塔吊基础、地基承载力计算（三篇）

1、PAGE PAGE 43塔吊基础施工方案及计算工程概况1、本工程位于松江区九亭镇，地块南临蒲汇塘河，东临沪亭路，西临横泾河，北临沪松公路并与地铁9#线车站一墙之隔，与9#线车站物业开发管理为一个整体。地块面积41162，由3#、4#、5#、6#、7#、8#公寓楼及9#酒店、10#办公楼组成。2、因地块面积巨大，根据塔吊平面布置应最大程度满足施工区域吊装需要，尽可能减少吊装盲区的原则，以及地下室工程施工中能充分利用塔吊来满足施工需要，按照施工组织总设计要求拟搭设6台附墙式塔吊，其中QTZ80B（工作幅度60M，额定起重力矩800KN.M）2台，QTZ80A（工作幅度55M，额定起重力矩800KN

2、.M）4台，平面位置详附图。3、拟建建筑物高度及层数建筑物楼号345678910层数（层）1513131517192323建筑物高度（m）72.562.962.972.582.191.7104.0104.04、根据建筑物高度，1#塔吊位于3#楼西北侧位置，搭设高度为86M；2#塔吊位于9#楼南侧位置，搭设高度为114M；3#塔吊位于5#楼西北侧位置，搭设高度为77M，设水平限位装置；4#塔吊位于10#楼东南侧位置，搭设高度为114M；5#塔吊位于6#楼西北侧位置，搭设高度为100M，6#塔吊位于8#楼西北侧位置，搭设高度为100M。其中5#、6#塔吊为QTZ80B，其余4台为QTZ80A。5、

3、塔吊应在土方开挖前安装完毕，故采用型钢格构式非塔吊标准节插入钻孔灌注桩内，以保障塔吊安全、稳定和牢固可靠，且不妨碍地下室顶板混凝土的整体浇筑施工，有利于加快施工进度和确保工程质量。6、本工程采用钻孔灌注桩筏板基础，基坑底标高为-8.000、-8.800、-9.100，本工程0.000相当于绝对标高6.150m，自然地坪标高相对于绝对标高-1.45m。7、根据本工程地质勘察报告，各土层极限摩阻力、端阻力标准值指标见下表：层号土层名称埋深（m）相对标高（m）钻孔灌注桩抗拔系数（）Fs（KPa）Fp（KPa） eq oac(,2)1灰色砂质粉土夹粉质粘土13-14.45150.6 eq oac(,2

4、)2灰色粉质粘土14-15.45150.6 eq oac(,3)灰色粘土21-22.45200.6 eq oac(,5)1-1灰色粉质粘土26.5-27.95350.6 eq oac(,5)1-2暗绿色粘土30-31.45559000.6 eq oac(,6)草黄色砂质粉土34-35.457018000.6 eq oac(,7)1灰黄色粉质粘土36-37.45500.6 eq oac(,7)t草黄灰色粉砂47-48.457525000.5 eq oac(,7)2灰色粉质粘土夹粉砂53-54.45450.6 eq oac(,8)1灰色粉砂夹粉质粘土65-66.457520000.5 eq oac

5、(,8)2灰色粉砂75-76.458025000.5 eq oac(,9)灰色中粗砂100-101.459030000.58、塔式起重机主要技术性能表塔吊型号QTZ80BQTZ80A序号载荷名称单位数量单位数量1基础所受的垂直荷载KN587KN5112基础所受的水平荷载KN62KN723基础所受的倾翻力矩KN.M1642KN.M12424基础所受的扭矩KN.M310KN.M3485独立式整机重T40.83T6平衡重T13.92T14.27工作幅度M60M558最大起重量T8T69末端起重量T1T1.210额定起重力矩KN.M800KN.M80011塔身截面M1.81.8M1.61.612最大起

6、升高度独立式M47M4013附着式M160M14014装机总容量KW48KWKW塔吊布置原则本工程作业面积大，综合考虑塔吊的作用半径、起吊重量、基础工程桩位布置、围檩支撑结构设计、房屋结构设计、经济性比较后，作出以下布置原则。塔吊布置在基坑内塔吊共6台，55m臂 4台，60m臂 2台塔吊选型：市沪淞建筑机械厂有限公司生产的QTZ80A（5512）及QTZ80B（6010）塔吊。具体位置详见塔吊平面布置图因塔吊布置在基坑内，考虑到土方开挖后安装困难。并为兼顾土方开挖垂直运输，塔吊需在基础开挖前投入正常使用。塔吊桩基础采用钻孔灌注桩桩上部钢支柱采用H型钢，上端标高-0.50m塔吊基础采用C30水下

