塔吊基础的设计和计算

一、塔基础的设计据GB/T13752-1992塔式起重机设计规范JGJ/T187-2009塔式起重机混凝土基础工程技术规程GB50007-2011建筑地基基础设计规范JGJ94-2008建筑桩基技术规范GB50017-2003钢结构设计规范二、塔基础设计选塔吊基础形式应根据工程地质荷载大小与塔机稳定性要求现场条件技术经济指标，并结合塔吊厂商提供的《塔机使用说明书》要求确定。塔吊基础设计常用类型分为板式基础矩形方形、十字形基础桩基础组合式础板式基础是由钢筋混凝土筑成的平板形基础字形基础是由长度和截面相同的两条互相垂直等分且节点加腋的混凝土条形基础组成的基础板式基础十字形基础适用于地基承载力较高，基坑较浅的工程。板式基础

十字形基础应用工程有：建行灾备中心、光谷新世界等工程、武汉保利文化广场（利用底板）1kvkkkkvkkk桩基础是由预制混凝土桩预应力混凝土管桩混凝土灌注桩或钢管桩及上端连接的矩形板式或十字形梁式承台组成的基础桩基础适用于在软弱土层浅基础不能满足塔机对地基承载力和变形的要求或因场地限制吊布置于地下室范围内且不需在土方开挖之前投入使用的工程。桩基础应用工程有：武汉万达广场（桩+承台商摩尔城（桩+台）组合式基础是由若干格构式钢柱或钢管柱与其下端连接的基桩以及上端连接的混凝土承台或型钢平台组成的基础；适用于因场地限制，塔吊布置于地下室范围内且需在土方开挖之前投入使用的工程。应用工程有：天津大厦（桩+钢格构柱+钢承台惠（桩钢格构柱+混凝土承台组合式基础三、塔基础设计计、基础荷载取值采用塔机制造商提供《塔机使用说明书的基础荷载包括作用于基础顶的竖向荷载标准值（平荷载标准值（倾覆力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值（）及扭矩荷载标准值（础荷载还包括基础及其上土的自重荷础荷载2kkkvkkkkkvkk载标准值（G如：TC5613塔式起重机厂家给定的基础荷载如下表：工作状态非工作状态

M(kN.M)1827.02395.5

F(KN)619.0526.3

F(kN)30.362

T(kN.M)332.00.0、板式基础设计和计算⑴设计造要求：基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求且不宜小于1000mm不宜采用坡星或台阶形截面的基础。基础的混凝土强度等级不应低于C25，垫层混凝土强度不应低于C10厚度不小于100mm。板式基础在基础表层和底层配置直径不应小12mm距不大于200mm的钢筋，且上、下层主筋应用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接；架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半预埋于基础中的塔机基础节锚栓或预埋节应符合塔机制造商提供《塔机使用说明书》规定的构造要求，并应有支盘式锚固措施。矩形基础的长边与短边长度之比不宜大于2，宜采用方形基础。板式基础一般根据地勘报告提供的地基承载力特征值，从塔机制造商提供的《塔机使用说明书》中的基础中选取。3如：TC5613塔式起重机厂家给定的基础图如下：表1载荷工况

.

.

工作工况非工作工况注：表1中、弯矩为基最大矩工况载荷，扭矩

为基础最大扭矩工况载荷。

固定基础载荷示意图上层主筋

架立筋下层主筋固定基础表2上

层

筋

下

层

筋

地耐力

砼方量

重量

架立筋纵横向各2¦纵横向各3¦纵横向各3¦

纵横向各2¦纵横向各3¦纵横向各3¦注：本基础应采用整体钢筋砼基础。对基础的基本要求如下：1）础下土质应坚固夯实，根据土质情况，可选用不同的基础（见左固定基础图））砼度等不得低于，地力不于表2的规定；3）砼础的度应于）砼基础的四个固定支腿上表面应校水平，平面度误差小于1。塔式起重机固定基础图4kkkkkvkkkkkkvk⑵设计算）抗倾覆验算e

