固定式塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1、 固定式塔式起重機(jī)樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中天建設(shè)集團(tuán)有限公司 徐榮華在高層房屋建筑施工中，為解決建筑材料和物件的垂直運(yùn)輸和水平運(yùn)輸，固定式塔式起重機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范gb/t1375292第4.6.3條規(guī)定：固定式塔式起重機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗傾翻穩(wěn)定性和地基承載力的條件。塔機(jī)在獨(dú)立高度、在非工作工況受到暴風(fēng)突襲時(shí)，基礎(chǔ)所受的載荷最大，此狀態(tài)最為不利，按此狀態(tài)計(jì)算混凝土基礎(chǔ)的抗傾翻穩(wěn)定性（見(jiàn)下圖一）： (1)地基承載力按下列公式計(jì)算： (2)式中e偏心距，即地面反力的合力至基礎(chǔ)中心的距離； mk荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值； fk荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的

2、垂直載荷標(biāo)準(zhǔn)值； fhk荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下作用在基礎(chǔ)頂面上的水平載荷標(biāo)準(zhǔn)值； gk 相應(yīng)于荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí),混凝土基礎(chǔ)的重力標(biāo)準(zhǔn)值； pkmax荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下基礎(chǔ)底面邊緣的最大壓應(yīng)力； pb地面許用壓應(yīng)力，由實(shí)地勘探和基礎(chǔ)處理情況確定，一般取pb=200300kpa。按照現(xiàn)行建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范gb500072002,上述pb=1.2fa ，fa為修正后的地基承載力特征值。上式（1）與抗傾翻穩(wěn)定性安全系數(shù)k =1.5是等同的，推導(dǎo)如下：抗傾翻穩(wěn)定性安全系數(shù)k=抗傾翻力矩/傾翻力矩=(對(duì)圖一中a點(diǎn)取矩)如果地基承載力不滿足要求，則應(yīng)對(duì)地基進(jìn)行處理，當(dāng)承載力高的土層埋置深度較淺時(shí)，可采用換填

3、處理，當(dāng)承載力高的土層埋置深度較深時(shí)，采用樁基礎(chǔ)。下面是塔機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)內(nèi)容和一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例。一 塔機(jī)樁基礎(chǔ)及承臺(tái)（基礎(chǔ)）計(jì)算1. 樁基豎向承載力計(jì)算應(yīng)同時(shí)滿足下列兩式：平均豎向力標(biāo)準(zhǔn)值nk= 最大豎向力標(biāo)準(zhǔn)值 nkmax=r單樁豎向承載力特征值。2樁身承載力（抗壓）計(jì)算 n相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合時(shí),樁頂軸向壓力設(shè)計(jì)值; c基樁成樁工藝系數(shù)，對(duì)干作業(yè)非擠土灌注樁取0.9,對(duì)泥漿護(hù)壁非擠土灌注樁取0.70.8,對(duì)混凝土預(yù)制樁取0.85； fc混凝土軸心抗壓設(shè)計(jì)值; aps樁身截面面積。3.樁基抗拔承載力計(jì)算 式中 nk按荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算時(shí)的基樁拔力；i抗拔系數(shù)； qsik樁側(cè)表面第i層土的極限側(cè)

4、阻力標(biāo)準(zhǔn)值； i樁周周長(zhǎng)； li樁身長(zhǎng)度； gp基樁自重，地下水位以下取浮重力。4.樁身承載力（抗拔）計(jì)算n荷載效應(yīng)基本組合下樁頂軸向拉力設(shè)計(jì)值；fy鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；as鋼筋的截面面積。5.樁基水平承載力計(jì)算 rh單樁水平承載力特征值； n樁的根數(shù)。6.承臺(tái)受沖切承載力計(jì)算7.承臺(tái)受剪切承載力計(jì)算8.承臺(tái)受彎承載力計(jì)算二.塔機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)實(shí)例（一）設(shè)計(jì)依據(jù)1.塔機(jī)資料根據(jù)建筑物高度選用山東華夏集團(tuán)qtz63固定式塔式起重機(jī),塔身截面主弦桿外形尺寸1.6m1.6m，獨(dú)立式起重高度40 m，最大工作幅度50m，最大幅度處額定起重量1.3t，塔機(jī)使用說(shuō)明書(shū)提供的基礎(chǔ)載荷表如下：基礎(chǔ)載荷表載荷工況fk

5、(kn)fhk（kn）mk（knm）mn（knm）工作狀態(tài)45725.5646.4356.7非工作狀態(tài)431801353.60fk：垂直載荷； fhk：水平載荷； mk：傾翻力矩； mn：回轉(zhuǎn)扭矩2.各土層厚度及物理指標(biāo)（采用人工挖孔樁）見(jiàn)下表序號(hào)土層名稱(chēng)狀態(tài)厚度（m）土層地基承載力特征值（kpa）樁端阻力特征值（kpa）1雜填土可塑2.02粉質(zhì)粘土硬塑2.51253粉質(zhì)粘土硬塑堅(jiān)硬2.72104-1粘土硬塑堅(jiān)硬2.84004-2粘土夾碎石硬塑堅(jiān)硬7.24508005粘土夾碎石7.5210（二）塔機(jī)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 4根人工挖孔樁，樁身直徑900，樁底擴(kuò)大頭直徑1000，樁身縱向采用9根級(jí)鋼筋直徑