7、混凝土，800钻孔灌注桩，上部H型钢格构非标准节插入桩内2500。塔吊标准节与型钢格构用高强度螺栓和盖板焊接连接固定。详见附图计算依据地基基础设计规范 DGJ08-11-1999建筑桩技术规范 JGJ94-94混凝土结构设计规范 GB50010-2002建筑结构焊接规程 JGJ80-91建筑结构设计荷载规范 GB50009-2001沪淞 建筑机械厂有限公司的QTZ80A、80B塔式起重机的使用说明书本工程平面图、结构图、围檩支撑图塔吊分项参数计算塔吊是施工场地最重要的施工机械之一，其使用贯穿了整个工程。在这过程中间隔时间长，不可预见性因素多，为确保塔吊的安全，以下计算都按极限苛刻条件下能保证塔

8、吊正常工作计算。即：塔吊设置在最大开挖深度处；型钢柱与混凝土灌注桩连接按光滑面锚固。（计算详值见计算表格）基础竖向极限承载力计算F=F1+ F2 F 基础竖向极限承载力 knF1塔吊自重（包括压重） kn F2最大起吊重量 kn单桩抗压承载力、抗拔力计算桩顶竖向力的计算(依据建筑桩技术规范JGJ94-94的第5.1.1条) （“+”计算结果为抗压，“-”为抗拔） 其中 Ni 单桩桩顶竖向力设计值 kN n 单桩个数， n=4； F 作用于桩基承台顶面的竖向力设计值 T G 塔吊基础重量 KN Mx,My承台底面的弯矩设计值 kN.m xi,yi单桩相对承台中心轴的XY方向距离 m M 塔吊的倾

9、覆力矩 kN.m 桩长以及桩径计算桩采用钻孔灌注桩Rk实际=fpAp+UpfsliRNi1UP d其中 Rk实际 实际钻孔灌注桩承载能力 KN fpAp 桩端面承载能力 KNUpfsli 桩侧摩擦阻力总和 KNR 单桩轴向承力安全值 KN1 桩安全系数 取2d 桩直径 m桩抗拔验算QkRk实际桩配筋计算桩身配筋率可取0.20%0.65%（计算取上限0.65）,抗压主筋不应少于610，箍筋采用不少于6300mm的螺旋箍筋，在桩顶5倍桩身直径范围内箍筋6100mm，每隔2m设一道212焊接加强箍筋。AsS桩截面配筋率n 4As/（2）其中 n 竖筋根数 根 As钢筋总截面积 m 竖筋直径 m桩上部

10、钢支柱计算钢支柱采用hbtwt3503501219，H型钢。Ahb-（b-tw）（h-2t）0.017四柱整体验算A总=4A截面惯性矩Iz 回转半径 i（Iz/A总）0.5构架长细比 查单柱验算Izi（Iz/A）0.5井架长细比 查钢支柱上部螺栓紧固水平钢板抗拔计算H型钢上部螺栓紧固水平钢板采用500500厚20，Q235钢板，采用电焊与下部H型钢焊接，焊接高度不小于6mm。焊接强度验算160焊接强度N轴心最大拔力,等于塔吊拔力焊缝长度等于4478mm焊缝的抗拉抗压强度设计值，Q235等于160缀条计算缀条采用12#槽钢 截面面积 A0.0015700 VV1+V2V1塔吊水平力引起应力V1F

11、4/2F4塔吊水平力V2塔吊扭矩引起应力V2Mn/2（D1.414）Mn塔吊扭矩D桩间距fvV/Afv槽钢的抗剪强度，厚度小于16mm，取125A 槽钢截面积螺栓计算采用30高强度螺栓,每肢2颗A总=d2=N拔/ A总295螺栓抗剪验算Mn A总/（2桩间距/1.414）62KN11、QTZ80B塔式起重机基础计算表符号意义公式单位计算值钻孔灌注桩计算G桩上部钢支架总重KN60.0 m标准节重KN9.3 b标准节边长M1.8 N标准节数量节20.0 F1塔吊自重（包括平衡重）KN587.0 F2最大起吊重量KN80.0 F3标准节总重KN186.0 Mn基础承受扭矩F3=mNKN.m310.0

