塔吊樁基與承臺(tái)梁設(shè)計(jì)

1、塔吊樁基與承臺(tái)梁設(shè)計(jì)內(nèi)容提要：本文對(duì)塔基和承臺(tái)梁計(jì)算進(jìn)行詳細(xì)論述，建立完整三個(gè)數(shù)學(xué)模型A、B、C，及計(jì)算公式，并實(shí)例加以說(shuō)明。關(guān)鍵詞：塔吊 樁基 承臺(tái)梁 數(shù)學(xué)模型城市高層建筑施工豎直運(yùn)輸大量采用塔吊，當(dāng)?shù)鼗鶠檐浫醯鼗鶗r(shí)，大部分采用樁基和十字交叉承臺(tái)梁形式作為塔吊基礎(chǔ)，。本文在文獻(xiàn)1、2、3基礎(chǔ)上，對(duì)塔吊基礎(chǔ)計(jì)算方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，并用實(shí)例加以說(shuō)明。1.設(shè)計(jì)計(jì)算方法1.1塔基承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算模型A塔式起重機(jī)十字交叉承臺(tái)樁基礎(chǔ)通常由十字交叉承臺(tái)和四根樁共同構(gòu)成,如圖1所示。圖1中：M作用在基礎(chǔ)上的傾覆力矩；F作用在基礎(chǔ)上的垂直荷載，包括塔吊自重F1和承臺(tái)自重F2；N作用在基礎(chǔ)上水平力；。C塔式起重機(jī)塔身

2、截面主弦桿中心線對(duì)角長(zhǎng)度；L樁與樁中心線之間沿X軸方向的距離。圖1 十字叉形承臺(tái)樁基礎(chǔ)在建立塔機(jī)十字形承臺(tái)樁基礎(chǔ)計(jì)算模型時(shí)，提出如下三個(gè)假定：不考慮地基土的分擔(dān)荷載作用，作為塔基強(qiáng)度安全儲(chǔ)備；不考慮十字叉梁基礎(chǔ)之間的相互約束作用；承臺(tái)與樁以及承臺(tái)與塔機(jī)的連接簡(jiǎn)化為鉸接；通過(guò)簡(jiǎn)單的力學(xué)分析可知，對(duì)于塔式起重機(jī)十字叉形承臺(tái)樁基礎(chǔ)，樁的最大豎向力亦應(yīng)按“M為對(duì)角線方向”計(jì)算，即如圖1所示的x軸方向。從而可得到塔機(jī)十字叉形承臺(tái)樁基礎(chǔ)的計(jì)算模型如圖2所示。圖2a圖2由圖2所示塔機(jī)樁基礎(chǔ)計(jì)算模型可推導(dǎo)如下計(jì)算公式：樁基豎向力為： （1）承臺(tái)梁承受的彎矩M包括兩部份，跨中集中荷載產(chǎn)生彎矩（見(jiàn)圖2a）： （2

3、-1）跨中傾覆力矩荷載對(duì)梁產(chǎn)生彎矩（見(jiàn)圖2b）： （2-2）梁跨中彎矩由圖2a與圖2b迭加可得（見(jiàn)圖2c）： （2）圖2c圖2b承臺(tái)梁受到的剪力為： （3）1.2塔基承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算模型B在計(jì)算模型A中,將塔吊作為一個(gè)作用點(diǎn)直接作用在承臺(tái)梁上。實(shí)際上，每一根承臺(tái)梁有二根塔吊立柱，并直接作用在梁上，故圖2可修改為圖3。圖3圖3a圖3b圖3b-1圖3b-3圖3b-2由圖3a得： （4-1）圖3中傾覆彎矩M°可分解為一對(duì)力組（圖3b）。 （4-2）圖3b-1與圖3b-2中得： （4-3） （4-4）圖3b-1與圖3b-2進(jìn)行迭加后得（見(jiàn)圖3b-3）： （4-5）（4）將圖3a與圖3b-3進(jìn)行迭

4、加可得（見(jiàn)圖4）： 圖5圖41.3塔吊承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算模型C塔吊承臺(tái)設(shè)計(jì)計(jì)算模型A和B中，傾覆力矩M°只考慮單根承臺(tái)梁來(lái)承擔(dān)，實(shí)際上，由于承臺(tái)梁的截面很大，十字交叉梁中，兩根梁相互有較強(qiáng)約束，故去消1.1節(jié)中第2個(gè)約束我們假定此約束為剛性約束，本文1.1節(jié)中其他二個(gè)假定仍采用，且假定圖5中，A、B、C、D四個(gè)樁受力作用相同，在傾覆力矩M°作用下，三根A、B、C樁對(duì)D樁傾覆力矩的分配按力臂長(zhǎng)度進(jìn)行分配，得：（6）（5）上式表明位于樁A、D的承臺(tái)梁承擔(dān)Mº2的傾覆力矩，B、C樁的承臺(tái)梁也承擔(dān)Mº2的傾覆力矩。求得每根梁承擔(dān)傾覆力矩之后，可按A型或B型計(jì)算模型進(jìn)行

