塔吊承臺(tái)樁基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計(jì)與計(jì)算

塔吊承臺(tái)樁基礎(chǔ)的常規(guī)設(shè)計(jì)與計(jì)算 王國平 （中鐵建工集團(tuán)承包總公司） 日前，在深圳市關(guān)外地區(qū)的房地產(chǎn)開正發(fā)熱火朝天。其中眾多的建筑地基是采用的是土方回填后的素填土，由于土體沒有固結(jié)，承載力無法確定或勘察院不提供承載力，在塔吊施工時(shí)采用一般承臺(tái)基礎(chǔ)無法保證塔吊的使用安全。為了使塔吊能夠正常安全的使用，在塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)必須采用承臺(tái)樁基礎(chǔ)。由于塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)一直沒有統(tǒng)一規(guī)定的計(jì)算方式，施工一般只是直接套用廠家的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)圖，對于具體的設(shè)計(jì)計(jì)算缺乏具體概念，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算更是加沒有可以借鑒、參照之處。本人參閱了大量的建筑技術(shù)規(guī)范后對塔吊樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做了一個(gè)技術(shù)總結(jié)，希望能給大家在塔吊樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)帶來較大的方便，同時(shí)對塔吊設(shè)計(jì)的原理作較完整的理解，可以對塔吊廠家設(shè)計(jì)說明的基礎(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷模赃_(dá)到在節(jié)約施工成本為目的的同時(shí)充分保證塔吊架體的穩(wěn)定安全。下面按一般FO/23B型塔吊，無附墻的最大自由高度作為設(shè)計(jì)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)示例。1、首先確定設(shè)計(jì)參數(shù)塔吊型號:FO/23B,最大4繩起重荷載10t；塔吊無附墻起重最大高度H=59.8m,塔身寬度B=2.0m；承臺(tái)基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度:C35, 厚度Hc=1.35m，承臺(tái)長度Lc或?qū)挾菳c=6.25m；承臺(tái)鋼筋級別:級,箍筋間距S=200mm,保護(hù)層厚度:50mm；承臺(tái)樁假設(shè)選用4根40095（PHC-A）預(yù)應(yīng)力管樁，已知每1根樁的承載力特征值為1700KN；參考塔吊說明書可知：塔吊處于工作狀態(tài)（ES）時(shí)：最大彎矩Mmax=2344.81KNm 最大壓力Pmax=749.9KN塔吊處于非工作狀態(tài)（HS）時(shí)：最大彎矩Mmax=4646.86KNm 最大壓力Pmax=694.9KN2、對塔吊基礎(chǔ)抗傾覆彎矩的驗(yàn)算取塔吊最大傾覆力矩，在工作狀態(tài)（HS）時(shí)：Mmax=4646.86KNm，計(jì)算簡圖如下：2.1 x、y向，受力簡圖如下：以塔吊中心O點(diǎn)為基點(diǎn)計(jì)算：M1=M=4646.86KNmM2=2.125RBM2=M1 2.125RB=4646.86 RB=2097.9KN21800=3600KN（滿足要求）2.2 z向，受力簡圖如下：以塔吊中心O點(diǎn)為基點(diǎn)計(jì)算：M1=M=4646.86KNmM2=3RBM2=M1 3RB=4646.86 RB=1548.95KN1800KN（滿足要求）3、承臺(tái)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)3.1 塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)頂面的豎向力與彎矩計(jì)算 計(jì)算簡圖如下： 上圖中X軸的方向是隨機(jī)變化的，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)按照傾覆力矩M最不利方向進(jìn)行驗(yàn)算。 3.1.1 樁頂豎向力的計(jì)算(依據(jù)建筑樁技術(shù)規(guī)范JGJ94-94的第5.1.1條) 其中 n單樁個(gè)數(shù)，n=4； F作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值，等同于前面塔吊說明書中的P； G樁基承臺(tái)的自重；G=25.1BcBcHc=25.16.2521.35=1323.63KN Mx,My承臺(tái)底面的彎矩設(shè)計(jì)值(KNm)； xi,yi單樁相對承臺(tái)中心軸的X、Y方向距離(m)； Ni單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值(KN)。 經(jīng)計(jì)算可得到單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值: 最大壓力： N=(749.9+1323.63)/4+4646.86(4.00 / 1.414)/2(4.00/1.414)2=1339.7KN現(xiàn)場實(shí)際施工中，承臺(tái)樁選用4根40095（PHC-A）預(yù)應(yīng)力管樁，單根樁的承載力特征值為1700KN（1339.7KN）； 3.1.2 矩形承臺(tái)彎矩的計(jì)算(依據(jù)建筑樁技術(shù)規(guī)范JGJ94-94的第5.6.1條) 其中 MX1,My1計(jì)算截面處X、Y方向的彎矩設(shè)計(jì)值(KNm)； xi,yi單樁相對承臺(tái)中心軸的X、Y方向距離(m)； Ni1扣除承臺(tái)自重的單樁樁頂豎向力設(shè)計(jì)值(KN)，Ni1=Ni-G/n。 經(jīng)過計(jì)算得到彎矩設(shè)計(jì)值： Mx1=My1=2(1339.7-1323.63/4)(4.00/1.414)=5707.45KNm3.2 求矩形承臺(tái)截面受力主筋由于塔吊說明書均為國外版本國內(nèi)直接套用，基礎(chǔ)所配鋼筋為“高強(qiáng)度鋼筋”，施工中對“高強(qiáng)度”無法定性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)針對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行計(jì)算取值。依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010-2002)第7.5條受彎構(gòu)件承載力計(jì)算。 其中 M 計(jì)算截面處的彎矩設(shè)計(jì)值(KNm)； K安全系數(shù)，取1.4； h0承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算高度,h0=1300mm； fy鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300N/mm2。X向，彎矩設(shè)計(jì)值Mx1=5707.45KNm配筋面積 Asx=1.45707.45106/(0.91300300)=22764.8mm2 選擇3132（200,實(shí)供A=24930.2mm2）Y向，彎矩設(shè)計(jì)值My1=5707.45KNm配筋面積 Asx=1.45707.45106/(0.91300300)=22764.8mm2 選擇3132（200,實(shí)供A=24930.2mm2）3.3 矩形承臺(tái)截面抗剪切的驗(yàn)算 依據(jù)建筑樁技術(shù)規(guī)范(JGJ94-94)的第5.6.8條和第5.6.11條。 根據(jù)前面計(jì)算方案可以得到X、Y方向樁對矩形承臺(tái)的最大剪切力,考慮對稱性， 記為V=1339.7KN 考慮承臺(tái)配置箍筋的情況，斜截面受剪承載力應(yīng)滿足下面公式： 其中 0建筑樁基重要性系數(shù)，取1.0； 剪切系數(shù),=0.05； fc混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fc=16.70N/mm2； b0承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算寬度，b0=6250mm； h0承臺(tái)計(jì)算截面處的計(jì)算高度，h0=1300mm； fy鋼筋受拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，fy=300.00N/mm2； S箍筋的間距，S=200mm。實(shí)際計(jì)算：fcb0h01.25fyAsv h0/（s）=（0.0516.7625013001.2530024930.21300/200）10-3=67551KN0V=1.01339.7=1339.7KN 經(jīng)過計(jì)算承臺(tái)完全可以滿足抗剪要求。4、工程應(yīng)用在深圳市寶安區(qū)“日出印象花園”項(xiàng)目中，塔吊基礎(chǔ)底地基土為素填土，土體未固結(jié)，由于勘察設(shè)計(jì)單位無法提供地基承載力（承載力為零），施工中塔吊基礎(chǔ)承