塔式起重机混凝土基础设计计算方法

塔式起重机混凝土基础设计计算方法王永泉河海大学水利水电学院塔吊倒塌现场塔吊倒塌现场两本规范《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）《塔式起重机设计规范》（GB/T13752-92）塔式起重机的基础选型塔机的基础型式应根据工程地质、荷载大小与稳定性要求、现场条件、技术经济指标及塔机制造商提供的塔机使用说明书等条件确定。塔机的混凝土基础形式有板式（矩形、方形等）、十字型、桩基及组合式基础。塔机基础设计荷载取值塔机基础的设计应在独立状态下按工作状态和非工作状态的荷载分别计算。塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载、并考虑可变荷载的组合系数，其中起重荷载不考虑动力系数；非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。塔机工作状态的基本风压应按0.20kN/m2取用，非工作状态的基本风压应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009附录D.4中给出的50年一遇的风压取用，且不小于0.30kN/m2，可参考（JGJ/T187-2009）附录A计算。塔机基础设计无计算条件时，可采用塔机制造商的“塔机使用说明书”提供的基础荷载，包括工作状态和非工作状态的垂直荷载、水平荷载、倾翻力矩、扭矩以及非工作状态的基本风压，若塔机现场的基本风压大于“塔机使用说明书”提供的基本风压，则应予以换算。塔机基础设计荷载取值案例1205.1482.44/627.11160875.1887aNMe不满足JGJ/T187-2009第4.1.2-3条要求案例2110t•m的倾覆力矩比80t•m的塔吊小建议塔吊混凝土独立基础设计必须满足抗倾覆和地基土容许承载能力要求，特别是抗倾覆要求，这是确保塔吊安全的主要前提。厂方提供塔吊使用说明书中的基础图纸只能作为参考，不能作为现场施工依据，应根据方方使用说明书内提供的倾覆力矩和自重等技术参数、该工程地质报告，以及以往设计经验对塔吊基础进行详细计算与设计。板式或十字形基础塔机在独立状态时，作用于基础的荷载应包括塔机作用于基础顶的竖向荷载标准值Fk，塔机作用于基础顶的水平荷载标准值Fvk，塔机作用于基础顶的倾翻力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值Mk，塔机作用于基础顶的扭矩荷载标准值Tk，基础及其上土的自重荷载标准值Gk。kkkvkk基础的埋置深度应综合考虑工程地质、塔机的荷载大小以及相邻环境条件等因素确定。基础顶面标高不宜超出现场自然地面。在冻土地区的基础应采取构造措施避免基底及基侧受冻胀土的作用。基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜采用坡形或台阶形顶面的基础。基础的混凝土强度等级不应低于C25，基础下的垫层混凝土强度等级不应低于C10，混凝土垫层厚度不宜小于100mm。基础受力钢筋的直径不宜小于12mm，间距不应大于200mm。板式基础宜在基础表层和底层对称式配置主筋，直径不宜小于12mm，且用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接；十字型基础主筋宜按梁式上下对称配筋，箍筋直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，侧向构造纵筋的直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm。矩形基础的长边与短边长度之比不宜大于2，十字型基础的节点处应采用加腋构造。板式或十字形基础基础平面尺寸的确定参考厂房提供的塔机平面尺寸处步确定；根据地基承载能力和变形要求复核塔机平面尺寸。矩形基础地基承载能力的验算板式或十字形基础设计kaPf≤kmaxa1.2Pf≤轴心荷载作用时偏心荷载作用时kaPf≤Pk——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；fa——修正后的地基承载力特征值；Pkmax——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值；板式或十字形基础设计kkkFGPblkvkkkkmaxMFhFGPblW板式或十字形基础设计6bekmaxP当偏心距时，按下式计算kkkmax2()3FGPla板式或十字形基础设计偏心距e应按下式计算：kkvkkMFheFG/4eb≤偏心距e应满足kG矩形基础地基变形的验算板式或十字形基础设计地基主要受力层的承载力特征值fak≥130kN/m2，可不进行地基变形验算。地基主要受力层指塔机板式基础下为1.5b（b为基础截面宽度）；十字型基础下为3b（b为其中任一条形基础的截面宽度），且厚度不小于5m范围内的地基土层；基础下的地基变形计算按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007第5.3.5条规定，但荷载效应应按JGJ/T187-2009的3.0.5条规定确定。基础下的地基变形允许值：最大沉降量为50mm，最大倾斜率为tanθ=0.001。θ为基础底面的倾斜角度。12||tanSSbl或12||tanSSbl或矩形基础的配筋板式或十字形基础设计12||tanSSbl或基础的配筋应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010有关规定进行受弯、受剪计算。设计中可不考虑扭矩的作用。计算板式基础强度时，将塔机作用于基础的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面，计算受弯、受剪的最危险截面取柱边缘处。