覆以及人员伤亡；而有些塔机基础设计人员由于依据或经验不足，设计的基础过于保守，浪费大量的建筑材料；塔机基础包括桩基在施工中存在马虎草率，没有可遵循的专门标准，也经常有事故发生；因此急需一部规范塔机基础工程设计施工的技术规程，从而减少以致杜绝全国各地因塔机基础设计施工依据或经验不足引起的人员伤亡，降低建设单位或施工单位的经济损失。1.2 规范塔机基础的设计施工目前各地的施工工地普遍按塔机制造商提供的塔机使用说明书中的基础荷载参数和基础图施工。该基础荷载参数和基础图的主要编制依据是国家标准塔式起重机设计规范GB/T13752-92，随着时代的进步加上我国幅员辽阔，该标准已不适应当前工程建设的需要。以风荷载为例，国家标准GB/T13752-92规定的基本风压为0.80kN/m2(离地面高度20m以下)、1.10 kN/m2（离地面高度20m以上）；显然，在五十年一遇的基本风压大于上述数值的地区，塔机基础的设计是不安全的，而基本风压小于上述数值的地区，则塔机基础的设计可能偏于保守。此外，塔机使用说明书中基础图统一规定地基承载力须不小于200 kN/m2也不符合因地制宜的科学应用原则。可见塔式起重机混凝土基础工程技术规程（以下简称规程）的编制及实施能规范塔机基础的设计施工，让国家和企业产生一定的经济效益和社会效益。2 任务来源和编写过程2.1任务来源根据住房和城乡建设部建标2008102号文关于印发的通知，主编单位承担行业标准塔式起重机混凝土基础工程技术规程的编制任务，2008年8月10日在杭州召开了本规程第一次编制工作会议。2.2编写过程编制组进行了广泛的实际塔机及基础工程的调查、资料收集、分析研究，并参考了有关的国际标准和国外先进标准。在此基础上，编制组成员按照分工对正文和条文说明逐章逐条进行编制，形成了标准的初稿。然后编制组充分地讨论、修改补充，形成标准的讨论稿，在2008年12月召开编制组第二次编制工作会议，对标准讨论搞进行了充分的讨论修改，形成标准的征求意见稿。在“国家工程建设标准信息化信息网”上公开征求意见，同时发给国家与塔机基础有关的科研、设计、施工、生产、教学等单位和建设主管部门及专家征求意见，共收到反馈意见150条。编制组对反馈意见进行了汇总和处理，对标准进一步修改和完善，形成了标准送审稿。3 主要内容本规程的主要内容是：1. 总则；2. 术语和符号；3. 基本规定；4. 地基计算；5. 板式和十字形基础；6. 桩基础；7. 组合式基础；8. 施工及质量验收。以附录A查表形式确定风荷载标准值，取代风荷载各项系数的繁复计算；引入工况荷载分析，取最不利组合，按各计算要点要求，进行塔机基础设计和地（桩）基承载力等相关验算；规程给出常用的固定式塔机基础形式以供因地制宜地选用，总结了各种常用塔机基础的构造要求，明确其施工及质量验收要求。4 特点4.1最不利工况的确定塔机基础的设计应按塔机独立状态下的工作状态和非工作状态的荷载分别组合，取最不利的荷载组合计算。塔机在独立状态时，所承受的风荷载等水平荷载及倾覆力矩、扭矩对基础的作用效应最大；附着状态（安装附墙装置后）时，塔机虽然增加了标准节自重，但对基础设计起控制作用的各种水平荷载及倾覆力矩、扭矩等主要由附墙装置承担，故附着状态可不计算。塔机在独立状态时，作用于基础的荷载应包括塔机作用于基础顶的竖向荷载标准值、水平荷载标准值、倾覆力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值、扭矩荷载标准值、以及基础及其上土的自重荷载标准值。塔机独立状态的计算高度H按基础顶面至锥形塔帽一半处高度或平头式塔机的臂架顶取值。4.2 不同工况下的基本风压值工作状态基本风压按现行国家标准塔式起重机设计规范GB/T13752的规定为0.25 kN/m2；按现行国家标准塔式起重机GB/T5031的规定，此风压为塔机顶部值，且是单一的风力系数，小于本规程的风荷载多项系数之乘积；按现行行业标准建筑机械使用安全技术规程JGJ33的规定，六级及以上大风应立即停止作业，相应的基本风压为0.12kN/m2；综合上述规定，故取工作状态的基本风压为0.2 kN/m2。