5、內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算方法相同。1.4樁基計(jì)算1.4.1樁基豎向力N（7）（8）由（1）可得：1.4.2樁基豎向力承載力計(jì)算（9）根據(jù)JGJ94-94建筑樁基技術(shù)規(guī)范第5.2.8條，和1.1節(jié)中樁基計(jì)算模型第一個(gè)假定，不考慮地基土的承載作用，單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式：式中參數(shù)含義同JGJ94-94相應(yīng)條款（以下公式亦同）。（10）根據(jù)JGJ94-94第5.2.2.2條，樁基的豎向承載力設(shè)計(jì)值為：1.4.3樁基砼抗壓強(qiáng)度驗(yàn)算（11）根據(jù)JGJ94-94第5.1條1.4.4樁基抗拔驗(yàn)算當(dāng)樁基Nmin<0時(shí)，應(yīng)進(jìn)行抗拔驗(yàn)算，根據(jù)JGJ94-94第5.2.17，基樁抗拔承載力計(jì)算公式如下：（12）

6、上式中Gp為樁基自重，基樁的抗拔承載力標(biāo)準(zhǔn)值Uk，根據(jù)JGJ94-94第5.2.18.2條按下式計(jì)算：（13）2.計(jì)算實(shí)例豎直運(yùn)輸采用QTZ5012塔式起重機(jī)，塔基采用樁基和十字交叉砼承臺(tái)梁。塔機(jī)安裝高度設(shè)計(jì)為50m，塔身截面為1.6×1.6m。2.1基礎(chǔ)計(jì)算有關(guān)數(shù)據(jù)由于場(chǎng)區(qū)素填土僅為1.4m厚，且其下又存在5.8m的淤泥層，是典型的軟弱地基。塔機(jī)基礎(chǔ)采用4根350×350mm靜壓預(yù)制方樁。樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)為20m，樁中心距為3.6m，沿對(duì)角線方向樁中心距l(xiāng)=5.09lm。塔機(jī)承臺(tái)設(shè)計(jì)為十字交叉梁式，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，厚1400mm，樁中心線至十字叉形承臺(tái)邊緣之間的距離為1m

7、。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)最不利為非工作狀態(tài)，依據(jù)QTZ5012塔機(jī)技術(shù)文件說(shuō)明書(shū)提供，塔基設(shè)計(jì)荷載如下：垂直力（塔機(jī)自重）E=434KN；傾覆力矩M°1796KN.m；水平力N=73.5KN；混凝土基礎(chǔ)自重G=395KN；單樁自重GP=61.25KN。2.2塔基承臺(tái)梁計(jì)算2.2.1按塔基設(shè)計(jì)模型A計(jì)算作用在承臺(tái)梁上荷載如下：上式中H為承臺(tái)梁高。按（1）式可得： 由（21）和（22）式得承臺(tái)梁彎矩： 由式（4）得承臺(tái)梁的最大剪力：2.2.2按塔基設(shè)計(jì)模型B計(jì)算由圖3得：c=2.263m b=3.676m 由（4-1）式得：由（4-2）式得：由（4-3）、（4-4）、（4-5）式得： 由（4）式可得： 模型B彎矩圖B B模型A彎矩圖B B采用不同計(jì)算模型，承臺(tái)梁的彎矩圖相差較大，建議采用模型B比較合理。（1）承臺(tái)梁抗彎配筋計(jì)算承臺(tái)梁受到的最大彎矩為：求承臺(tái)梁的配筋時(shí)，設(shè)分項(xiàng)系數(shù)為1.4。即計(jì)算彎矩為承臺(tái)梁截面為700×1400，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，采用級(jí)鋼筋。計(jì)算配筋面積As=2310mm2，梁底實(shí)配722，As=7×3802661mm2，可滿足要求。（2）承臺(tái)梁抗剪計(jì)算按計(jì)算僅需配置構(gòu)造箍筋，實(shí)配箍筋48200（四肢箍）可滿足要求。2.2.3樁基計(jì)算（略）參考