塔吊基础设计施工方案(1)

ZCG-封面SHAOXINGSHIAOLINPIKETIYUCHANGGUANGONGCHENGTIYUHUIZHANGUANGONGCHENG绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案浙江中成建工集团有限公司二○一一年三月专家论证方案绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案1塔吊基础设计施工方案一、工程概况绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程位于镜湖新区解放北路以西，洋江西路以北绍兴体育公园北区基地东南角，建筑西接射击馆，东南两侧临水，东侧隔水有城市高架路，北侧为规划道路。总建筑面积约72010平米，其中地上建筑面积54029平米，地下建筑面积17981平米。体育馆部分为地上1层局部4层，最高点高度33.5米，檐口高度为30.0米，会展馆部分为地上2层地下1层，最高点高度30.0米，檐口高度为21.05米。三、编制依据1、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；2、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；3、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；4、《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）；5、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；6、《塔式起重机安全规程》（GB5144-2006）；7、《工程测量规范》(GB50026-2007)；8、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T187-2009）；9、《固定式塔式起重机基础技术规程》（DB-T1053-2008）；10、中国航空规划建设发展有限公司提供的建筑、结构设计图纸；11、浙江山川有色勘察设计有限公司提供的基坑支护图纸；12、浙江山川有色勘察设计有限公司提供的岩土工程勘察报告；13、七台塔式起重机使用说明书。三、塔吊选择在基础施工、主体钢结构吊装阶段，工程体量很大，需安装塔吊完成垂直和水平运输。选择6台塔吊安装在基坑外、1台塔吊安装在基坑内（塔身尺寸中心均为1.50m×1.50m，塔吊臂长为55m），可以有效覆盖作业区和加工区，施工能力能满足工程需要。坑内塔吊位置避开基础梁、承台、楼层框架梁；坑外塔吊位置避开主体外脚手架和建筑物檐口，能保证使用完毕后顺利拆除下来，不与外脚手架、建筑物发生冲突现象。（详见塔吊平面布置图）绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案2四、坑内1#塔吊基础设计1#塔吊基础设计的思路是确定好塔吊的位置后，采用钻孔灌注桩（φ800，25m）+钢格构柱（11.4m）+封口板（-550×550×30mm钢板），基础顶标高为-1.600m。1、1#塔吊位置岩土力学资料1#塔吊桩基础土层分布情况（7C－7C’地质剖面图Z93孔）层号土层名称土层厚度（m）侧阻力qsia（KPa）端阻力qpa（KPa）抗拔系数1-2粉质粘土2.212//2-1（淤泥质）粉质粘土0.88/0.753淤泥质粘土11.55/0.755淤泥质粘土2.78/0.756粘土10.828/0.758-1粘土6.0305000.75备注：考虑到塔吊桩基承受较大的荷载，我们选择8-1层粘土作为硬持力层。1#塔吊桩顶标高取至塔吊承台底标高，从3层淤泥质粘土开始计算，进入8-1层粘土2.0m。2、塔吊基础作用荷载工况QTZ63C（5510）塔吊独立高度下基础作用荷载工况荷载工况基础荷载P（kN）M（kN.m）竖向力Fk水平力Fh倾覆弯矩M扭矩Mz基坑内先置式塔吊全景图基坑地面绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案3荷载工况基础荷载P（kN）M（kN.m）竖向力Fk水平力Fh倾覆弯矩M扭矩Mz工作状态51324.5125267.0非工作状态43473.51796－Fk----基础顶面所受垂直力Fh----基础顶面所受水平力M----基础所受倾翻力矩MZ----基础所受扭矩FhFk塔吊基础受力示意图MZM3、塔吊基础设计基础桩：根据塔吊的现场使用及场地环境要求，塔吊基础下施工钻孔灌注桩4根，桩径800，有效桩长分别为L=25m，纵向钢筋10Φ18，通长设置，螺旋箍筋Φ8@150/250，加强箍筋Φ12@2000。格构柱：在每根钻孔灌注桩的上部插入450×450格构柱（钢构柱底部埋入塔吊桩顶以下长度2.0m），内部L140×10角钢@1500柱间支撑，外周L140×10角钢@1500柱间支撑（详见附图）。材料：钻孔桩混凝土为水下C30，钢筋为Ⅱ级，角钢为Q235。塔吊基础位于基坑内，钢格构柱与底板交接位置设止水片并与底板整浇、与顶板交接位置留设施工缝（坑内塔吊施工缝设置在消防通道位置，12-13/J-K轴，采用桩+钢格构柱+转换平台的形式；）并设止水钢板（待塔吊拆除后浇砼）。3.1、塔吊钻孔灌注桩承载力计算塔吊基础的竖向力和弯矩计算，桩基础按非工作状态进行考虑：Fk=434kN；Mk=1796kN·m3.2、钻孔灌注桩单桩承受荷载2kkiFMQikna（注：n为桩根数,a为塔身宽）带入数据，得塔吊桩最大压力与拔力如下：绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案4单桩最大压力标准值:Qik压＝955.3kN单桩最大拔力标准值：Qik拔＝-738.3kN3.3、钻孔灌注桩承载力计算两台塔吊各4颗塔吊桩顶标高取至地下室底标高，从基础底板垫层底开始计算，进入8-1号土层1.0m，其塔吊桩单桩极限承载力特征值分别计算如下：塔吊桩直径取Ф800，塔吊有效桩长均为L=25m；根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）8.5.5条：1.单桩竖向承载力特征值计算公式：apappsiaiRqAuql式中：Ra---单桩竖向承载力特征值；qpa,qsia---桩端端阻力，桩侧阻力特征值；Ap---桩底端横截面面积，Ap＝0.5027㎡；up---桩身周边长度，up＝2.513m；li---第i层岩土层的厚度。