非工作状态时，按现行国家标准高耸结构设计规范GB50135-2006第4.2.1条规定，取当地50年一遇的基本风压值，且不得小于0.35kN/m2塔机基础设计缺少计算资料时，可采用塔机制造商提供的塔机使用说明书的基础荷载，包括工作状态和非工作状态的垂直荷载、水平荷载、倾覆力矩、扭矩以及非工作状态的基本风压；若非工作状态下塔机现场的基本风压大于塔机使用说明书提供的基本风压，应按本规程附录A的规定对风荷载引起的倾覆力矩予以换算，否则不安全；可采用简化的换算方法，将现场基本风压超出塔机使用说明书基本风压的差值按本规程附录A的规定进行计算，将计算所得的倾覆力矩、水平荷载分别与塔机使用说明书提供的倾覆力矩、水平荷载同向叠加。4.3 最不利荷载效应组合和抗力限值4.3.1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；4.3.2 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合。相应的限值应为地基变形允许值；4.3.3 计算基坑边坡或斜坡稳定性，荷载效应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均取1.0；考虑塔机基础的使用特点，做出可不作地基变形验算和地基稳定性验算的相应规定，将其验算控制在较少的范围。4.3.4 在确定基础或桩承台高度、计算基础内力、确定配筋和验算材料强度时，传给基础的荷载效应组合和相应的基底反力，按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合计算，并应采用相应的分项系数；4.4 地基基础设计计算时的简化处理4.4.1 当塔机基础为十字形时，可采用简化计算法，即倾覆力矩标准值Mk、水平荷载标准值Fvk仅由其中一条形基础承载，基础底面的抵抗矩W宜计入节点加腋部分；竖向荷载仍由全部基础承载。4.4.2 方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础应按双向偏心受压作用验算地基承载力，塔机倾覆力矩的作用方向应取基础对角线方向（图1），此时基础底面的抵抗矩W最小。（a）偏心荷载在核心区内 （b）偏心荷载在核心区外图1 双向偏心荷载作用下矩形基础的基底压力Fig.1 foundation pressure of rectangular foundation under the action of Two-way eccentric loads4.4.3 根据现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002第7.6节的规定，塔机基础在剪力和扭矩共同作用下，验算其剪应力之和应不大于0.25cfc（c为混凝土强度影响系数，对强度等级C25C50时，c等于1）。考虑一般塔机基础所受的扭矩Tk较小，例如QTZ63塔机的Tk等于228kNm， QTZ80塔机的Tk等于305kNm，ZJ6012塔机的Tk等于350kNm，ZJ7030塔机的Tk等于660kNm，远小于混凝土基础1/4的开裂扭矩T；对方形基础长5m、宽5m、高1.2m，且混凝土强度等级为C25时，T为7880kNm。故简化设计中可不考虑扭矩的作用。4.4.4 当塔机基础节设有斜撑时，可简化为无斜撑计算，但基础钢筋宜按对称式配置正负弯矩筋。4.4.5 计算板式基础强度时，将塔机作用于基础的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面，计算受弯、受剪的最危险截面取柱边缘处。基底净反力采用按式（1）求得的基底平均压力设计值： （1）式中Pmax、P1分别为采用荷载效应基本组合计算的基底边缘最大净压力、塔身柱边基底净压力。因塔机的塔身是立体桁架式钢结构，力的作用机理和结构构造类同于格构式钢柱，故规定了塔机的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面。4.4.6 对于十字形梁式承台和板式承台中暗梁的弯矩与剪力计算，可视基桩为不动铰支座，按简支梁或连续梁计算（图2），倾覆力矩设计值M按其中任一梁纵向作用，竖向荷载设计值F仍由全部基础承受。