12、 M倾覆力矩KN.m1642.0 F4水平荷载KN62.0 钻孔灌注桩桩顶标高m-9.05 1桩安全系数取2.0 d桩直径m0.80 D桩间距D=9d/4m1.800 l取桩有效长度（最大开挖深度至桩底）m23 Ni单桩承力设计值KN1177.090 N拔抗拔力设计值KN-629.290 R单桩轴向承力安全值KN2354.181 Upqsili桩侧总极限摩擦阻力KN1666.301 qpAp桩端点极限承载力KN904.779 Rk实际取桩长度后实际承载力Rk实际=fpAp+UpfsliKN2571.079 符合Qk取桩长度后实际抗拔力QkRkKN1542.648 满足桩配筋计算根据桩径按内插法

13、计算工程桩桩身配筋率(0.20%0.65%)取0.65%As截面钢筋面积m20.003267 竖筋直径mm20.000 n竖筋数量n=4As/（2）根10.4 箍筋取8200mm的螺旋箍筋桩上部钢立柱计算H型钢规格350350121930 H桩顶到钢构件上端长度m9.9 A横截面面积0.017 I合四根立柱组合极惯性距外部参照CAD自动计算m40.056284 I单柱单柱极惯性矩外部参照CAD自动计算m40.000068 i合四根立柱组合回转半径i=(I/4A)0.5M0.908611 i单柱单柱回转半径i=(I/A)0.50.062942 合四根立柱组合长细比H/i10.840724 0.9

14、84单柱单柱长细比H/i23.831576 0.848合最大应力Ni/AN/mm270.184816 满足单柱最大应力Ni/AN/mm281.441 满足钢构件插入桩深度（不计钢柱顶端阻力）钢筋和混凝土的粘结应力（光面钢筋取1.53.5）kN/m21.5E+03d型钢等截面圆钢直径m0.147 h插入桩长度h=Ni/（d）m1.696 型钢上部水平钢板焊接强度验算焊接强度N/mm223.422 满足N塔吊拔力N629290.319 lw焊缝长度mm4478.000 t焊缝高度，等于6mm6.000 缀条计验算规格C12槽钢面积(A)mm21570 V1塔吊水平力引起剪力V1F4/2KN31.0

15、00 V2扭矩引起的剪力V2Mn/2（D1.414）KN60.899 V水平力和扭矩组合作用剪力VV1+V2KN91.899 fv槽钢抗剪强度fvV/AN/mm258.534 满足螺栓计算塔吊每肢螺栓数颗3 d螺栓直径mm30 A螺栓截面积 m2121 螺栓应力N拔/AN/mm2297 满足剪力Mn/（2D1.414）/AN/mm228.718 满足12、QTZ80A塔式起重机基础计算表符号意义公式单位计算值钻孔灌注桩计算G桩上部钢支架总重KN60.0 m标准节重KN9.3 b标准节边长M1.6 N标准节数量节20.0 F1塔吊自重（包括平衡重）KN587.0 F2最大起吊重量KN60.0 F

16、3标准节总重KN186.0 Mn基础承受扭矩F3=mNKN.m348.0 M倾覆力矩KN.m1242.0 F4水平荷载KN72.0 钻孔灌注桩桩顶标高m-9.05 1桩安全系数取2.0 d桩直径m0.80 D桩间距D=2dm1.600 l取桩有效长度（最大开挖深度至桩底）m23 Ni单桩承力设计值KN1036.464 N拔抗拔力设计值KN-500.664 R单桩轴向承力安全值KN2072.929 Upqsili桩侧总极限摩擦阻力KN1666.301 qpAp桩端点极限承载力KN904.779 Rk实际取桩长度后实际承载力Rk实际=fpAp+UpfsliKN2571.079 符合Qk取桩长度后实

