塔吊基础设计计算方案说明

1、1. 塔吊基础设计计算方案 设计依据 1. 建筑桩基础技术规范 JGJ84 94 2. 混凝土结构设计规范 GB50040 2002 3. 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 4. 建筑地基基础设计规范 DB33/1001 2003 5. 建筑机械使用安全规程 JGJ33 2001 6. 建筑结构荷载规范 GB50009 2002 7. 本工程岩石工程勘察报告 8. 施工图纸 9. 简明施工计算手册 10. 塔吊使用说明书 塔吊选型 本工程为框剪结构， 地下一层， 总建筑面积 246389m 2、本标段 72500m 2。地上 1832 层，地下室区地面结 构标高为-5.6m, 地

2、下室区顶 板结构标高为-1.20m, 板厚 500mm,5#-6# 楼建筑物高度最大为 98.6m, 5#-6# 楼构架顶标高 105.3m,7#-9# 楼建 筑物高度最大为 55.3m, 7#-9# 楼构架顶标高 62m 。根据本工程特点、布局，拟选用 4 台 浙江凯达电梯制造有限公司制造的 QTZ63 型液压自升塔式起重机（简称塔吊） ，其相关技 术参数适用于本工程垂直运输需要。 三、塔吊位置的确定 为最大限度的满足施工需要，拟将塔吊位置作如下确定： 塔吊基础：5#塔吊设置在 5#楼EF轴/24 25轴，7#塔吊设置在 7#楼EF轴/8 6 轴， 8#塔吊设置在 8#楼Q轴/8 9轴，9#

3、塔吊设置在 9#楼B1 轴/13 轴，具体详见塔吊 平面布置图。 四、塔吊基础的确定 1. 地质参数以本工程岩石工程勘察报告中有关资料为计算依据（以 Z50 孔为依据）， 其主要设计参数（见土层设计计算参数表） 。 土层序号 土层名称 土层层厚（ m ） 单桩桩侧阻力特征值 qsia（kpa） 单桩桩端阻力特征值 qpa（kpa） 2-1 粉质粘土 12 18 2-2 粘质粉土 46 15 3-1 淤泥质粘土 5 58 7 3-2 淤泥质粉质粘土 102 8 4-1 粉土夹粉砂 97 13 4-2 粉砂 41 23 5-1 粉质粘土 41 15 5-2 粉质粘土夹粉土 32 16 6-1 砾砂

4、 15 26 6-2 圆砾 44 40 2500 2. 塔吊基础受力情况（说明书提供） 荷载工况 基础荷载 P (kN ) M(kN.m) F Fh M MZ 工作状态 511 2 18 3 1335 269 3 非工作状态 464 1 73 9 1552 0 3. 所定的塔吊位根据建筑结构条件、 地质条件以及塔吊各项技术参数确定： 塔吊基础桩采 用机械钻孔混凝土灌注桩，桩径 800 ，桩长38M (有效桩长) ，桩身混凝土 C25 ，钢筋 笼全长配筋 16A20 ，A8100/200 (螺旋箍)，附加箍筋 A142000 ，桩顶 3000 内 A8100 ，钢筋伸入承台 800 ，桩数 4

5、根。桩顶标高为 -7.10(-7.25)m, 桩位布置及基础 承台平面尺寸详见附图。 4. 采用钢筋混凝土承台， 尺寸为 4000 4000 1000mm ，内配钢筋双层双向 A20200 ， 承台混凝土强度 C30 ，承台顶标高 -6.15(6.30)m, 基础下 100 厚 C15 混凝土垫层。在塔 吊承台位置地下室底板预留洞 4000 4000 ，四周设一道止水板， 与基础连接处用 100 厚泡沫板相隔并做防水处理。 塔吊基础处后浇带处理方法同地下室后浇带。 塔身穿楼板 处，楼板预留洞四周比塔身外围大 500mm(2600 2600), 该处梁板后浇带处理方法同 地下室顶板后浇带。 五、