6、14（a=13872），沿樁周均勻布置,箍筋8200,樁長(zhǎng)9,樁端進(jìn)入持力層4-2層粘土夾碎石0.9,基礎(chǔ)承臺(tái)尺寸551.35，頂面標(biāo)高-0.550，樁中心距3.2，樁及承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)c25?；A(chǔ)平面及立面見(jiàn)下圖二、三。 塔機(jī)在獨(dú)立高度、在非工作工況受到暴風(fēng)突襲時(shí)，基礎(chǔ)所受的載荷最大，此狀態(tài)最為不利，塔機(jī)使用說(shuō)明書(shū)提供的基礎(chǔ)載荷表即為此狀態(tài)載荷數(shù)據(jù)，按此作為計(jì)算依據(jù)。fk=431kn； gk=551.3525=843.75kn；fhk=80kn； mk=1353.6 +801.35=1461.6kn。1.樁基豎向承載力計(jì)算先根據(jù)土的物理指標(biāo)計(jì)算單樁豎向承載力特征值ra：ra=pqpaap=

7、（0.8/1）1/4 8003.140.52=594kn平均豎向力nk=，滿足要求。mk作用于過(guò)塔身對(duì)角線的豎向平面時(shí)，樁頂豎向力最大，其值為nkmax=1.2 ra =1.2594=712.8kn，滿足要求。2.樁身承載力（抗壓）計(jì)算樁身承載力（抗壓）滿足要求。3.樁基抗拔承載力計(jì)算樁基抗拔承載力=0+3.140.452925=143.1kn（不計(jì)樁側(cè)摩阻力） nkmin =nkmin為負(fù)表示樁受向上的拔力，樁承受向上拔力4.3kn143.1kn，樁基抗拔承載力滿足要求。4.樁身承載力（抗拔）計(jì)算樁身（抗拔）承載力滿足要求。5.樁基水平承載力計(jì)算先計(jì)算單樁水平承載力特征值rh：樁身混凝土c2

8、5抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft =1.27n/mm2=1270kn/m2樁截面模量塑性系數(shù)rm=2樁身配筋率g=1387/（3.144502）=0.002鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值e=2105 /（2.8104）=7.14樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)m=24000kn/m4樁身計(jì)算寬度b0=0.9 （1.50.9 + 0.5）=1.665m扣除保護(hù)層厚度的樁直徑d0=0.920.05=0.8m樁身?yè)Q算截面受拉邊緣的截面模量w0=m3樁身抗彎剛度ei=0.85eci0=0.85ec樁的水平變形系數(shù)樁長(zhǎng)l=9m，換算長(zhǎng)度l=0.5659=5.0854，vm=0.768樁身?yè)Q算截面面積an=樁基受拔時(shí)

9、n =1.0，因g=0.0020.65%，故rh計(jì)算如下： ,樁基水平承載力滿足要求。6.承臺(tái)受沖切承載力計(jì)算先計(jì)算荷載效應(yīng)基本組合值和基樁凈反力設(shè)計(jì)值，假設(shè)樁基荷載效應(yīng)基本組合值為永久荷載效應(yīng)控制，則f=1.35fk=1.35431=581.9kn m=1.35mk=1.351461.6=1973.2knm基樁最大凈反力設(shè)計(jì)值和平均值分別為nmax=n=（1）塔身弦桿邊沖切承臺(tái)高1.35m，樁頂伸入承臺(tái)100mm，承臺(tái)有效高度為h0=1.350.1=1.25m，圓形樁等效為方樁（方樁邊長(zhǎng)=0.8900=720mm）,見(jiàn)圖四。0x=0y=0.440m，0x=0x/ho= 0.440/1.25=0.352，0y=0y/ho= 0.440/1.25=0.352 fl=581.90=581.9kn=18705.6knfl=581.9kn，塔身弦桿邊抗沖切滿足要求。（2）角樁向上沖切c1=c2=1.260m，1x=0x=0.440m, 1x=0x=0.352, 1y=0y=0.440m, 1y=0y=0.352, =4531knnmax=581.6kn, 角樁向上抗沖切滿足要求。 7.承臺(tái)受剪切承載力計(jì)算剪跨比與以上沖跨比相同，對(duì)圖四中i i斜截面有x=0x= 0.352，剪切系數(shù),v=2，承臺(tái)斜截面受剪切承載力滿足要求。8.承臺(tái)受彎承載力