塔吊基础的设计和计算

1、塔吊基础的设计与运算（刘宏林）一、塔吊基础的设计依据 GB/T13752-1992 塔式起重机设计规范 JGJ/T187-2022 塔式起重机混凝土基础工程技术规程 GB50007-2022 建筑地基基础设计规范 JGJ94-2022 建筑桩基技术规范 GB50017-2022 钢结构设计规范 二、塔吊基础设计选型塔吊基础形式应依据工程地质、荷载大小与塔机稳固性要求、现场条件、 技术经济指标,并结合塔吊厂商供应的塔机使用说明书要求确定；塔吊基础设计常用类型分为 组合式基础 ；板式基础（矩形、方形）、十字形基础和桩基础、板式基础是由钢筋混凝土筑成的平板形基础；十字形基础是由长度和截面相同的两条相

2、互垂直等分且节点加腋的混凝土条形基础组成的基础；板式基础、十字形基础适用于地基承载力较高,基坑较浅的工程；1 板式基础 十字形基础 应用工程有：建行灾备中心、光谷新世界等工程、武汉保利文化广场（利用 底板）桩基础是由预制混凝土桩、 预应力混凝土管桩、 混凝土灌注桩或钢管桩及上端连接的矩形板式或十字形梁式承台组成的基础；桩基础适用于在脆弱土层, 浅基础不能满意塔机对地基承载力和变形的要求或因场地限制,塔吊布置于地下室范畴内且不需在土方开挖之前投入使用的工程；桩基础应用工程有：武汉万达广场（桩 +承台）、武商摩尔城（桩 +承台）2 组合式基础是由如干格构式钢柱或钢管柱与其下端连接的基桩以及上端连接

3、的混凝土承台或型钢平台组成的基础；适用于因场地限制, 塔吊布置于地下室范畴内且需在土方开挖之前投入使用的工程；应用工程有：天津 117 大厦（桩 +钢格构柱 +钢承台）；福新惠誉（桩 +钢格构 柱+混凝土承台）；组合式基础 三、塔吊基础设计运算 . 1、基础荷载取值 采纳塔机制造商供应的塔机使用说明书的基础荷载,包括作用于基础顶的竖向荷载标准 值（ Fk）、水平荷载标准值（Fvk）、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（ Mk）及扭矩荷载标准值（ Tk）；基础基础荷载 荷载仍 包括 基础及 其 上土的 自重荷 载标 准 值（Gk）；如： TC5613塔式起重机厂家

4、给定的基础荷载如下表：M kkN.M FkKN FvkkN TkkN.M 工作状态1827.0 619.0 30.3 332.0 非工作状态2395.5 526.3 62 0.0 .2、板式基础设计和运算设计构造要求：基础高度应满意塔机预埋件的抗拔要求,星或台阶形截面的基础；且不宜小于 1000mm,不宜采纳坡基础的混凝土强度等级不应低于C25,垫层混凝土强度不应低于C10,厚度不小于 100mm；板式基础在基础表层和底层配置直径不应小于12mm、间距不应大于 200mm的钢筋,且上、下层主筋应用间距不大于 500mm 的竖向构造钢筋连接；架立筋3 的截面积不宜小于受力筋截面积的一半预埋于基础

5、中的塔机基础节锚栓或预埋节,应符合塔机制造商供应的 塔机使用说明书规定的构造要求,并应有支盘式锚固措施；矩形基础的长边与短边长度之比不宜大于2,宜采纳方形基础；板式基础一般依据地勘报告供应的地基承载力特点值,从塔机制造商供应 的塔机使用说明书中的基础中选取；4 如：TC5613塔式起重机厂家给定的基础图如下：表1工况载荷（）（）（.）（.）工作工况 非工作工况注：表 1中、及弯矩为基础最大弯矩固定基础载荷示意图工况载荷,扭矩为基础最大扭矩工况载荷；上层主筋架立筋下层主筋 固定基础表2上层筋下层筋地耐力砼方量重量架立筋纵横向各 27- | 25纵横向各 27-| 25纵横向各 30- | 25纵

6、横向各 30-| 25纵横向各 33- | 25纵横向各 33-| 25注：本基础应采纳整体钢筋砼基础；对基础的基本要求如下：固夯实,依据土质情形,可选用不同的基础（见左固定基础图）；1）基础下土质应坚 2）砼强度等级不得低于,地耐力不小于表 2的规定； 3）砼基础的深度应大于 1350；4）砼基础的四个固定支腿上表面应校水平,平面度误差小于 1/500 ；塔式起重机固定基础图5 设计运算 1）抗倾覆验算2）地基承载力验算eMkF vkg hF kG ke b/ 4求基础底面平均压应力p kFkG kbl求基础底面边缘最大压应力值当偏心距max时：p k2FkG k3 la其中,a合力作用点至

