塔吊基礎設計計算

1、塔式起重機方形獨立基礎的設計計算余世章余婷媛內容提要文章通過對天然基礎的塔吊基礎設計，詳細論述整 個基礎的設計過程，經濟適用，安全可靠、結構合理，思路清晰，論 述精辟有據(jù)；在現(xiàn)場施工中，有著十分重要的指導意義。關鍵詞：塔機、偏心距、工況、一元三次方程、核心區(qū)、基底壓力。一、序言隨著建筑業(yè)迅猛發(fā)展，塔式起重機（簡稱塔機）在建筑市場中 是必不可少的一項重要垂直運輸機械設備； 塔機基礎設計，在建筑行 業(yè)中是屬于重大危險源的范疇，正因為如此，塔機基礎設計得到各使 用單位的高度重視；本人通過網(wǎng)絡查閱過許多塔機基礎設計方案， 除 采用樁基外，塔基按獨立基礎所設計的方形基礎， 絕大部分都按廠家 說明書所提供

2、的基礎尺寸進行配筋， 按規(guī)范設計計算的為數(shù)不多，廠 家所提供基礎大小數(shù)據(jù)有些是不滿足規(guī)范要求，而塔機基礎配筋絕大 多數(shù)情況是配筋過大，浪費較為嚴重；廠家說明書所提供數(shù)據(jù)表明， 地基承載力特征值小的基礎外形尺寸就較大，承載力特征值較大，基礎尺寸就相應的小點，似乎看起來這種做法是正確的，其實并非如此。塔機基礎型式方形等截面最為普遍，下面通過一些規(guī)范限定的 條件，對方形截面獨立基礎規(guī)范化的設計，很有參考和實用價值。下 面舉例采用中聯(lián)重科的塔吊類型進行論述和闡明。二、塔吊基礎設計步驟2.1、確定塔吊型號首先根據(jù)施工總平面圖，根據(jù)建筑物外形尺寸（長、寬、高） 及材料堆放場地和鋼筋加工場地，根據(jù)塔機覆蓋率

3、情況，按塔機 說明書中的主要參數(shù)確定塔機型號。2.2、根據(jù)塔機型號確定荷載廠家說明書中都有荷載說明，按塔吊自由獨立高度條件提供 兩組數(shù)據(jù)（中聯(lián)重科），一組為工作狀態(tài)（工況）荷載，另一組為 非工作狀態(tài)（非工況）荷載，確定出一組最不利的工況荷載。2.3、確定塔吊基礎厚度h根據(jù)說明書中塔機安裝說明，基礎固定塔基及有兩種形式，- 種是地腳螺栓，另一種是埋入固定支腿式；因此根據(jù)塔機地腳螺 栓錨固長度和支腿的埋深，可以確定塔機基礎厚度 h。2.4、基礎外形尺寸的確定根據(jù)荷載大小和基礎厚度h，確定獨立方形基礎的邊長尺寸。2.5、基礎配筋計算求出內力進行基礎配筋計算，并根據(jù)規(guī)范的構造要求進行 配筋和驗算。2.

4、6、基礎沖切、螺桿（支腿）受拉或局部受壓的驗算三、方形獨立基礎尺寸的確定3.1方形基礎寬度B的上限值根據(jù)上面塔機基礎計算步驟可以看出， 塔機基礎尺寸的確定是方 形基礎的計算關鍵。利用偏心距限定條件，可求出基礎最小截面尺寸。 根據(jù)偏心距e （荷載按標準組合）：對于偏心受壓方形基礎：當e二Mk Fvh / B/6時，基底壓力呈梯形分布；Fk +Gk當二Mk Fvhb/6時，基底壓力呈三角形分布；Fk +GkB為方形基礎寬度，在基礎設計時，為了使基礎截面尺寸不至于過大，造成不必要浪費，因此可取上限值 e b/6 ;即: Mk Fvh b/6 (1)Fk +Gk3.2方形基礎寬度B的下限值由建筑地基基

5、礎設計規(guī)范 GB50007-2011第6.7.5條第4款，對于擋土墻大偏心受壓構件，偏心距e B/4 ;而高聳結構設計規(guī)范GB50135-2006第7.1.2條第5款：基礎底面允許部分脫開地基 土的面積應不大于底面全面積的1/4。對于方形基礎，最不利情況， 由條件可得出雙向偏心距，當ex=ey=B/4時，由高聳規(guī)范7.2.3-4 式，可得 axay=0.125B2。按塔式起重機混凝土基礎工程技術規(guī)程 JGJ/T187-20094.1.2 條 第三款可得偏心距eB/4。這里需要特別強調指出，偏心距 eB/4 與“基礎底面允許部分脫開地基土的面積應不大于底面全面積的 1/4 ” 是不同兩個概念。故

6、可得：e=Mk Fvh 0.125bl (5)ax-合力作用點至ex一側基礎邊緣的距離，按(b/2-e x)；ay-合力作用點至ey 一側基礎邊緣的距離，按(b/2-e y);ex- x方向的偏心距；按 Mkx/(Fk+G)ey- y方向的偏心距；按Mky/(F k+G)根據(jù)上式，對方形基礎，取：ex=ey,即：Mkx二My二M/20.5=O.7O7Mk由于 ax3y0.125B 故有 a x=ay0.354B從 ax=ay=(B/2-e x) 0.354B 得出：ex=ey 0.146B2205e=( e x+ey) =1.4142*0.146B=0.206B 用/5 (6)(c)雙向偏心基