6、塔吊基础施工 塔吊基础混凝土机械钻孔桩， 将由在现场施工工程桩的施工队伍施工， 并按其专项施工 方案进行操作。 考虑到今后塔吊安装方便， 施工中有关预埋件需同步进行埋设， 并要确保其位置准确性。 塔吊基坑土方开挖时间随同本工程地下室，并预先施工。 由于塔吊基础在地下室顶板以下， 故在塔吊基础施工前， 要对基础处挖基坑， 基坑支护围护 做法如下： 鉴于现场自然地坪标高为 -1.6900M, 塔吊基坑底标高为 -6.55M ，实际挖深 -4.95M, 属 深基坑挖设。 场地土质查地质勘察报告为淤泥质土层， 难以支护， 经比较， 选定上层 2M 大 放坡开挖， 下层 3.4M 用钢板桩支护， 此支护

7、方法为温州市淤泥质土比较成熟方法。 钢板桩 材料选用国标 16# 槽钢，长度 9M ，从 -4.00M 平台处打入土中，外露 20cm ，四边角加料 撑部分用单排槽钢并排打入， 中间 3M 用正反扣连接方式打入， 钢板桩内侧加两道水平梁支 撑，水平梁用双槽钢扣成方管焊接而成，接头处 450 拼角，四角斜撑与水平梁接触处除焊 接外，另加焊槽钢，以防水平梁受力时斜撑焊缝破坏，造成梁突然破坏，水平梁布置两道， 第一道距钢板桩上口 500 处布置，第二道距第一道 1500 布置，保证钢板受力均匀，不发 生变形。 开挖时注意事项 ： 1. 对作业人员做好安全、技术交底、每个人员分工明确。 2. 基坑开挖

8、时由施工人员指挥人、机作业、安全员现场协调安全工作。 3. 划定作业范围、存土、转土地点、挖机行走路线，作业半径内严禁人员行走。 4. 在土方边坡顶， 钢板桩顶设置沉降观测点，开挖中与开挖后定时观测， 发现异常， 立即 采取措施。 5. 基坑设置专用扶梯， 以供人员上下， 工人在基坑内作业时，设专人在上面指挥，以免上 面物体落入坑内，同时一且发现支护异常，立即通知人员撤出。 6. 基坑周边设立警戒线， 围护设置， 防止与基坑施工无关人员误伤， 同时保护基坑内作业 人员安全。 7. 制定应急措施： 1 挖掘机随时待命，一旦沉降异常难以控制，即用挖机将支护周围土方挖低御载。 2 准备工字钢、松木（

9、 6M ）、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。 2. 第一部分： QTZ63C （5709 ）型塔吊桩基础计算书 参数信息 塔吊型号 : QTZ63C （ 5709 ）主要部件重量如下表： 序号 名称 重量（kg ） 序号 名称 重量 1 塔顶 2300 9 回转总成 3200 2 平衡臂总成 4500 10 塔身 830 （60 2 。8）=17430 3 司机室 500 4 起重臂总成 6250 5 平衡重 11700 6 载重小车 238 7 爬升架 3300 8 固定基节 1020 自重 （包括压重 ）F1=50438 9.80665 1000=496.63kN, 最大起重荷载 F2

10、=6 9.80665=58.84kN 塔吊倾覆力距 M=1552.00kN.m, 塔吊起重高度 H=58.8m, 塔身宽度 B=1.60m 混凝土强度 :C30, 钢筋级别 :级 ,承台长度 Lc 或宽度 Bc=4.00m 桩直径 d=0.80m, 桩间距 a=2.40m, 承台厚度 Hc=1.00m 基础埋深 D=1.00m, 承台箍筋间距 S=200mm, 保护层厚度 :50mm 二塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算 1. 塔吊自重 （包括压重 ）F1=496.63kN 2. 塔吊最大起重荷载 F2=58.84kN 作用于桩基承台顶面的竖向力 F=（F1+F2） 1.2=665.56Kn

11、塔吊的倾覆力矩 M=1.4 1552=2172.80kN.m 三. 矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算 塔吊基础受力示意图 塔吊基础平面 F基础顶面所受垂直力 Fh基础顶面所受水平力 基础所受倾翻力矩 z基础所受扭矩 计算简图： 图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。 (一) 单桩允许承载力特征值计算 1. 单桩竖向承载力特征值计算 1) 按地基土物理力学指标与承载力参数计算 22 AP=r 2=0.5024m 2 Ra=q paAp+up qsia l i (DB33/1001 2003)(9.2.3-1) qpa AP=0 up qsia l i =1.