7、 基础底面最大压力边缘的距离当偏心距 时：p kmaxFkG kMkFvkg hblW修正后的地基承载力特点值6 fafakbb3dmd0.5地基承载力验算 基础底面压力应同时符合：p k f a p km ax 1.2 f a kp相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值；p km ax相应于荷载效应标准组合时,基础底面边缘的最大压力值；af修正后的地基承载力特点值. 3）基础运算 求基底静反力 基底净反力采纳基底平均压力设计值 p：1 p max p p 2 p max、p 荷载效应基本组合运算的基 底边 缘最大压力值、塔机立柱边的基底压力值；求弯矩设计值MPlba2/8其中 a

8、为塔吊标准节边长 基础受弯运算 按单筋矩形截面进行受弯配筋运算,运算简图如下列图；7 单筋矩形截面的运算简图单筋矩形截面受压区混凝土的等效应力图求截面抗击矩系数ss1Mfc2 bh 0求相对受压区高度112sbb 取 0.55（ C50 HRB330）0.518C50 HRB400 8 求内力臂系数sss10 5.t=112s2求配筋AsminA sM0. 2求最小配筋Asfy0hAsminbh0 . 45f f,且miny底部钢筋取配筋最大值,上部钢筋不小于底部钢筋的一半,一般对称布置；基础受剪运算Vh0 . 7hftbh 080014h 0当 h0 小于 800mm 时取 h0=800mm

9、 当 h02022mm 时取 h0=2022mm . 3、十字形基础运算 1）设计构造要求：十字形基础主筋应按梁式配筋, 主筋直径不 应小于 12mm,箍筋直径不应小于 8mm 且间距 不应大于 200mm,侧向构造纵筋的直径不应小 于 10mm 且间距不应大于 200mm；架立筋的截 面积不宜小于受力筋截面积的一半；十字形基础的节点处应采纳加腋构造；2）基础运算 倾覆力矩设计值（M ）和水平荷载设计值9 （Fv）应按其中任一条形基础纵向作用运算,竖向荷载设计值（F）应由全部基础承担；其他参考板式基础；. 5、桩基础运算1）桩端持力层的挑选桩端持力层宜挑选中低压缩性的黏性土、中密或密实的砂土或

10、粉土等承载力较高的土层；桩端全断面进入持力层的深度,对于黏性土、粉土不宜小于 2d,对于砂土不宜小于 1.5d,碎石类土不宜小于 1d；当存在脆弱下卧层时,桩端以下硬持力土层厚度不宜小于 2）桩基运算3d,并应验算下卧层的承载力；桩基运算应包括桩顶作用效应运算、桩基竖向抗压及抗拔承载力运算、桩身承载力运算、桩承台运算等,可不运算桩基的沉降变形；1 桩顶作用效应运算 桩顶作用效应,应取沿矩形或方形承台对角线方向的倾覆力矩和水平荷载及 竖向荷载进行运算； 当采纳十字形承台时, 倾覆力矩和水平荷载的作用应取其中 任一条形承台按其纵向作用进行运算,竖向荷载应按全部桩基承担进行运算；基桩的桩顶作用效应运

11、算公式：轴心竖向力作用下QkF kGkMkLF hn偏心竖向力作用下QkmaxF kG knQkminF kG kMkLF hn式中：Q 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,基桩的平均竖向力；Q kmax 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,角桩的最大竖向力；Q kmin 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下,角桩的最小竖向力；F 荷载效应标准组合时,作用于桩基承台顶面的竖向力；G 桩基承台及其上土的自重标准值,对稳固的地下水位以下部分应扣除水的浮力；n 桩基中的桩数M 荷载效应标准组合时, 沿矩形或方形承台的对角线方向作用于承台顶面的力矩；Fvk 荷载效应标准组合时,塔机作用于承台顶面的水平力；h

12、承台的高度；L 矩形承台对角线两端基桩的轴线距离；2 桩基竖向承载力运算Q k R a桩基竖向承载力应符合：Q k max 1.2 R a式中 R 单桩竖向恒载力特点值；R a u q sia l i q pa A pq pa、q sia 桩端端阻力、 桩侧阻力特点值, 由当地静载荷试验结果统计分析算得；A 桩底端横截面面积；u 桩身周边长度；il 第 i 层岩土的厚度；3 桩的抗拔承载力Q k R a桩的抗拔承载力应符合：R a u i q l sia i G p式中 Q k按荷载效应标准组合运算的基桩拔力；R 单桩竖向抗拔承载力特点值；i 抗拔系数, 当无试验资料且桩的入土深度不小于 6.

