塔吊基础设计实例(三)

塔 吊 基 础 设 计 实 例（一）、整体块式钢筋混凝土基础稳定和强度的计算依据固定式塔吊的砼基础设计应同时满足抗倾翻稳定性和强度要求。与基础抗倾翻稳定性有关的规范及相关规定见下表：塔吊设计规范（GB/T13752-92）建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）上海市地基基础设计规范DGJ08-11-1999地基承载力地基土许用压应力PB地基承载力特征值fa地基承载力设计值fd基础抗倾翻稳定性e=(M+Fh.h)/(Fv+Fg)b/3PB=20(Fv+Fg)/3baPB Pk=0 (Fk+Gk)/AfaPkmax=20 (Fk+Gk)/3ba1.2faPd=0 (Fd+Gd)/AfdPdmax=20 (Fd+Gd)/3ba1.2fd说明计算时采用荷载标准值计算时采用荷载标准值，无最大偏心距限制条件。计算时采用荷载设计值，无最大偏心距限制条件。注：1、从塔吊偏心压应力计算公式可知，偏心距大于b/6； 2、PB 、fa属地基容许承载力，地基承载力设计值约等于地基容许承载力乘1.25； 3、偏心距为b/3时，基础受压宽度为b/2，也就是基础只有一半面积受压，因此宜按b/2计算地基承载力设计值；4、塔吊基础属临时设施，按规范结构重要性系数0取0.9。在上海地区的工程，应按上海市地基基础设计规范DGJ08-11-1999进行基础抗倾翻稳定性验算。下面详细介绍主要计算内容：1.采用土的抗剪强度指标计算地基承载力按地质勘察报告上提供持力层的土的粘聚力标准值ck和土的内摩擦角标准值k，计算地基承载力设计值fd:d=0.7k/1.3 cd=0.7 ck/2.0fdh=0.5Nb+Nqq0d+Ncccd fd=d fdhd、N、Nq、Nc均按查表d查表=0.6 q=1.0+sind c=1.22.基础抗倾翻稳定性验算按建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）的规定，该荷载设计值可取为荷载标准值乘1.35。地基土反力的偏心距e应满足下列条件：e=(Md+Fhdh)/( (Fdv+ Gd )b/3 地基土应力按下公式验算:Pdmax=20(Fdv+Gd)/3ba1.2fd式中：e偏心距(m)，为总的倾翻力矩(M)除以作用在基础上的总垂直力(N)之商，也等于地基土反力的合力到基础中心距离；Md塔吊作用在基础顶面上的弯矩（KNm）Fvd塔吊作用在基础顶面上的垂直力（KN）Fhd塔吊作用在基础上顶面的水平力（KN）Gd砼基础的重力（KN）b基础底板长度和宽度（m）h塔吊基础的高度（m）从图可知，塔基总的垂直作用力N= Fdv+Gd ；而N又等于地基土的总反力，即N=3(b/2-e)bPdmax /2，移项后即得公式(2)，该公式成立的前提条件是公式(1)，即要求eb/3，也即合N离基础边的距离应大于或等于（b/2-e）=b/2-b/3=b/6；地基土反力三角形图的底边AB长不得小于AB=3（b/2-e）=3b/6=b/2，所以公式（1）基础抗倾翻稳定的条件是地基土反力三角形图顶点A的极限位置是基础中心点O。3.基础底板的受弯、受剪、受冲切强度计算按混凝土结构设计规范（GB50010-2002）计算。(1).受弯计算基础位于塔身钢构柱边的截面弯矩、剪力最大，为计算截面。M= a12(2b+a)(pdmax+pj)/12底板受力钢筋可近似按下式计算：A s= M/(0.9fyh0)(2).受剪计算V= a1l(pdmax+pj)/2 （计算地基土压应力时扣除基础自重及其上的土重）V0.7hsftbh0 hs=(800/ h0)1/4(3).受冲切计算钢构柱的冲切荷载为Fl=PsA Fl0.7hpftbmh0 bm=(bt+bb)/2 bb=bt+ 2h0 bm= bt+ h0h0截面有效高度，取两个配筋方向的截面有效高度的平均值；Ps基础底面地基反力设计值（可扣除基础自重及其上的土重），当基础偏心受力时，可取用最大的地基反力设计值；（二）、桩承台基础稳定和强度的计算依据塔吊桩承台基础的稳定性的计算依据是上海市标准地基基础设计规范（DGJ08-11-1999），桩承台强度的计算依据是建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）和混凝土结构设计规范（GB50010-2002）。