固定式塔式起重機基礎(chǔ)設(shè)計

1、 固定式塔式起重機樁基礎(chǔ)的設(shè)計中天建設(shè)集團有限公司 徐榮華在高層房屋建筑施工中，為解決建筑材料和物件的垂直運輸和水平運輸，固定式塔式起重機得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)塔式起重機設(shè)計規(guī)范gb/t1375292第4.6.3條規(guī)定：固定式塔式起重機基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)滿足抗傾翻穩(wěn)定性和地基承載力的條件。塔機在獨立高度、在非工作工況受到暴風突襲時，基礎(chǔ)所受的載荷最大，此狀態(tài)最為不利，按此狀態(tài)計算混凝土基礎(chǔ)的抗傾翻穩(wěn)定性（見下圖一）： (1)地基承載力按下列公式計算： (2)式中e偏心距，即地面反力的合力至基礎(chǔ)中心的距離； mk荷載效應(yīng)標準組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的彎矩標準值； fk荷載效應(yīng)標準組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的

2、垂直載荷標準值； fhk荷載效應(yīng)標準組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的水平載荷標準值； gk 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標準組合時,混凝土基礎(chǔ)的重力標準值； pkmax荷載效應(yīng)標準組合下基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓應(yīng)力； pb地面許用壓應(yīng)力，由實地勘探和基礎(chǔ)處理情況確定，一般取pb=200300kpa。按照現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范gb500072002,上述pb=1.2fa ，fa為修正后的地基承載力特征值。上式（1）與抗傾翻穩(wěn)定性安全系數(shù)k =1.5是等同的，推導如下：抗傾翻穩(wěn)定性安全系數(shù)k=抗傾翻力矩/傾翻力矩=(對圖一中a點取矩)如果地基承載力不滿足要求，則應(yīng)對地基進行處理，當承載力高的土層埋置深度較淺時，可采用換填

3、處理，當承載力高的土層埋置深度較深時，采用樁基礎(chǔ)。下面是塔機樁基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容和一個設(shè)計實例。一 塔機樁基礎(chǔ)及承臺（基礎(chǔ)）計算1. 樁基豎向承載力計算應(yīng)同時滿足下列兩式：平均豎向力標準值nk= 最大豎向力標準值 nkmax=r單樁豎向承載力特征值。2樁身承載力（抗壓）計算 n相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時,樁頂軸向壓力設(shè)計值; c基樁成樁工藝系數(shù)，對干作業(yè)非擠土灌注樁取0.9,對泥漿護壁非擠土灌注樁取0.70.8,對混凝土預制樁取0.85； fc混凝土軸心抗壓設(shè)計值; aps樁身截面面積。3.樁基抗拔承載力計算 式中 nk按荷載效應(yīng)標準組合計算時的基樁拔力；i抗拔系數(shù)； qsik樁側(cè)表面第i層土的極限側(cè)

4、阻力標準值； i樁周周長； li樁身長度； gp基樁自重，地下水位以下取浮重力。4.樁身承載力（抗拔）計算n荷載效應(yīng)基本組合下樁頂軸向拉力設(shè)計值；fy鋼筋抗拉強度設(shè)計值；as鋼筋的截面面積。5.樁基水平承載力計算 rh單樁水平承載力特征值； n樁的根數(shù)。6.承臺受沖切承載力計算7.承臺受剪切承載力計算8.承臺受彎承載力計算二.塔機基礎(chǔ)設(shè)計實例（一）設(shè)計依據(jù)1.塔機資料根據(jù)建筑物高度選用山東華夏集團qtz63固定式塔式起重機,塔身截面主弦桿外形尺寸1.6m1.6m，獨立式起重高度40 m，最大工作幅度50m，最大幅度處額定起重量1.3t，塔機使用說明書提供的基礎(chǔ)載荷表如下：基礎(chǔ)載荷表載荷工況fk

5、(kn)fhk（kn）mk（knm）mn（knm）工作狀態(tài)45725.5646.4356.7非工作狀態(tài)431801353.60fk：垂直載荷； fhk：水平載荷； mk：傾翻力矩； mn：回轉(zhuǎn)扭矩2.各土層厚度及物理指標（采用人工挖孔樁）見下表序號土層名稱狀態(tài)厚度（m）土層地基承載力特征值（kpa）樁端阻力特征值（kpa）1雜填土可塑2.02粉質(zhì)粘土硬塑2.51253粉質(zhì)粘土硬塑堅硬2.72104-1粘土硬塑堅硬2.84004-2粘土夾碎石硬塑堅硬7.24508005粘土夾碎石7.5210（二）塔機樁基礎(chǔ)設(shè)計 4根人工挖孔樁，樁身直徑900，樁底擴大頭直徑1000，樁身縱向采用9根級鋼筋直徑