基底净反力采用按下式求得的基底均布荷载设计值P：max12PPPP1——采用荷载效应基本组合计算的塔机立柱边的基底压力值板式或十字形基础设计板形基础基底压力十字形基础基底压力板式或十字形基础设计十字形基础设计实例当地基土为软弱土层，采用浅基础已不能满足塔机对地基承载力和变形的要求时，可采用桩基础。基桩可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩或钢管桩等。桩端持力层宜选择中低压缩性的粘性土、中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，对于粘性土、粉土不宜小于3d，对于砂土不宜小于2.0d；当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力土层厚度不宜小于5d，并应验算下卧层的承载力。桩基计算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。桩基础设计应符合现行国家行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的规定。桩基础桩基构造应符合现行国家行业标准《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的规定。预埋件应按塔机使用说明书布置。桩身和承台的混凝土强度等级不得小于C25。基桩应按计算和构造要求配置钢筋。纵向钢筋不应小于6φ12，应沿桩周边均匀布置，其净距不应小于60mm。箍筋应采用螺旋式，直径不应小于6mm，间距宜为200～300mm，桩顶以下5d范围内箍筋间距应加密不应大于100mm。当基桩属抗拔桩或端承桩，应等截面或变截面通长配筋。承台宜设计成不变截面高度的方形板式或十字型梁式，截面高度不宜小于1000mm，且应满足塔机使用说明书的要求。基桩宜按均匀对称式布置，且不宜少于4根，边桩中心至承台边缘的距离应不小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于200mm。桩基础板式承台基础上、下面均应根据计算或构造要求配筋，直径不小于12mm，间距不大于200mm，上、下层钢筋之间设置架立筋，宜沿对角线配置暗梁。十字型承台应按梁式配筋，宜按对称式配置正、负弯矩筋，箍筋不宜小于φ8@200。基桩嵌入承台的长度对桩径＜800mm的基桩不宜小于50mm，≥800mm的基桩不宜小于100mm。基桩主筋应锚入承台基础，锚固长度按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010确定。对预应力混凝土管桩和钢管桩，宜采用植于桩芯混凝土不少于20的主筋锚入承台基础。预应力管桩和钢管桩中的桩芯混凝土长度应按抗拔锚固计算且不小于1000mm，其强度等级宜比承台提高一级。桩基础桩基的设计计算桩基础的设计计算桩顶作用效应计算时，应取沿矩形或方形承台对角线方向的倾翻力矩和水平荷载及竖向荷载进行计算。当采用十字型承台时，倾翻力矩和水平荷载的作用按其中任一条形承台纵向进行计算，竖向荷载由全部基桩承载。kkkFGQnkvkkkkmaxminMFhFGQnL、轴心竖向力作用下偏心竖向力作用下L——矩形承台对角线或十字型承台中任一条形承台两端基桩的轴线距离；桩基的设计计算桩基础的设计计算桩基竖向承载力计算应符合kaQRkmaxa1.2QRRa——单桩竖向承载力特征值asiapapiRuqlqA=0.5～0.8（砂性土，桩入土较浅时取低值；粘性土和粉土，桩入土较深时取高值）；桩基的设计计算桩基础的设计计算桩的抗拔设计应满足kaQR≤aisakiiRuqlGkQ——按荷载效应标准组合计算的基桩拔力aR——单桩竖向抗拔承载力特征值；i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，取kG——桩身的有效重力标准值（kN），水下部分按浮重度计。桩基的设计计算桩基础的设计计算轴心受压桩桩身承载力应符合ccpsys0.9QfAfA≤桩基的设计计算桩基础的设计计算轴心受拔桩桩身承载力应符合yspypsQfAfA≤承台的设计计算桩基础的设计计算桩基承台应进行受弯、受剪承载力计算，将塔机作用于承台的4根立柱所包围的面积作为柱截面，受弯、受剪承载力和配筋应按现行《混凝土结构设计规范》GB50010的规定进行计算。对于十字型梁式承台和板式承台中的暗梁的弯矩与剪力计算，可视基桩为不动铰支座，按简支梁或连续梁计算，倾翻力矩M按其中任一梁纵向作用，竖向荷载F仍由全部基础承受，宜按对称式配置正、负弯矩筋及箍筋。承台的设计计算桩基础的设计计算xiiMNyyiiMNx板式承台弯矩计算示意图11暗梁AL桩基础的设计计算承台的设计计算十字型梁式承台和板式承台中的暗梁计算简图承台的设计计算桩基础的设计计算桩基承台厚度应满足基桩对承台的冲切承载力要求。≥45°121111hpt0[(/2)(/2)]lxyyxNcacafh≤110.560.2xx110.560.2yy110xxah110yyah角桩冲切系数：角桩冲跨比：βhp——承台受冲切承载力截面高度影响系数。桩基础设计桩基础设计实例组合式基础当塔机安装于地下室基坑中，根据地下室结构设计、围护结构的布置和工程地质条件及施工方便的原则，塔机基础可设置于地下室底板下、顶板上或底板至顶板之间。组合式基础由混凝土承台或型钢平台、格构式钢柱或钢管柱及灌注桩或钢管桩等组成。混凝土承台、基桩应按本规程JGJ/T187-2009第6章桩基础或《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的相关规定进行设计。型钢平台的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定，由厚钢板和型钢主次梁焊接或螺栓连接而成，格构式钢柱应连接于型钢主梁。塔机在地下室中的基桩宜避开底板的基础梁、承台及后浇带或加强带。格构式钢柱上端伸入混凝土承台的锚固长度应满足抗拔要求。下端伸入灌注桩的锚固长度不宜小于2.0m，且应与基桩纵筋焊接，灌注桩在该部位的箍筋应加密一倍。组合式基础布置示意图组合式基础设计南京汇达广场塔吊基础设计实例