12、88 ( 5.58 7.00 1.02+10.2 8.00 1.02+9.7 13.00 1.02+4.1 23.00 1.02+4.1 15.00 1.02+3.2 16.00 1.02+1.5 26.00 1.02+4.4 40.00 1.02 ) =1282.414KN 即R a=1282.41KN 2) 桩身截面强度计算 0.7 11.9 5.03 10 5=4189.99KN 其中 , 工作条件系数，取 0.7 fc 混凝土轴心抗压强度设计值，fc =11.90N/mm Ap 桩的截面面积， A=5.03 10 5mm 2。 2. 单桩抗拔力特征值计算 Ra=u p 6 iq sia

13、 l i +G PK (DB33/1001 2003)(9.2.7 1) =1282.414+429.552=1711.966KN up6iqsia l i=1.88 (5.88 7.00 1.02+10.2 8.00 1.02+9.7 13.00 1.02+4.1 23.00 1.02+4.1 15.00 1.02+3.2 16.00 1.02+1.5 26.00 1.02+4.4 40.00 1.02)=1282.41KN 0.9G pk =0.9 0.4 238 25=429.552KN （二）单桩桩顶作用力的计算和承载力验算 1. 轴心竖向力作用下： Qk=(F K+G K)/n (

14、DB33/10012003 ) (9.2.1-1) =(666.56+480)/4=286.64KN 2. 偏心竖向力作用下： xi 按照 Mx=M k=2172.8+73.9 1.0=2246.7KN m DB33/1001 2003 )( 9.2.1-2 ) = (666.56+750)/4 2246.7 1.7 / =354.14 476.25 3. 水平作用下： =73.9/4=18.48KN 其中 n 单桩个数， n=4 ； F作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=666.56kN G桩基承台的自重 G=1.2 (25 BcB c Hc+20 B c BcD) =1.2 (25 4.

15、00 4.00 1.00+20 4.00 4.00 0.00) =480.00k N Mx,My 承台底面的弯矩设计值 (kN.m) ；取 2172.80KN.m; xi,yi 单桩相对承台中心轴的 XY 方向距离 a/2=1.70m; Ni 单桩桩顶竖向力设计值 (kN) 。 (三) 矩形承台弯矩的计算 (依据建筑桩技术规范 JGJ94-94 的第 5.6.1 条) 其中 Mx1,My1 计算截面处 XY 方向的弯矩设计值 (kN.m) ； xi,yi 单桩相对承台中心轴的 XY 方向距离 取a/2 B/2=0.90(m) Ni1 扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值 (kN) ， 2 Ni1

16、=Ni-G/n=486.17KN/m2; 经过计算得到弯矩设计值： Mx1=My1=2 486.17 0.90=875.11KN.m。 四、矩形承台截面主筋的计算 xi= xi= 依据混凝土结构设计规范 (GB50010-2102) 第 7.2 条受弯构件承载力计算。 C80 式中，1 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 时，1 取为 0.94, 期间按线性内插法得 1.00 ； f c混凝土抗压强度设计值查表得 16.70N/mm 2; h 0 承台的计算高度 H c-50.00=950.00mm; fy钢筋受拉强度设计值， fy=300.00N/mm

17、 经过计算得： 875.11 10 6/(1.00 16.70 4000.00 1000.00 2)=0.013; 1-(1-2 0.013) 0.5 =0.013 =1-0.013/2=0.994; =A sy =875.00 10 6/(0.994 950.00 300.00)=3088.59mm2。 基础承台配筋为 A20200 双向双层( As=3849mm ) 3088.59mm 2,满足要求。 五、矩形承台截面抗剪切计算 依据建筑桩技术规范 (JGJ94-94) 的第 5.6.8 条和第 5.6.11 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

18、称性， 记为 V=673.67kN 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： 其中 0 建筑桩基重要性系数，取 1.0 ； b0 承台计算截面处的计算宽度， b0=4000mm ； h0 承台计算截面处的计算高度， h0=1000mm ； 剪切系数 当 0.3 1.6(抗倾覆满足要求 ) 七、桩配筋计算 根据 DB33/1001 2003 中的 9.1.10 的要求，本方案设计中的桩不属于抗拔桩及承受水平 力为主的桩，所以桩身配筋按最小配筋率计算。 灌注桩桩身按最小配筋率 0.65% 计算。 As= A=0.65% 400 2 =3267.25mm 所以桩身按最小配筋率配筋，

