塔吊基础设计计算方案说明

1、1. 塔吊基础设计计算方案一、设计依据1. 建筑桩基础技术规范 JGJ84 942. 混凝土结构设计规范 GB50040 20023. 建筑地基基础设计规范 GB50007 20024. 建筑地基基础设计规范 DB33/1001 20035. 建筑机械使用安全规程 JGJ33 20016. 建筑结构荷载规范 GB50009 20027. 本工程岩石工程勘察报告8. 施工图纸9. 简明施工计算手册10. 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246389m2 、本标段 72500m 2 。地上 1832层 ， 地 下 室 区 地 面 结 构 标 高 为 -5.6m,地

2、 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 E F 轴 /24 25 轴，7# 塔吊设置在7# 楼 E F 轴 /8 6轴， 8# 塔吊设置在8# 楼Q

3、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（以其主要设计参数（见土层设计计算参数表）。Z50孔为依据），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1 2182-2粘质粉土4 6153-1淤泥质粘土5 5873-2淤泥质粉质粘土10284-1粉土夹粉砂9 7134-2粉砂4 1235-1粉质粘土4 1155-2粉质粘土夹粉土3 2166-1砾砂1 5266-2圆砾4 44025002. 塔吊基础受力情况（说明书

4、提供）基础荷载荷载工况P（kN ）M(kN.m)FF hMM Z工作状态511 218 31335269 3非工作状态464 173 9155203.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 4000×

5、4000 × 1000mm ，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洞4000 × 4000 ，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(2600 × 2600), 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

6、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 3

7、M 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，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

8、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：1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。2准备工字钢、松木（6M ）、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。2. 第一部分： 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

9、32002平衡臂总成45003司机室5004起重臂总成62505平衡重1170010塔身830 ×（60÷ 2 。8）=174306载重小车2387爬升架33008固定基节1020自重 (包括压重 )F1=50438× 9.80665÷1000=496.63kN,最大起重荷载F2=6 × 9.80665=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

10、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作用于桩基承台顶面的竖向力F=(F1+F2) × 1.2=665.56Kn塔吊的倾覆力矩M=1.4 × 1552=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：桩承台塔吊基础平面F基础顶面所受垂直力Fh基础顶面所受水平力基础所受倾翻力矩z基础所受扭矩塔吊基础受力示意图图中 x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M

11、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 =r 2 =0.5024m2Ra =q pa A p +up qsia l i (DB33/1001 2003)(9.2.3-1)qpa AP=0up q sia l i =1.88×（ 5.58 × 7.00 ×1.02+10.2× 8.00 ×1.02+9.7 × 13.00 ×1.02+4.1×23.00 × 1.02+4.1×15.00×1.02+3.

12、2 ×16.00× 1.02+1.5 ×26.00 × 1.02+4.4 ×40.00 ×1.02 ） =1282.414KN即 Ra =1282.41KN2) 桩身截面强度计算0.7 × 11.9 × 5.03 ×10 5 =4189.99KN其中 ,工作条件系数，取0.7f c 混凝土轴心抗压强度设计值，fc =11.90N/mm2 ;Ap 桩的截面面积， A=5.03× 10 5 mm 2 。2.单桩抗拔力特征值计算Ra =u p 6 iq sia l i +G PK (DB33/1001

13、 2003)(9.2.7 1)=1282.414+429.552=1711.966KNu p 6 i qsia l i =1.88 ×(5.88 × 7.00 × 1.02+10.2× 8.00 × 1.02+9.7 × 13.00 ×1.02+4.1× 23.00× 1.02+4.1 × 15.00 × 1.02+3.2× 16.00 × 1.02+1.5 × 26.00 ×1.02+4.4× 40.00× 1.02)=12

14、82.41KN0.9G pk =0.9 ××0.4 2 × 38 ×25=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 =(F K +G K )/n（ DB33/10012003 ） (9.2.1-1)=(666.56+480)/4=286.64KN2. 偏心竖向力作用下：xi '按照 M x=M k=2172.8+73.9×1.0=2246.7KN· m（ DB33/1001 2003 ）（ 9.2.1-2）=(666.56+750)/4± 2246.7×1.7 &

15、#215;/=354.14± 476.25=3. 水平作用下：=73.9/4=18.48KN其中n 单桩个数，n=4 ；F作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=666.56kN；G桩基承台的自重G=1.2 × (25 × B c×B c× H c +20 ×B c× B c × D)=1.2 ×(25 × 4.00 ×4.00 ×1.00+20× 4.00 × 4.00 × 0.00)=480.00k N；Mx,My承台底面的弯矩设计值(kN.m