7、底脫開時基地壓力3.4方形基礎寬度B的確定3.4.1方形基礎寬度B的范圍由(1)及(2 )式，得：B/6 e=Mk Fvh B/4 .(7)Fk +Gk設塔吊基礎長和寬均為為 B,且令：B=y.(8)由(7)可得出兩個一元三次方程，從而解出y取值范圍。3.4.2方形基礎最小寬度B由于塔機傾覆力矩按塔身截面對角線作用最大，此時基礎底面的抵抗矩W最小，故荷載效應為最不利狀態(tài)。從(6)式可得：e= Mk Fvh e=Mk Fvh B/6Fk +Gk帶入數(shù)據(jù)：2y/6 ( 1788.3+81.1*1.5 ) / (493.4+35y ) y/4 可得出兩個不同方程，即：y 3+14.1y-327.42

8、=0 (10)y 3+14.1y-218.28=0 (11)從上面(1)、(2)式可以看出，這是標準的一元三次方程，如果一個一元三次方程的二次項系數(shù)為0,則該方程可化為x3+px+q=0。因此由 卡丹公式(僅取實根)：X=3 -q/2、(q/2)2(p/3)33 -q/2 - .(q/2)2(p/3)3解(10)、( 11)式可得：5.25m B 6.21m,4.2.1.2 最小寬度B的確定假設e=Mk Fvh= (1788.3+81.1*1.5 ) / (493.4+35y2) =y/5Fk +Gk上式可變?yōu)?y3+14.1y-272.85=0略去中間過程解之y=5.77m;按(10)、(1

9、1)平均值可得y=5.73m。4.2.1.2 基礎最小寬度B如果我們采用荷載設計值(基本組合)進行計算:B/6 w e= y q (M+Fh*h)/ 丫 g ( Fv+G) w B/4即：y/6 w 1.4* (1788.3+81.1*1.5 ) /1.35*(493.4+35y2) w y/4帶入數(shù)據(jù)并整理可得：即：y 3+14.1y-339.5=0 ( 12)y3+14.1y-226.3=0 ( 13)解(12).( 13)式可得：5.36m B 6.31m,4.2.1.2 基礎最小寬度BMk Fvhe=Fk Gk如果取 e= y q (M+Fh*h)/ y g ( Fv+G) B/5即：

10、1.4* (1788.3+81.1*1.5 ) /1.35*(493.4+35y2) =y/53y +14.1y-282.9=0解得 y=5.85m4.2.1.2 工作狀態(tài)偏心距(標準組合)，不考慮扭矩，根據(jù)(7)式：B/4e=M/(F k+G)B/6帶入工作狀態(tài)下的荷載數(shù)據(jù)并整理可得：即：y 3+17y-331=0 ( 14)y3+17y-220.7=0 ( 15)解(14).( 15)式可得：5.10m B 6.13m,若取 e二M/(F k+G)二B/5，可得 y3+17y-275.85=0解得 y=5.856m綜上所述，在確定塔吊基礎寬度B時，與地基承載力的特征值無關，僅與基礎面積和質

11、量有關。然而基礎截面尺寸一旦確定，在驗算 地基承載力時，它與基礎的截面尺寸和地基承載力的特征值有關。 從 計算分析結果可知，非工作狀態(tài)下的內力是控制荷載； 對于塔吊基礎 內力組合時，一般彎矩較大，軸向力越小是比較危險的控制截面。由上面計算結果，塔吊基礎斷面尺寸確定6.0*6.0*1.4M較為合適。另外，對于荷載采用基本組合，計算塔吊基礎外形尺寸，可得出另一組數(shù)值，這組數(shù)值不過把基礎外圍尺寸增大一個級別，不會影響設計塔吊基礎的基本尺寸；特別指出的是，采用荷載標準組合，所 計算數(shù)據(jù)更能接近于塔吊基礎壓力的實際情況。建議讀者可自行驗算工作狀態(tài)下荷載基本組合的情況，更能深刻領會。五、結束語利用天然基礎

12、或復合地基設計塔吊基礎是具有造價低廉、施工方 便、速度快等特點，對地基承載力要求不高，一般要求不低于130kpa 的承載力就可滿足工程的需要；但對于淤泥或淤泥質土或其它沉降過 大或膨脹、凍脹、塌陷、滑坡等的天然基礎，需要進行地基加固處理， 方能保證塔吊的安全使用。塔吊基礎設計按照本文論述，非常簡便，難點是求解一個一元三 次方程，只要供貨方給出荷載參數(shù)依據(jù)，很容易計算出基礎的外形尺 寸；在計算過程中，如果不能確定哪一組荷載為控制荷載，再進行二 次試算，最后確定基礎的長寬尺寸。另外有一點還需說明，根據(jù)規(guī)范 按對角線的最小剛度所求偏心距是最小值，但這是設備處在極端狀 況，工程實踐中不多見，也是短暫的，因此按 X、Y正交方向偏心 距e三B/4，也是可行的。對于復雜多變地質情況，除進行地基變形驗算外，還應考慮它的 適用性。參考文獻：1、高聳結構設計規(guī)