19、桩身配筋为 16A20 ， A si=254.5 16=4072mm 2Asi 8B18 B122000 A820螺0 旋箍 主筋保护层 第二部分：塔吊附着计算 塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定， 需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接 的两支座间距改变时， 需要进行附着的计算。 主要包括附着杆计算、 附着支座计算和锚固环 计算。 、支座力计算 塔机按照说明书与建筑物附着时， 最上面一道附着装置的负荷最大， 因此以此道附着杆 的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。 附着式塔机的塔身可以简化为一个带悬臂的 刚性支撑连续梁，其内力及支座反力计算如下： 风荷载标准值应按照以下公式计算： 2 WK

20、=W 0uzusz=0.600 1.170 1.350 0.700=0.633KN/M2; 其中 W0 基本风压（ KN/m 2 ） ,按照建筑结构荷载规范 （ GBJ9 ）的规定采用： W0=0.600KN/m 2; u z 风压高度变化系数， 按照建筑结构荷载规范 （GBJ9 ）的规定采用： u z=1.350; u s 风荷载体型系数： u s=1.170; z高度 Z 处的风振系数， z=0.700; 风荷载的水平作用力： Q=W KB KS=0.663 1.600 0.200=0.212KN/m; 其中 WK 风荷载水平压力， WK=0.663KN/m 2; B 塔吊作用宽度， B=

21、1.600m; KS 迎风面积折减系数， K s=0.200; 实际取风荷载的水平作用力 q=0.212KN/m; 塔吊的最大倾覆力矩： M=882.00KN/m; 剪力图 计算结果： N W =77.7189KN 、附着杆内力计算 计算简图： 计算单元的平衡方程： FX=0 T1COS 1+T 2COS 2 -TCOS 3=-N WCOS FY=0 T1sin 1+T 2sin 2+T 3 sin 3=-N Wsin M0=0 T1(b 1+c/2)cos 1-(1+c/2)sin 1+T 2(b 1+c/2)cos 2-(1+c/2)sin 2 +T 3-(b 1+c/2)cos 3+(2

22、-1-c/2)sin 3=M W 其中： 1= rctgb 1/ 12 =rctgb 1/( 1 +c)3= rctgb 1/( 2- 1 -c) 第一种工况的计算 塔机满载工作， 风向垂直于起重重臂， 考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合风 荷载扭矩。 将上面的方程组求解，其中从 0 360 循环，分别取正负两种情况，求得各附着最大的。 塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合。 杆 1 的最大轴向压力为： 88.29KN; 杆 2 的最大轴向压力为： 1.47KN; 杆 3 的最大轴向压力为： 75.87KN; 杆 1 的最大轴向拉力为： 43.

23、37KN; 杆 2 的最大轴向拉力为： 43.62KN; 杆 3 的最大轴向拉力为： 85.08KN; 第二种工况的计算： 塔机非工作状态，风向顺着着起重臂，不考虑扭矩的影响。 将上面的方程组求解，其中 =45 ，135 ，225 ，315 ，MW=0 ，分别求得各附着最大的轴压 和轴拉力。 杆 1 的最大轴向压力为： 65.83KN; 杆 2 的最大轴向压力为： 15.94KN; 杆 3 的最大轴向压力为： 79.34KN; 杆 1 的最大轴向拉力为： 65.83KN; 杆 2 的最大轴向拉力为： 15.94KN; 杆 3 的最大轴向拉力为： 79.34KN; 三、附着杆强度验算 1. 杆件

24、轴心受拉强度难验算 验算公式： =N/A n f 其中：为杆件的受拉应力； N 为杆件的最大轴向拉力，取 N=85.084KN; A n 为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159 6mm ； An=/4 159 2-(159-2 6 )2=2883.982mm 经计算，杆件的最大受拉应力 =85083.744/2883.98=29.502N/mm 最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力 215N/mm 2, 满足要求。 2. 杆件轴心受压强度验算 验算公式： =N/ An f 其中：为杆件的受拉应力； N为杆件的最大轴向拉力 ,杆 1 ：取 N=88.29KN; 杆 2 ：取 N=15.942KN; 杆 3 ：取 N=79.337KN; An 为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159 6mm ； An=/4 159 2- (159-2 6)2=2883.982mm 2。 I 钢管的惯