6、14（a=13872），沿樁周均勻布置,箍筋8200,樁長9,樁端進入持力層4-2層粘土夾碎石0.9,基礎(chǔ)承臺尺寸551.35，頂面標高-0.550，樁中心距3.2，樁及承臺混凝土強度等級c25。基礎(chǔ)平面及立面見下圖二、三。 塔機在獨立高度、在非工作工況受到暴風突襲時，基礎(chǔ)所受的載荷最大，此狀態(tài)最為不利，塔機使用說明書提供的基礎(chǔ)載荷表即為此狀態(tài)載荷數(shù)據(jù)，按此作為計算依據(jù)。fk=431kn； gk=551.3525=843.75kn；fhk=80kn； mk=1353.6 +801.35=1461.6kn。1.樁基豎向承載力計算先根據(jù)土的物理指標計算單樁豎向承載力特征值ra：ra=pqpaap=

7、（0.8/1）1/4 8003.140.52=594kn平均豎向力nk=，滿足要求。mk作用于過塔身對角線的豎向平面時，樁頂豎向力最大，其值為nkmax=1.2 ra =1.2594=712.8kn，滿足要求。2.樁身承載力（抗壓）計算樁身承載力（抗壓）滿足要求。3.樁基抗拔承載力計算樁基抗拔承載力=0+3.140.452925=143.1kn（不計樁側(cè)摩阻力） nkmin =nkmin為負表示樁受向上的拔力，樁承受向上拔力4.3kn143.1kn，樁基抗拔承載力滿足要求。4.樁身承載力（抗拔）計算樁身（抗拔）承載力滿足要求。5.樁基水平承載力計算先計算單樁水平承載力特征值rh：樁身混凝土c2

8、5抗拉強度設(shè)計值ft =1.27n/mm2=1270kn/m2樁截面模量塑性系數(shù)rm=2樁身配筋率g=1387/（3.144502）=0.002鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值e=2105 /（2.8104）=7.14樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=24000kn/m4樁身計算寬度b0=0.9 （1.50.9 + 0.5）=1.665m扣除保護層厚度的樁直徑d0=0.920.05=0.8m樁身換算截面受拉邊緣的截面模量w0=m3樁身抗彎剛度ei=0.85eci0=0.85ec樁的水平變形系數(shù)樁長l=9m，換算長度l=0.5659=5.0854，vm=0.768樁身換算截面面積an=樁基受拔時

9、n =1.0，因g=0.0020.65%，故rh計算如下： ,樁基水平承載力滿足要求。6.承臺受沖切承載力計算先計算荷載效應(yīng)基本組合值和基樁凈反力設(shè)計值，假設(shè)樁基荷載效應(yīng)基本組合值為永久荷載效應(yīng)控制，則f=1.35fk=1.35431=581.9kn m=1.35mk=1.351461.6=1973.2knm基樁最大凈反力設(shè)計值和平均值分別為nmax=n=（1）塔身弦桿邊沖切承臺高1.35m，樁頂伸入承臺100mm，承臺有效高度為h0=1.350.1=1.25m，圓形樁等效為方樁（方樁邊長=0.8900=720mm）,見圖四。0x=0y=0.440m，0x=0x/ho= 0.440/1.25=0.352，0y=0y/ho= 0.440/1.25=0.352 fl=581.90=581.9kn=18705.6knfl=581.9kn，塔身弦桿邊抗沖切滿足要求。（2）角樁向上沖切c1=c2=1.260m，1x=0x=0.440m, 1x=0x=0.352, 1y=0y=0.440m, 1y=0y=0.352, =4531knnmax=581.6kn, 角樁向上抗沖切滿足要求。 7.承臺受剪切承載力計算剪跨比與以上沖跨比相同，對圖四中i i斜截面有x=0x= 0.352，剪切系數(shù),v=2，承臺斜截面受剪切承載力滿足要求。8.承臺受彎承載力