Mhkkkb/）地基承载力验算①求基底面平均压力

Fbl②求基底面边缘最压应力当偏心距

时：2(F)其中，——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离当偏心距

时：kmax

FMblW③修正的地基承载特征值5aaf

f

ak

b3)(0.5)m④地基载力验算基础底面压力应同时符合：

f

kmax

axa——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值；f

——修正后的地基承载力特征值）基础计算①求基静反力基底净反力采用基底平均压力设计值pp

pp2

、

——荷载效应基本组合计算的基底边缘最大压力值、塔机立柱边的基底压力值。②求弯设计值M()

/8其中a为塔吊标准节边长③基础弯计算按单筋矩形截面进行受弯配筋计算，计算简图如图所示。6单筋矩形截的计算简单筋矩形截受压区混土的等效力图求截面抗矩系数

Mfbh1

20求相对压区高度

1s

取0.55（≤C50HRB330）0.518(≤HRB400)求内力系数s

=

求配筋

As

s

fh求最小筋

A7s

min

bh

min

0.45

ff

ty

，且

min

底部钢筋取配筋最大值，上部钢筋不小于底部钢筋的一半，一般对称布置。③基础剪计算

ft

4当h0小于800mm时取h0=800mm当h0≥2000mm时取h0=2000mm、十字形基础计算）设计构造要求：十字形基础主筋应按梁式配筋主筋直径不应小于12mm，箍筋直径不应小于8mm且间距不应大于侧向构造纵筋的直径不应小于10mm且间距不应大于200mm。架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半。十字形基础的节点处应采用加腋构造。）基础计算倾覆力矩设计值（）和水平荷载设计值（Fv应按其中任一条形基础纵向作用计算竖向荷载设计值（F）应由全部基础承受。其他参考板式基础。、桩基础计算）桩端持力层的选择桩端持力层宜选择中低压缩性的黏性土密或密实的砂土或粉土等承载力较高的土层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，对于砂土不宜小于1.5d，石类土不宜小于1d当存在软弱下卧层时，桩端以8vkkvkkminvkkvkkmin下硬持力土层厚度不宜小于3d，并应验算下卧层的承载力。）桩基计算桩基计算应包括桩顶作用效应计算桩基竖向抗压及抗拔承载力计算桩身承载力计算、桩承台计算等，可不计算桩基的沉降变形。(1)顶作用应计桩顶作用效应取沿矩形或方形承台对角线方向的倾覆力矩和水平荷载及竖向荷载进行计算当采用十字形承台时倾覆力矩和水平荷载的作用应取其中任一条形承台按其纵向作用进行计算，竖向荷载应按全部桩基承受进行计算。基桩的桩顶作用效应计算公式：轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下式中：

FQnFMQkLFMFhQkkLk

──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，基桩的平均竖向力；kmaxkmin

──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最大竖向力；──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最小竖向力；kk

──荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；──桩基承台及其上土的自重标准值对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；

──桩基中的桩数M

k

──荷载效应标准组合时矩形或方形承台的对角线方向作用于承台顶面的力矩；F

──荷载效应标准组合时，塔机作用于承台顶面的水平力；L

──承台的高度；──矩形承台对角线两端基桩的轴线距离；9kkaxkkaxaisiaipayps(2)桩基竖承载力计算桩基竖向承载力应符合：

.