计算时全部采用荷载设计值，即按建筑地基基础设计规范的规定，取荷载设计值为荷载标准值乘1.35。1.桩竖向承载力设计值单桩竖向受压承载力：Rd=Rsk/s+ Rpk/p=Upfsi li/s+ fp Ap /p单桩抗拔承载力：Rd= Upi fsi li/s+ GpUp 、Ap分别为桩身截面周长和桩端横截面面积；fsi桩侧第i层土的极限摩阻力标准值；fp桩端处土的极限端阻力标准值；li第i层土的厚度；i 桩周第i层土的抗拔承载力系数；Gp单桩自重设计值，自重分项系数取1.0，地下水位以下应扣除浮力，浮力分项系数取1.2。s、p为承载力分项系数。2.抗倾翻稳定性验算Nd=0 (Fdv+Gd)/nRd偏心受压时除满足上述条件外，还应满足：受压一侧：Ndmax1.2Rd受拉一侧：NlRdNdi=0 (Fdv+Gd)/n0 (Md+Fhdh)xi/xi 2n桩的数量；Ndi偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力设计值；xi第i根桩至y轴的距离;3.桩承台的受弯、受剪、受冲切强度计算(1).受弯计算计算截面取塔身钢构柱边的截面：My= Ndi xiA s= M/(0.9fyh0)(2).受冲切计算塔身钢构柱对承台的冲切Fl=0Fdv （扣除承台及其上土重，作用在冲切破坏锥体上的荷载设计值，锥体与承台底的夹角不小于45）Fl4o (bc+ao)hpfth0 hp受冲切承载力截面高度影响系数；o=0.84/(o+0.2) o= ao/ h0 0.2o1；角桩对承台的冲切Nl1 (2c+a1)hpfth01=0.56/(1+0.2) 1= a1/ h0 0.211；Nl扣除承台及其上土重后的角桩顶竖向力设计值；c从角桩内边缘至承台外边缘的距离；(3).受剪计算Vhsftb0h0=1.75/(+1.0) hs=(800/ h0)1/4 = a/ h0 0.33；a柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离。（三）、整体块式钢筋混凝土基础的设计实例据某塔吊制造厂所提供的固定式QTZ80F塔吊在未采用附着装置前，基础受力为最大，有关数据见下表：工 况塔机垂直力Fv(KN)水平力Fh(KN)倾翻力矩M（KNm）扭矩Mk(KN)工作状态717.4751.141493.89212.5非工作状态496.4398.632100.520基础尺寸为6000mm6000mm1350mm，基础埋深d=1.0m，地下水位在自然地面下0.5m，基础底面土层k=15.00 ，ck=21.0kpa, =18.1kN/m3, 基础底面以上土层的平均0=13kN/m3（已扣除水的浮力）。1.用土的抗剪强度指标计算地基承载力d=0.7k/1.3=0.715.0/1.3=8.0770cd=0.7 ck/2.0=0.721.0/2.0=7.35kpa按d查规范表4.2.3-1和表4.2.3-2得：d= 1.198, N=0.226, Nq=2.5, Nc=7.560, q=1.0+sind=1.140fdh=0.5Nb+Nqq0d+Ncccd=0.50.2260.618.13.0+2.51.140131.0+7.5601.27.35=3.68+37.05+66.68=107.41kN/m2 fd=d fdh=1.198107.41=128.68kN/m22.基础抗倾翻稳定性验算基础重量Gd =1.26.06.01.3525-1.0106.06.00.5=1278.0KN(1).核算工作状态e=(Md+Fhdh)/( (Fdv+ Gd )=(1493.891.35+51.141.351.35)/(717.471.35+1278.0)=2109.95/2246.58=0.939m6.0/3=2.0m 符合要求。Pdmax=20 (Fdv+Gd)/3ba=20.9(717.471.35+1278.0)/36.0(6.0/2-0.939)=109.01KN/m21.2fd =1.2128.68=154.42KN/m2 安全。(2).核算非工作状态e=(Md+Fhdh)/( (Fdv+ Gd ) =(2100.521.35+98.631.351.35)/(496.431.35+1278.0)=3015.46/1948.18=1.548m6.0/3=2.0m 符合要求。