(桥梁人论坛分享)塔吊基础设计计算方案

塔吊基础设计计算方案第一部分： 方案的选定2一、设计依据2二、塔吊选型2三、塔吊位置的确定2四、塔吊基础的确定3五、塔吊基础施工4第二部分：QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书5一参数信息5二塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算5三. 矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算6(一)单桩允许承载力特征值计算7(二)单桩桩顶作用力的计算和承载力验算7(三)矩形承台弯矩的计算9四、矩形承台截面主筋的计算10五、矩形承台截面抗剪切计算11六、抗倾覆验算12七、桩配筋计算12第三部分：塔吊附着计算14一、支座力计算14二、附着杆内力计算16三、附着杆强度验算171.杆件轴心受拉强度难验算172.杆件轴心受压强度验算17四、附着支座连接的计算18五、附着设计与施工的注意事项18第一部分： 方案的选定一、 设计依据 建筑桩基础技术规范JGJ8494 混凝土结构设计规范GB500402002 建筑地基基础设计规范GB500072002 建筑地基基础设计规范DB33/10012003 建筑机械使用安全规程JGJ332001 建筑结构荷载规范GB500092002 本工程岩石工程勘察报告 施工图纸 简明施工计算手册 塔吊使用说明书二、 塔吊选型本工程为框剪结构，地下一层，总建筑面积m2、本标段72500m2。地上1832层，地下室区地面结构标高为-5.6m,地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/2425轴，7#塔吊设置在7#楼EF轴/86轴，8#塔吊设置在8#楼Q轴/89轴，9#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12182-2粘质粉土46153-1淤泥质粘土55873-2淤泥质粉质粘土10284-1粉土夹粉砂97134-2粉砂41235-1粉质粘土41155-2粉质粘土夹粉土32166-1砾砂15266-2圆砾444025002. 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)FFhMMZ工作状态511218313352693非工作状态4641739155203. 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400040001000mm，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洞40004000，四周设一道止水板，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(26002600),该处梁板后浇带处理方法同地下室顶板后浇带。五、 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桥梁人论坛：免费桥梁资源下载(点击进入)，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：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。准备工字钢、松木（6M）、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。第二部分：QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书一参数信息塔吊型号: 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23009回转总成32002平衡臂总成450010塔身830（602。8）=174303司机室5004起重臂总成62505平衡重117006载重小车2387爬升架33008固定基节1020自重(包括压重)F1=504389.806651000=496.63kN,最大起重荷载F2=69.80665=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=496.63kN2. 塔吊最大起重荷载F2=58.84kN作用于桩基承桥梁人论坛：免费桥梁资源下载(点击进入)台顶面的竖向力 F=(F1+F2)1.2=665.56Kn塔吊的倾覆力矩 M=1.41552=2172.80kN.m三. 矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算计算简图： 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AP=r2=0.5024m2Ra=qpaAp+upqsiali(DB33/10012003)(9.2.3-1)qpaAP=0upqsiali=1.88（5.587.001.02+10.28.001.02+9.713.001.02+4.123.001.02+4.115.001.02+3.216.001.02+1.526.001.02+4.440.001.02）=1282.414KN 即Ra=1282.41KN2) 桩身截面强度计算cAPfc=0.711.95.03105=4189.99KN其中, c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/mm2; Ap桩的截面面积，A=5.03105mm2。2. 单桩抗拔力特征值计算Ra=up6iqsiali+GPK (DB33/10012003)(9.2.71)=1282.414+429.552=1711.966KNup6iqsiali=1.88(5.887.001.02+10.28.001.02+9.713.001.02+4.123.001.02+4.115.001.02+3.216.001.02+1.526.001.02+4.440.001.02)=1282.41KN0.9Gpk=0.90.423825=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=(FK+GK)/n （DB33/10012003）(9.2.1-1)=(666.56+480)/4=286.64KN2. 偏心竖向力作用下：按照Mx=Mk=2172.8+73.91.0=2246.7KNm （DB33/10012003）（9.2.1-2）= (666.56+750)/42246.71.72/ 2（1.72）2=354.14476.25=821.39KN1.2Ra=993.744KNcfcAP=2357.39KN （单桩承载力满足要求）-122.11KN3088.59mm2,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0.31.6 (抗倾覆满足要求)七、桩配筋计算根据DB33/10012003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%4002=3267.25mm2所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为16A20，Asi=254.516=4072mm2Asi第三部分：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。一、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：WK=W0uzusz=0.6001.1701.3500.700=0.633KN/M2;其中W0基本风压（KN/m2）,按照建筑结构荷载规范（GBJ9）的规定采用：W0=0.600KN/m2;uz风压高度变化系数，按照建筑结构荷载规范（GBJ9）的规定采用：uz=1.350;us风荷载体型系数：us=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=WKBKS=0.6631.6000.200=0.212KN/m;其中WK风荷载水平压力，WK=0.663KN/m2; B塔吊作用宽度，B=1.600m; KS迎风面积折减系数，Ks=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;弯矩图变形图剪力图计算结果：NW=77.7189KN二、附着杆内力计算计算简图：计算单元的平衡方程：FX=0T1COS1+T2COS2-TCOS3=-NWCOSFY=0T1sin1+T2sin2+T3sin3=-NWsinM0=0T1(b1+c/2)cos1-(1+c/2)sin1+T2(b1+c/2)cos2-(1+c/2)sin2+T3-(b1+c/2)cos3+(2-1-c/2)sin3=MW其中：1=rctgb1/1 2=rctgb1/(1+c)3=rctgb1/(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0360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：43.37KN;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. 杆件轴心受拉强度难验算验算公式：=N/Anf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; An为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A1596mm； An=/41592-（159-26）2=2883.982mm2。经计算，杆件的最大受拉应力=85083.744/2883.98=29.502N/mm2,最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求。2. 杆件轴心受压强度验算验算公式：=N/Anf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A1596mm； An=/41592-（159-26）2=2883.982mm2。I钢管的惯性矩，I=/641594-（159-26）4=.913 i钢管的回旋半径，i=(.913/2883.982)1/2=54.135 杆件长细比，杆1：取=104，杆2：取=