图中荷载Fmax、Fmin计算和其他符号详见行业标准JGJ/T187。图2暗梁计算简图Fig.2 Calculating diagram for the hidden beam of pile cap4.5 一般性构造和规定4.5.1 矩形基础偏心距应符合eb/4，对方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础偏心距应符合e0.21b（倾覆力矩沿塔身截面的对角线作用）。此条规定取自现行国家标准高耸结构设计规范GB50135，即考虑了塔机倾覆后果的严重性，比塔式起重机设计规范GB/T13752的规定有所提高。4.5.2 现浇基础（板式、十字形基础、桩身和承台）的混凝土强度等级不低于C25。现行行业标准建筑机械使用安全技术规程JGJ33-2001的第4.4.2条规定塔机基础的混凝土强度不低于C35，但该条规定的依据（现行国家标准塔式起重机安全规程GB5144-2006第10.6节）并未规定混凝土的最低强度等级。考虑塔机的使用特点，故此条规定比现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010规定的最低混凝土强度等级提高了一级。4.5.3 基础高度应满足塔机预埋件（塔机使用说明书）的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜采用坡形或台阶形截面的基础。基础配筋（含最小配筋率）应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的有关构造规定。4.5.4 桩基构造（含基桩最小配筋率）应符合现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94的有关构造规定，规程补充了承台和基桩的连接构造。4.5.5 对组合式基础中格构式钢柱的缀件构造以附录B形式做出规定，当格构式钢柱的缀板构造符合该规定时，可不验算缀板的抗弯、抗剪强度。4.5.6 对组合式基础，随着基坑土方的分层开挖，应按规程的规定采用逆作法（自上而下）及时设置型钢支撑，宜在基础承台投影范围内加厚混凝土垫层，有利于格构式钢柱整体作用，并符合受压整体稳定性的计算前提。5 配套塔基设计计算软件塔机基础设计方案编制或专项设计计算是一项繁琐的工作，当前实际工程中多数依据工程经验仅进行一次试算，或按使用说明书中的基础设计图，难以兼顾经济适用和因地制宜的原则。为给广大施工技术人员提供一个可靠的计算工具，本规范编制组特联合品茗科技有限公司研发编制了与规范配套的塔式起重机混凝土基础设计软件。施工技术人员参考本软件设备库或使用说明书，输入塔机的物理力学性能参数，地质和环境条件等信息，即可一键生成完整的计算书，搭拆施工方案，基础设计图、基桩图等详图。塔式起重机混凝土基础设计软件的特点有：1）严格按照规程进行计算，结果准确；2）参数等取值由内嵌的CAD示意图窗口动态显示，交互性好；3）智能生成各节点详图，AutoCAD可打开编辑；4）涵括规程中所有塔机基础类型，自定义程度高，可满足特殊场地环境基础设计要求；5）计算书采用图表形式，专业、美观、精炼、篇幅短；6）一键生成专项施工方案等实用功能，全程覆盖方案书编制、审查、交底等流程。6 结语当今“塔机使用说明书”格式、塔机型号标准还不统一，在一定程度上不能直接借鉴本规程条文说明的设计实例；规程附录A适用锥形塔帽小车变幅塔机，尚需补充平头式等其它类型塔机；随着社会进步、工艺创新，尚需增加其他新型塔机基础的设计施工内容。通过理论联系实际，不断实践改进，进一步完善塔机基础设计施工技术的相关工作。参考文献：1 GB50007-2002 建筑地基基础设计规范S. 北京：中国建筑工业出版社，2002.GB50007-2002 Code for design of building foundation S. Beijing：China Architecture Building Press, 2002.（in Chinese）2 GB50009-2001 建筑结构荷载规范S. 北京：中国建筑工业出版