Pdmax=20 (Fdv+Gd)/3ba1.2fdPdmax=20.9(496.431.35+1278.0)/36.0(6.0/2-1.548)=134.17kN/m21.2fd =1.2128.68=154.42kN/m2 安全。3.基础底板的受弯、受剪、受冲切强度计算砼采用C30 ft=1.43 N/mm2 钢筋采用级钢 fy=300 N/mm2(1).受弯计算pj= pdmax2.206/4.356=67.95 kN/m2M= a12(2l+a)(pdmax+pj)/12=2.152(26.0+1.70) (134.17+67.95)/12=1066.66 kN-mA s = M/(0.9fyh0)=1066.66106/0.9（135050）300=3038.9 mm2按构造配筋要求选取25200双层、双向配置。A s=31490.9=15217.9mm23038.9 mm2 (2).受剪计算计算地基土压应力时宜扣除基础自重及其上的土重，在此为计算简便和安全，暂不扣除。V= a1l(pdmax+pj)/22.156.0(134.17+67.95)/2=1303.67 kN-m hs=(800/ h0)1/4=(800/ 1300)1/4=0.8860.7hsftbh0=0.70.8861.4360001300=6917.71 kN V满足要求。(3).冲切计算钢构柱的冲切荷载为Fl=PsAl=（PdmaxGd/A）Al Fl=134.17-1278.0/(6.06.0)(6.0+4.3)0.85/2=431.93 kNbm= bt+ h0=1.7+1.3=3.0m; hp=1.0-0.1(1.35-0.8)/(2.0-0.8)=0.9540.7hpftbmh0 = 0.70.9541.4330001300 =3724 kN Fl 满足要求。（四）、桩承台基础计算实例以上述QTZ80F塔机为例，在相同塔机荷载作用下，设计预制砼方桩300300，长24m，桩承台尺寸为4000mm4000mm1200mm，桩承台埋深d=1.0m，地下水位在自然地面下0.5m。其工程地质条件见下表： 地层名称土层厚度(m)预制桩标准值灌注桩标准值桩周土极限摩阻力fs(Kpa)桩端土极限端阻力fp(Kpa)桩周土极限摩阻力fs(Kpa)桩端土极限端阻力fp(Kpa)表土1.6不计不计砂质粉土夹粉粘土1.41515砂质粉土6.66m 156-10m 406m 156-10m 30淤泥粘土5.42520粉质粘土夹粉粘土2.54030砂质粉土夹粉粘土5.95545粉质粘土4.680200065750砂质粉土3905000701500粉砂101007000802500桩承台重量Gd =1.2*4.0*4.0*1.2*251*10*4.0*4.0*0.5=496.0KN1.单桩竖向承载力设计值Rd=Rsk/s+ Rpk/p=Upfsi li/s+ fp Ap /pRsk=Upfsi li=1.2*(1.4*15+3.0*15+3.6*40+5.4*25+2.5*40+5.9*55+1.6*80)=1077 kNRpk=fpAp = 2000*0.3*0.3=180kNp= Rpk/(Rpk+Rsk)=180/(1077+180)=0.1432查表得：s=1.7432 p=1.076Rd=Rsk/s+Rpk/p=1077/1.7432+180/1.076=785.1kN2.单桩抗拔承载力Rd= Upi fsi li/s+ GpGp=1.0*25.0*0.3*0.3*24.0-1.2*10.0*0.3*0.3*24.0=28.08 kN-m Rd= 0.6*1077.0/1.6+ 28.08 =431.96 kN3.倾翻稳定性验算(1).核算工作状态Nd=0 (Fdv+Gd)/n=0.9*（717.47*1.35+496.0）/4=329.53 KN RdNdi=0 (Fdv+Gd)/n0 (Md+Fhd*h)xi/xi 2=329.530.9* (1493.89*1.35+51.14*1.35*1.2)/(4*1.70)=329.53277.89由上可见，桩全部受压。Ndmax=607.42 kN1.2Rd=1046.76 kN 满足要求。(2).核算非工作状态Nd=0 (Fdv+Gd)/n=0.9*（496.43*1.35+496.0）/4=262.39 KN0.2 Asmmin=0.214540001200=10296 mm2 3638.86 mm2故按构造配筋。2