式中──单桩竖向恒载力特征值qaaipa

、q──桩端端阻力桩侧阻力特征值由当地静载荷试验结果统计分sia析算得；──桩底端横截面面积；

──桩身周边长度；l

i

──第i层岩土的厚度。(3)桩的抗承载力桩的抗拔承载力应符合：

QR

l式

——按荷载效应标准组合计算的基桩拔力；

——单桩竖向抗拔承载力特征值；

i

——

抗拔系数当无试验资料且桩的入土深度不小于

6.0m时可根据土质和桩的入土深度，

i

=0.5～0.8（砂性土，桩入土较浅时取低值；黏性土和粉土，桩入土较深时取高值）；——桩身的重力标准值，水下部分按浮重度计。(4)身承载计算轴心受压桩桩身承载力应符合：

QfAfcc

式Q──荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；

──基桩成桩工艺系数，混凝土预制桩和预应力混凝土空心桩取0.85；c干作业非挤土灌注桩取0.90；泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩和挤土灌注桩取0.70～0.80；软土地区挤土灌注桩取0.60f

──混凝土轴心抗压强度设计值；按现行《混凝土结构设计规范》取值，桩身混凝土等级为C30；A──桩身横截面积；f主筋抗压强度设计值；10,x,xA──纵向主筋截面面积；轴心抗拔桩桩身承载力应符合：

Aypy

式

——荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值；f、——普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；ypy、——普通钢筋、预应力钢筋的截面面积。spy(5)台计算①承台矩计算公式：

MxiMyi

ii其中

x

──分别为绕X轴轴方向计算截面处的弯矩设计值(kN；i,i──分别为垂直y轴、x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；N

i

──扣除承台及格构柱自重，在荷载效应基本组合下的第桩顶竖向反力设计值(kN)当板式承台基础下沿对角线布置4-5根基桩时，宜在桩顶布置暗梁。1-1截面计算简图集中荷载作用点尺寸按塔机立柱的实际间距确定F②塔机角线上两立对基础集中荷载设值：F411hptx1hptx11l201y0F

——

塔机倾覆力矩沿塔身截面对角线方向作用时，相应对角线上两立柱对基础的集中荷载设计值；F——塔机荷载效应基本组合时作用于基础顶的竖向荷载；M—塔机荷载效应基本组合时作用在基础顶的倾覆力矩；L1——塔机塔身截面对角线上两立柱轴线间的距离。③承台角桩冲切计：Nl/c1/

f

0.2

0.2N——荷载效应基本组合时，不计承台及其上土重力的角桩桩顶的竖向力设计值；

x

、

y

——角桩冲切系数；c——角桩内边缘至承台外边缘的水平距离；a——从承台底角桩顶内边缘引xy

45°冲切线与承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；当塔机塔身柱边位于该45°线以内时，则取由塔机塔身柱边与桩内边缘连线为冲切椎体的锥线；

——承台受冲切承载力截面高度影响系数≤时取1.0,200mm时，取0.9；间按先行内插法取值；f──混凝土轴心抗拉强度设计值；t──承台外边缘的有效高度；0

、

1y

——角桩冲垮比，其只应满0.25~1.0，/h，/、组合式基础计算（）设计造组合式基础可由混凝土承台或型钢承台构式钢柱或钢管柱及灌注桩或钢12ytflytfl管桩等组成。混凝土承台及基桩见桩基础设计计算部分。（）型钢台设计和计型钢平台的设计应符合《钢结构设计规范的有关规定，由厚钢板和型钢主次梁焊接或螺栓连接而成型钢主梁应连接于格构式钢柱宜采用焊接连接。采用型钢承台时，桩的布置宜与塔机标准节尺寸一致。钢承台须计算承台抗弯、抗剪和整体稳定性以及连接。①抗弯度计算Mnx

Mny

f②抗剪度计算

VSfItw

v③整体定性的计算Mfxyy④连接算对接焊计算

Nw）ltw直角焊计算Nfww

Nflew

w（）格构钢柱设计计格构式钢柱的布置应与下端的基桩轴线重合且宜采用焊接四肢组合式对称13IyIy构件，界面轮廓尺寸不宜小400×400mm，分肢宜采用等边角钢。格构式钢柱深入承台的长度不宜低于承台厚度的中心端深入灌注桩的锚固长度不宜小于2.0m且应与基桩的纵筋焊接。格构式柱按轴心受构件设和计算，须算格构钢柱受压整稳定性、分长细比和缀弯矩、力。①受压体稳定性计求构件算长细比