13、0m 时,可依据土质和桩的入土深度,取 i =0.50.8 （砂性土,桩入土较浅时取低值；黏性土和粉土,桩入土较深时取高值）；G 桩身的重力标准值,水下部分按浮重度计；4 桩身承载力运算：11 轴心受压桩桩身承载力应符合：Qcf A ps0.9f As式中 Q 荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；c 基桩成桩工艺系数,混凝土预制桩和预应力混凝土空心桩取 0.85 ；干作业非挤土灌注桩取 0.90 ；泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩和挤土灌注桩取 0.70 0.80 ；软土地区挤土灌注桩取 0.60 ；cf 混凝土轴心抗压强度设计值；按现行混凝土结构设计规范取值,桩身混凝土等级为 C30；A

14、桩身横截面积；fy 纵向主筋抗压强度设计值；f A y sfpyApyAs 纵向主筋截面面积；轴心抗拔桩桩身承载力应符合：Q式中 Q 荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值；yf 、fpy一般钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；A 、A py一般钢筋、预应力钢筋的截面面积；5 承台运算：M x N y i承台弯矩运算公式 ：M y N x i其中 M , M 分别为绕 X 轴、Y轴方向运算截面处的弯矩设计值 kN m；ix, iy 分别为垂直 y 轴、x 轴方向自桩轴线到相应运算截面的距离；N 扣除承台及格构柱自重,在荷载效应基本组合下的第 i 桩桩顶竖向反力设计值 kN 当板式承台基础下沿对角

15、线布置4-5 根基桩时,宜在桩顶布置暗梁；1-1 截面运算简图 集中荷载作用点尺寸按 塔机立柱的实际间距确定塔机对角线上两立柱对基础的集中荷载设计值：F max min F M 4 L 1 F max min 塔机倾覆力矩沿塔身截面对角线方向作用时,相应对角线上两立柱对基础的集中荷载设计值；F塔机荷载效应基本组合时作用于基础顶的竖向荷载；M塔机荷载效应基本组合时作用在基础顶的倾覆力矩；L1塔机塔身截面对角线上两立柱轴线间的距离；承台受角桩冲切运算：Nl1 x c2a 1 y/ 21 yc 11ya 1 x/ 2hpg g01 x0.560.561x0.21y0.2N 荷载效应基本组合时,不计承

16、台及 其上土重力的角桩桩顶的竖向力设计值；1x 、1y 角桩冲切系数；c 、c 角桩内边缘至承台外边缘的水平 距离；a1x、a 1y从承台底角桩顶内边缘引45冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距 离；当塔机塔身柱边位于该 45 线以内时,就取 由塔机塔身柱边与桩内边缘连线为冲切椎体的锥线；hp 承台受冲切承载力截面高度影响系数,当 h800mm 时,hp 取 1.0,；h200mm13 时,hp 取 0.9；其间按先行内插法取值；tf 混凝土轴心抗拉强度设计值；h 承台外边缘的有效高度；.1x 、1y 角桩冲垮比,其只应满意0.251.0,1xa 1 x/h ,1ya 1y/h06、组合

17、式基础运算（1）设计构造组合式基础可由混凝土承台或型钢承台、格构式钢柱或钢管柱及灌注桩或钢管桩等组成；混凝土承台及基桩见桩基础设计运算部分；（2）型钢承台设计和运算型钢平台的设计应符合钢结构设计规范GB50017的有关规定,由厚钢板和型钢主次梁焊接或螺栓连接而成,型钢主梁应连接于格构式钢柱, 宜采纳焊接 连接；采纳型钢承台时,桩的布置宜与塔机标准节尺寸一样；钢承台须运算承台抗弯、抗剪和整体稳固性以及连接；抗弯强度运算MXMyfy W nyx W nx抗剪强度运算VSfvItw整体稳固性的运算MXxMyyfb WyW连接运算 对接焊缝运算Nft（fc w）lwt14 直角焊缝运算fNf1fwh

18、e lwfNwh elwf（3）格构式钢柱设计运算 格构式钢柱的布置应与下端的基桩轴线重合且宜采纳焊接四肢组合式对称构件,界面轮廓尺寸不宜小于400 400mm,分肢宜采纳等边角钢；格构式钢柱深化承台的长度不宜低于承台厚度的中心；下端深化灌注桩的锚固长度不宜小于2.0m,且应与基桩的纵筋焊接；格构式钢柱按轴心受压构件设计和运算,须运算格构式钢柱受压整体稳固性、分肢长细比和缀件弯矩、剪力；受压整体稳固性运算求构件换算长细比0222Z02缀板时0 xx120y2y140AA 1 x缀条时0 xx0y240AA 1 yyxH0Ix4A 0yH0Iy4A 0Ix4Ix0A0a/2Iy4Iy0A 0a/