16、) ；取 2172.80KN.m;xi,yi 单桩相对承台中心轴的XY 方向距离 a/2=1.70m;Ni 单桩桩顶竖向力设计值(kN) 。(三)矩形承台弯矩的计算F=666.56KN=1552KN.Fh=73.90KN(依据建筑桩技术规范JGJ94-94的第 5.6.1 条 )其中 Mx1,My1计算截面处XY 方向的弯矩设计值(kN.m) ；xi,yi 单桩相对承台中心轴的XY 方向距离取a/2 B/2=0.90(m)；Ni1 扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN) ，Ni1=Ni-G/n=486.17KN/m2 ;经过计算得到弯矩设计值：Mx1=My1=2× 486.17&

17、#215; 0.90=875.11KN.m。四、矩形承台截面主筋的计算xi=xi=依据混凝土结构设计规范(GB50010-2102)第 7.2 条受弯构件承载力计算。式中，1 系数，当混凝土强度不超过C50时，1 取为 1.0 ，当混凝土强度等级为C80时，1 取为 0.94, 期间按线性内插法得1.00 ；f c混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2 ;h 0 承台的计算高度 H c-50.00=950.00mm;f y钢筋受拉强度设计值， fy =300.00N/mm2 ;经过计算得：875.11× 10 6 /(1.00× 16.70 ×4000.0

18、0× 1000.002 )=0.013;1-(1-2 ×0.013) 0.5 =0.013=1-0.013/2=0.994;=A sy =875.00 × 10 6 /(0.994 × 950.00 ×300.00)=3088.59mm2 。基础承台配筋为A20200双向双层（ As=3849mm） >3088.59mm2 ,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=673.67k

19、N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 0.3<1.4时，=0.12(+0.3);当 1.43.0 时，=0.12(+1.5),得=0.10;fc 混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mmfy 钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；2 ；S 箍筋的间距，S=200mm。则， 1.00 × 673.67=6.74× 10 5 N 0.10 × 300.00×

20、;4000 × 1000=7.63× 10 6 N;经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!六、抗倾覆验算Fh倾覆点Ra'G根据上图所示，可得：倾覆力矩 M 倾 =M+F h × H=2172.80+73.9× 1=2246.7KN.m抗倾覆力矩 M 抗 = （F k +G k ）× 0.5 +2R ta × b i=(666.56+750)× (0.5 × 4.5)+2 ×1069.87× 3.7=11104.3KN.m故由上述计算结果，得M 抗/M 倾 =11104.3/2246

21、.7=4.97>1.6(抗倾覆满足要求)七、桩配筋计算根据 DB33/1001 2003 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% ××400 2 =3267.25mm2所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为16A20 ，A si=254.5×16=4072mm2 >AsiB 1220008B 18A 8200螺旋箍主筋保护层第二部分：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

22、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：W K =W 0 × u z × u s×z=0.600 × 1.170 × 1.350 × 0.700=0.633KN/M2 ;其中 W 0 基本风压（KN/m2 ） ,按照建筑结构荷载规范（ GBJ9

23、 ）的规定采用：W 0 =0.600KN/m2 ;u z 风压高度变化系数，按照建筑结构荷载规范 （ GBJ9 ）的规定采用： u z=1.350;u s 风荷载体型系数：u s=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=W K × B × K S=0.663×1.600×0.200=0.212KN/m;其中 W K 风荷载水平压力，W K =0.663KN/m2 ;B 塔吊作用宽度，B=1.600m;K S 迎风面积折减系数，K s=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=

24、882.00KN/m;弯矩图变形图剪力图计算结果： N W =77.7189KN二、附着杆内力计算计算简图：a1a2a1a2计算单元的平衡方程：FX=0T1 COS 1 +T 2 COS 2 -TCOS 3 =-N WCOS F Y=0T1 sin1+Tsin +T3sin =-NWsin 223M0=0T1 (b 1 +c/2)cos 1 -( 1 +c/2)sin1 +T 2 (b 1 +c/2)cos2 -( 1 +c/2)sin2 +T 3 -(b 1 +c/2)cos +( - -c/2)sin =MW3213其中：112113121= rctgb1 / =rctgb/( +c)=

25、rctgb/( - -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0 360 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

26、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 ，M W=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/A n f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;A n 为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159 × 6mm ；A n =/4 × 159 2 - （ 159-2 × 6 ） 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/ An f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=79.337K