17、际抗拔力QkRkKN1542.648 满足桩配筋计算根据桩径按内插法计算工程桩桩身配筋率(0.20%0.65%)取0.65%As截面钢筋面积m20.003267 竖筋直径mm20.000 n竖筋数量n=4As/（2）根10.4 箍筋取8200mm的螺旋箍筋桩上部钢立柱计算H型钢规格350350121930 H桩顶到钢构件上端长度m9.9 A横截面面积0.017 I合四根立柱组合极惯性距外部参照CAD自动计算m40.044694 I单柱单柱极惯性矩外部参照CAD自动计算m40.000675 i合四根立柱组合回转半径i=(I/4A)0.5M0.809675 i单柱单柱回转半径i=(I/A)0.50

18、.199039 合四根立柱组合长细比H/i12.165374 0.978单柱单柱长细比H/i7.536206 0.99合最大应力Ni/AN/mm262.179037 满足单柱最大应力Ni/AN/mm261.425 满足钢构件插入桩深度（不计钢柱顶端阻力）钢筋和混凝土的粘结应力（光面钢筋取1.53.5）kN/m21.5E+03d型钢等截面圆钢直径m0.147 h插入桩长度h=Ni/（d）m1.493 型钢上部水平钢板焊接强度验算焊接强度N/mm218.634 满足N塔吊拔力N500664.356 lw焊缝长度mm4478.000 t焊缝高度，等于6mm6.000 缀条计验算规格C12槽钢面积(A

19、)mm21570 V1塔吊水平力引起剪力V1F4/2KN36.000 V2扭矩引起的剪力V2Mn/2（D1.414）KN76.909 V水平力和扭矩组合作用剪力VV1+V2KN112.909 fv槽钢抗剪强度fvV/AN/mm271.917 满足螺栓计算塔吊每肢螺栓数颗3 d螺栓直径mm30 A螺栓截面积 m2121 螺栓应力N拔/AN/mm2236 满足剪力Mn/（2D1.414）/AN/mm236.268 满足五、材料选用及施工方法根据计算塔吊基础选用1、桩基选用C30水下混凝土800钻孔灌注桩，桩长（自桩顶垫层面以上100至桩底）为23米，桩身配1222主筋，8200螺旋箍筋，桩顶以下3

20、000采用8100螺旋箍筋。2122000焊接加强箍筋。QTZ80B（工作幅度60M，额定起重力矩800KN.M）2台，桩间距同标准节宽度为1800。QTZ80A（工作幅度55M，额定起重力矩800KN.M）4台，桩间距同标准节宽度为1600。2、格构立柱采用Q235 H型钢3503501219，锚入桩身2500，长度详附图。缀条选用12#槽钢，上下各设双拼12#槽钢，每隔1500设12#槽钢水平撑及缀条斜撑。以加强其稳定性。3、塔身标准节与格构采用螺栓连接，为防止因H型钢立柱安装偏位，而造成塔身与格构产生较大剪力且安装困难，在格构顶部采用Q235 H型钢3503501219十字水平梁。水平梁

21、连接处用55035020加强板，与立柱处用牛腿焊接连接，立柱顶部用50050020钢板与标准节连接，采用2-M30螺栓及焊接固定。详附图4、塔吊标准节安装之前应对立柱格构标高进行复核，并用气割割平后再焊接连接板，确保顶部水平，保证塔身垂直。5、型钢格构立柱缀条随挖土进度焊接，以确保格构的稳定性。挖土完成后应尽快将露明铁件除锈，并刷防锈漆及与塔吊同色的保护漆。6、格构立柱应与灌注桩钢筋焊接接地。五、经济性比较如果采用混凝土承台基础，由于混凝土自重，必须增加钻孔灌注桩长度到28m才能满足设计承载力要求。分项混凝土承台基础型钢基础数量费用数量费用钻孔灌注桩418m26282 423m21589 型钢

22、立柱412m28899 412m28899 混凝土6m6m1.5m16200 无钢筋20 1.9t6460 型钢承台无1.5t6750 钢材回收钢筋回收抵消混凝土破碎费用1.5t-3300 总计77840 53937 六台节约费用143419 说明：比较中两类承台都未包括缀条费用。塔吊桩基础承载力验算一.单桩承载力验算Qk=+s.frc.hr+p.frc.Ap(建筑桩基技术规范第5.2.11.1-4计算)=0.8(52.08+302.80.8+551.40.7+0.03250.515.66103) 0.9+0.250.822.81030.4095=2003.75KN(frc为岩石饱和单轴抗压强