19、2Z0215 求格构式钢柱换算长细比 0 max0 max0 max 格构式钢柱绕两主轴x、y 的换算长细比中大值；轴心受压构件答应长细比,取 150；求受压整体稳固性Nmax/Af格构式钢柱分肢的长细比验算 格构式钢柱分肢的长细比要求：当缀件为缀板时,10.50 max,且140当缀件为缀条时,10.70 max1格构式钢柱分肢对最小刚度轴的长细比 缀件运算 缀件剪力运算VAffyA=4A；85235式中： A格构式钢柱四肢的毛截面面积之和,f钢材的抗拉、抗压强度设计值；fy钢材的强度标准值（屈服强度）缀板弯矩、剪力运算 缀板应按受弯构件设计,弯矩和剪力分别为：16 M0Vl14V0Vl12

20、b 1斜缀条受压运算 斜缀条应按轴心受压构件设计,轴向压力值为：N0V2cosM0单个缀板承担的弯矩；V0单个缀板承担的剪力；N0单个斜缀条承担的轴向压力；b1分肢型钢形心轴之间的距离；1l 格构式钢柱的一个节间长度； 斜缀条和水平面的夹角；四、塔吊基础设计和运算常见问题 1、基础设计常见问题 1）持力层挑选不妥,忽视地基变形和稳固性自然地基持力层宜挑选承载力特点值不小于130kPa,黏性土状态不低于可塑（液性指数 Il 不大于 0.75）、砂土的密实度不低于稍密的土层,否就要进行天然地基的变形验算；塔机持力层下有脆弱下卧层,或基础底距离坡顶小于 2m,或距破底大于1.0m 时应进行边坡的稳固

21、性分析；桩端持力层宜挑选中低压缩性的黏性土、中密或密实的砂土或粉土等承载力较高的土层；桩端全断面进入持力层的深度,对于黏性土、粉土不宜小于 2d,对于砂土不宜小于 1.5d,碎石类土不宜小于 1d；当存在脆弱下卧层时,桩端以下硬持力土层厚度不宜小于3d,并应验算下卧层的承载力；2）基础布置不合理,未躲开承台和地梁 塔吊基础设计时,应绘制基础剖面图,表现塔吊基础与地下室底板、承台,塔吊标准节和主体结构在平面和立面上的相对位置关系,尽量躲开承台、 梁以及17 电梯井的位置,同时考虑基础和标准节拆除的便利；3）板式基础设计不经济,未按地耐力进行挑选 板式基础设计时过于保守,习惯按最低地耐力挑选基础,

22、特别不经济；以 TC5613塔式起重机厂家给定的基础图为例,当地耐力大于 210kPa时,可选截面 5000* 5000*1350,混凝土 33.75m 3,钢筋 81t ,如按地耐力 120kPa 挑选,截面 6000* 6000*1350,混凝土 48.6m 3,钢筋 116t ,就混凝土多用 44%,钢筋多用 43%；板式基础在征得工程设计单位同意时,可利用地下室底板作为塔机基础；4）承台设计不经济,截面挑选太大承台设计时习惯采纳塔机厂家供应的板式基础,截面太大, 特别不经济； 根据试算,TC7030及以下当支腿长度为 800mm 时选用 1000mm 厚承台均能满意要求,而按板式基础,

23、如挑选厚 1700mm 厚承台,就钢筋混凝土多用 70%；另外承台的长宽,满意承台的相关构造要求即可,尽量削减承台的截面尺寸；承台设计时应考虑预埋支腿的高度,如采纳 预埋支腿长度达 1800mm,承台厚 1500mm；TC153、CJ140等平头塔吊时,承台在征得工程设计单位同意时,可利用地下室底板作为塔机承台；5）桩基设计不经济,桩径、桩长取值过大桩基设计习惯采纳工程桩设计, 特别不经济； 工程桩设计应依据运算来设计和优化确定相关参数；桩基钢筋主要满意抗拔的需要；6）钢格构柱设计不合理,分肢稳固和构造不符合要求钢格构柱习惯按支撑格构柱设计,运算时未验算分肢的长细比或稳固性,缀件设计不满意构造要求,如：缀板高度：d 2 b 1 3缀板厚度：t 1 b 1 且 t 6 mm；40缀板间距：l 1 2b 1,且满意分肢长细比的运算要求格构柱上端