缀板时

x

0

y

1缀条时

0x0y

A

A11y

x

I

x

y04Ix0I4Iy0

I0A(/2Z)A(/2)0

2

求格构钢柱换算长比

0max

——格构式钢柱绕两主轴x、y的换算长细比中大值；

——轴心受压构件允许长细比，取。求受压体稳定性N/

Af141001110011②格构钢柱分肢的细比验格构式钢柱分肢的长细比要求：当缀件为缀板时，当缀件为缀条时，

，且0.70

——格构式钢柱分肢对最小刚度轴的长细比③缀件算缀件剪计算

Aff235式中：A——格构式钢柱四肢的毛截面面积之和，A=4A；f—钢材的抗拉、抗压强度设计值；fy——钢材的强度标准值（屈服强度）缀板弯、剪力计算缀板应按受弯构件设计，弯矩和剪力分别为：

1

斜缀条压计算斜缀条应按轴心受压构件设计，轴向压力值为：N

2cos

150001l0001l——单个缀板承受的弯矩；V——单个缀板承受的剪力；——单个斜缀条承受的轴向压力；b1——分肢型钢形心轴之间的距离；l

——格构式钢柱的一个节间长度；α——斜缀条和水平面的夹角。四、塔基础设计和算常见题、基础设计常见问题）持力层选择不妥，忽地基变和稳性天然地基持力层宜选择承载力特征值不小于130kPa黏性土状态不低于可塑（液性指数不大于0.75土的密实度不低于稍密的土层，否则要进行天然地基的变形验算。塔机持力层下有软弱下卧层，或基础底距离坡顶小于1.0m时应进行边坡的稳定性分析。

，或距破底大于桩端持力层宜选择中低压缩性的黏性土密或密实的砂土或粉土等承载力较高的土层。桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d，对于砂土不宜小于1.5d，石类土不宜小于1d当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力土层厚度不宜小于3d，并应验算下卧层的承载力。2基础布置不理，未开承台和地塔吊基础设计时，应绘制基础剖面图，表现塔吊基础与地下室底板、承台，塔吊标准节和主体结构在平面和立面上的相对位置关系尽量避开承台梁以及电梯井的位置，同时考虑基础和标准节拆除的方便。）板式基础设计不经济未按地力进选择板式基础设计时过于保守，习惯按最低地耐力选择基础，非常不经济。以TC5613塔式起重机厂家给定的基础图为例，当地耐力大于210kPa时，可选截面5000*，混凝土

3

，钢筋81t，若按地耐力kPa选择，截面6000*6000*1350混凝土48.6m

3

钢筋116t则混凝土多用44%钢筋多用。板式基础在征得工程设计单位同意时，可利用地下室底板作为塔机基础。4承台设计不济，截选择太大16承台设计时习惯采用塔机厂家提供的板式基础截面太大非常不经济根据试算及以下当支腿长度为800mm时选用1000mm厚承台均能满足要求，而按板式基础，如选择厚1厚承台，则钢筋混凝土多。另外承台的长宽，满足承台的相关构造要求即可，尽量减少承台的截面尺寸。承台设计时应考虑预埋支腿的高度，如采用TC153、等平头塔吊时，预埋支腿长度达1800mm，承台厚1500mm承台在征得工程设计单位同意时，可利用地下室底板作为塔机承台。）桩基设计不经济，桩、桩长值过桩基设计习惯采用工程桩设计非常不经济工程桩设计应根据计算来设计和优化确定相关参数。桩基钢筋主要满足抗拔的需要。）钢格构柱设计不合理分肢稳和构不符合求钢格构柱习惯按支撑格构柱设计计算时未验算分肢的长细比或稳定性缀件设计不满足构造要求，如：缀板高度d

b1`缀板厚度t

140

b6mm；1`缀板间距lb，且满