23、度标准值按地质勘探报告第十一页表3取15.66103Mpas、p按表5.2.11插入法计算为s=0.0325、p=0.455 0.9=0.4095,施工工艺系数0.9）取rsp=1.67则Q=1212.58 kN因为Nmax=745kNQ满足要求r0N=0.90.745=0.6705MNR=spQk/rsp =1.02025.01/1.67=1212.58KN由于r0N1取n=1Qgn=10.81.928=4.846KN r0 N+1.27Qgn =0.90.745+1.270.0048=0.675MN1.6R=1.6spQ/rsp=1.61.2126=1.940MN由于 r0 (N+1.27

24、Qgn)1.6R满足要求二.桩身承载力验算桩身轴向力验算 r0 N=0.90.745=0.6705MNc.fcA=0.814.30.253.140.82=5.75MNr0 N=0.6705 fcA=5.75MN满足要求2）桩身水平力验算r0 H=0.90.01775=0.01598MNhd2(1+) (JGJ94-94第4.1.1.2)=4010-30.82(1+)=0.0343MNr0 H=0.01598MNhd2(1+)=0.0343MN满足要求3）桩身承载力验算桩身计算长度（以表5 5.3-2取）lc=0.7(lc+)=0.7(4.65+)=8.98m(2)桩身稳定性验算=11.226查

25、表得：=0.935 0.9( fcA+ fyAs) (GB50010-2002第7.3.1)=0.90.93(14.30.250.82+3000.00314)=6.805MNNmax=0.745MN0.02取ea=0.02mei= e0+ ea=0.242+0.02=0.262m 取=1取1= = =1.269ei=1.2690.274=0.348mNei=0.7450.348=0.260MN.m Nei=0.260 MN.m0.709MN取N=0.709=0.2819+0.099+0.050=0.3700MNV=0.01775MN桩身斜载面承载力满足要求 五、塔吊承台基础验算一、角桩对承台的

26、冲切验算(GB50007-2002第8.5.17-57) 1、桩截面换算：b=0.8d=0.8800=640mm 2、冲切力：Fl=N桩反力- 3、角桩冲跨比： 4、角桩冲切系数： 5、受冲切承载力截面高度影响系数：以插入法求得hp=0.983 6、承台抗冲切力) =20.501(0.3+)0.9831.430.85 =0.826MN Fl=0.542F抗0.826MN满足要求二、塔吊基础对承台的冲切验算(GB50007-2002第8.5.17-14) 1、冲跨比 2、冲跨系数 3、抗冲切力 =20.751(1.6+6.103) 20.9831.430.85=9.702MN4、冲切力（以附着最

27、大荷重对应状态考虑）Fl=N塔吊+N标准节=0.6281.2=0.754MN Fl=0.754MNF抗9.702 MN满足要求三、斜截面承载力验算(GB50007-2002第8.5.18-12) 1、剪跨比 2、剪切系数 3、受剪切承载力截面高度影响系数 4、斜截面抗剪承载力 V抗=hsftbh0=0.9850.9591.435.20.85=5.970MNV2Nmax=20.745=1.49MN V2Nmax=1.49 V抗=5.970MN满足要求四、正截面承载力验算 1、控制内力Mimax2Nmaxi=20.745(0.4+0.7)=1.639MN.m 2、抗弯承载力 根据塔吊说明书要求配置

28、上下纵横各配置2720则：M抗=fyAsrsh0=300270.252020.90.8510-6=1.947MN.m M=1.639MN.m 65mm,则取c=65mmEs钢筋弹性模量 Es=2.0105N/mm2 则： =0.340mmwlim=0.300mm为此，提高钢筋强度等级或减少间距，本例拟采用20150双层双向可满足裂缝控制要求（计算略）（二）、受弯构件挠度验算(GB50010-2002 8.2.25)条短期刚度Bs=式中：钢筋弹性模量 =受拉区纵向非预应力钢筋截面面积（同裂缝验算数值） （同裂缝验算数值） 弹性模量比纵向受拉钢筋配筋率受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值则考虑