经计算：Ra=2.513×（10×5+2.7×8+10.8×28+2×30）+0.5027×500＝1342KN进行验算如下：Q压max=955.3KN＜Ra=1342KN，塔吊桩基抗压承载力满足要求。2.单桩竖向抗拔承载力特征值计算公式：pkisiaipaGlquR'式中：Ra，---单桩竖向承载力特征值；λi---桩周i层土抗拔承载力系数；Gpk---单桩自重标准值经计算：Ra＇=2.513×（10×5+2.7×8+10.8×28+2×30）×0.75+（25-10）×0.5027×25=1006KN＞Q拔max=738.3KN满足要求。3.4、桩身混凝土强度（即抗压验算）本基础桩基砼选用混凝土水下C30。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.5.9条公式：ccPfAQ式中：fc--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，该工程选用水下C30砼，fc＝14.3N/m2；绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案5Q--相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值；Ap--桩身横截面积，该式Ap＝0.5027m2；ψc---工作条件系数，本工程为水下灌注桩，取0.6。经计算：ApfcΨc＝0.5027×14.3×103×0.6＝4313.2KN＞Qik压＝1.2×955.3=1146.4KN满足要求。3.5、灌注桩桩身配筋与格构柱抗拔验算（1）桩身受拉钢筋配置（即抗拔验算）：由N≤fyAsAs≥N/fy=(738.3×103)/300=2461mm2选用10根Φ18钢筋，即AS=10×254.34＝2543.4mm2＞2461mm2（2）格构柱抗拔验算：4L140x10，A=4×2737=10948mm2，远大于受拉钢筋面积，满足要求。3.6、单肢格构柱截面验算已知：N=955.3KN格构柱的计算长度lox=4.6m角钢选用4L140×10，缀板为400×200×10，截面尺寸为450×450按轴心受压构件进行验算3.6.1、格构柱力学参数L140x10A=27.37cm2i=4.34cmI=514.7cm4z0=3.82cm每个格构柱由4根角钢L140x10组成，格构柱力学参数如下：Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[514.7+27.37×(45.0/2-3.82)2]×4=40261cm4；An1=A×4=27.37×4=109.48cm2；W1=Ix1/(b1/2-z0)=40261/(45.00/2-3.82)=2155.3cm3；ix1=(Ix1/An1)0.5=(40261/109.48)0.5=19.18cm；3.6.2、格构柱平面内整体强度根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003）第5.1.1条：ANσ=Nmax/An1=1.2×955.3×103/(109.48×102)=104.7N/mm2f=215N/mm2；单肢格构柱平面内整体强度满足要求。3.6.3、格构柱整体稳定性验算L0x1=lo=9.0m；λx1=L0x1×102/ix1=9.0×102/19.35=46.5；绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案6单肢缀板节间长度：a1=500m；λ1=L1/i=50/3.83=13.1，λ1≤40且λ1≤0.5λmaxλ0x1=(λx12+λ12)0.5=(46.52+13.12)0.5=48.32；查表：Φx=0.865；Nmax/(ΦxA)=1.2×955.3×103/(0.865×109.48×102)=121.1N/mm2f=215N/mm2；单肢格构柱整体稳定性满足要求。3.6.4、格构柱缀板的验算缀板柱可视为一多层框架（肢件视为框架立柱，缀板视为横梁）,缀板尺寸为400×200×10mm，焊缝hf=10mm。缀板内力计算如下：剪力：T=11Vla,其中V1=V/2，V=85235yfAf=26.5KN则T=13.24500450=14.7KN弯矩（与肢件连接处）：M=T·2a=3.31KN·mT=14.7KNfvbh=125×10×200=250KNδ=MW=3.31×106/W=49.65N/mm2f=215N/mm2满足要求。3.7、整体格构柱基础验算已知标准值：Fk=434KN，Mk=1796KN·m格构柱的计算长度lox=4.6m，截面尺寸为1500×1500按压弯构件进行验算3.7.1、格构柱基础力学参数单肢格构柱力学参数：Ix1=40261cm4An1=109.48cm2W1=2155.3cm3ix1=19.18cm格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的，整个基础的力学参数：Ix2=[Ix1+An1×(b2×102/2-b1×102/2)2]×4=[40261+109.48×(1.5×102/2-0.45×102/2)2]×4=1368061cm4；An2=An1×4=109.48×4=437.92cm2；绍兴市奥林匹克体育场馆工程体育会展馆工程塔吊基础设计施工方案7W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1368061/(1.5×102/2-0.45×102/2)=26058.3cm3；ix2=(Ix2/An2)0.5=(1368061/437.92)0.5=55.89cm；3.7.2、格构柱基础平面内整体强度σ=N/An+Mx/(γx×W)=1.2×434×103/(437.92×102)+1.4×1796×106/(1.0×26058.3×103)=135.2N/mm2f=215N/mm2；格构式基础平面内稳定满足要求。3.7.3、格构柱基础整体稳定性验算计算长度：L0x2=2lo=2×4.6=9.2m（当作悬臂构件进行计算）；λx2=L0x2/ix2=9.2×102/55.89=32.2；An2=437.92cm2；Ady2=2×27.37=54.74cm2；λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(32.22+40×437.92/54.74)0.5=36.8；查表：φx=0.910；NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22=3.