29、荷载长期效应组合对挠度影响系数Q的计算。压配筋率等于拉配筋率：Q=1.6长期刚度Bl:其中：按荷载效应的标准组合计算的弯矩，=1.314MN.m按荷载效应的准永久组合计算的弯矩，= 1.282MN.m则： =1.3401015挠度 = =1.47mm0满足要求二、高承台桩基验算(按JGJ94-94附录B计算)（一）确定基本设计参数： 1)地基土水平抗力系数的比例系数m hm =2(d+1)=2(0.8+1)=3.6m该深度范围起算高程-5.100，由2.08m厚淤泥及1.52m厚含粘性土角砾组成。m=0.4=9.894MN/m4其中0.4系数为长期水平荷载所成系数。 2）桩底面地基土竖向抗力系

30、数的比例系数m0 近似取 m0=9.894MN/m43）桩身抗弯刚度EI 钢筋混凝土弹性模量比e=6.667 桩身配筋率 g=0.625 扣除保护层后桩直径值 d0=0.8-0.052=0.7m 桩身换算截面受拉边缘的截面模量 W0=d2+2(E-1)g d02= =0.0530m3桩身换算截面惯性矩 I0=0.0212m4桩身抗弯刚度 EI=0.85EcIo=0.853.01040.0212=540.60MN.m24)桩的水平变形系数桩身计算 bo=0.9(1.5d+0.5)=0.9(1.50.8+0.5)=1.530m桩的水平变形系数 =0.489m-15）桩身轴向压力传布系数N取N=16

31、）桩底面地基土竖向抗力系数C0桩入土深度h=6.78m桩底面地基土竖向抗力系数C0=m0h=9.8946.78=67.081MN/m3基本设计参数m(MN/m4)EI(MN.m2)(m-1)NCR(MN/m3)9.894540.600.489167.081 （二）单位力作用于桩身地面处,桩身在该处产生的变位1)单位力H0下水平位移HH h=y=0.4894.65=2.27385m(其中y取桩顶以下至地下室基础垫层高度，安全储备lx=0.45m，因此y=4.20+0.45=4.65m)根据JGJ94-94附录B表B-5（参考表B-3附准）HH= =2.12386=0.03360m/MN（查表B-

32、6得=2.12386）2)单位力H0下转角 HH=6.5603=0.01207MN-13)单位力M0下水平位移HM HM=HH=0.01207 MN-14）单位力M0转角MM HM=1.6787=0.00635 MN-1. m-1单位力作用于桩身地面处，桩身在该处产生的变位HH(m/MN)MH(MN-1)HM(MN-1)MM(MN-1. m-1)0.03360.012070.012070.00635（三）求单位力作用于桩顶时，桩顶产生的变位1）单位力Hi下水平位移HHHH =+MMl02+2MH l0+HH=+0.006354.652+20.012074.65+0.0336=0.3451m/M

33、N2）单位力Hi下转角MHMH =+MMl0+MH=+0.006354.65+0.0108=0.0603 m-13）单位力Mi下的水平位移HMHM =MH =0.0603m-14）单位力Mi下，转角MMMM = +MM=+0.00635=0.0150 MN-1单位力作用于桩顶处，桩身在该处产生的变位HH(m/MN)MH（m-1)HM（m-1)MM(MN-1)0.34510.06030.06030.0150（四）求桩顶发生单位变位时，桩顶引起的内力 1）发生单位竖向位移时，桩顶引起的内力NNNN=32.734MN/m2）发生单位水平位移时，桩顶引起的水平力HHHH=9.7377MN/m3）发生单位水平位移时，桩顶引起的弯矩MHMH=39.1454 MN4）发生单位转角时，桩顶引起的水平力HM=MH=39.1454MN5）发生单位转角时，桩顶引起的弯矩MM=224.0313 MN.m桩顶发生单位变位时，桩顶引起的内力NN (MN/m)HH(MN/m)MH(MN)HM (MN)MM (MN.m)32.7349.737739.145439.1454224.0313（五）求承台发生单位变位时，所有桩顶引起的反力和位移（1）单位竖直位移时引起的竖向反力vvvv=nNN=432.734=130.93