中宇头施工企业塔吊基础设计实例三.docx

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中宇头施工企业塔吊基础设计实例三

塔吊基础设计实例

（一）、整体块式钢筋混凝土基础稳定和强度的计算依据

固定式塔吊的砼基础设计应同时满足抗倾翻稳定性和强度要求。

与基础抗倾翻稳定性有关的规范及相关规定见下表：

《塔吊设计规范》

（GB/T13752-92）

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

上海市《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999

地基承载力

地基土许用压应力[PB]

地基承载力特征值fa

地基承载力设计值fd

基础抗倾翻稳定性

e=（M+Fh.h）/（Fv+Fg）≤b/3

PB=2γ0（Fv+Fg）/3ba

≤[PB]

Pk=γ0（Fk+Gk）/A≤fa

Pkmax=2γ0（（Fk+Gk）/3ba≤1.2fa

Pd=γ0（Fd+Gd）/A≤fd

Pdmax=2γ0（（Fd+Gd）/3ba≤1.2fd

说明

计算时采用荷载标准值

计算时采用荷载标准值，无最大偏心距限制条件。

计算时采用荷载设计值，无最大偏心距限制条件。

注：

1、从塔吊偏心压应力计算公式可知，偏心距大于b/6；

2、[PB]、fa属地基容许承载力，地基承载力设计值约等于地基容许承载力乘1.25；

3、偏心距为b/3时，基础受压宽度为b/2，也就是基础只有一半面积受压，因此宜按b/2计算地基承载力设计值；

4、塔吊基础属临时设施，按规范结构重要性系数γ0取0.9。

在上海地区的工程，应按上海市《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999进行基础抗倾翻稳定性验算。

下面详细介绍主要计算内容：

1.采用土的抗剪强度指标计算地基承载力

按地质勘察报告上提供持力层的土的粘聚力标准值ck和土的内摩擦角标准值φk，计算地基承载力设计值fd:

φd=0.7φk/1.3cd=0.7ck/2.0

fdh=0.5Nγζγγb+Nqζqγ0d+Ncζccd

fd=γdfdh

γd、Nγ、Nq、Nc均按查表φd查表

ζγ=0.6ζq=1.0+sinφdζc=1.2

2.基础抗倾翻稳定性验算

按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的规定，该荷载设计值可取为荷载标准值乘1.35。

地基土反力的偏心距e应满足下列条件：

e=（Md+Fhd×h）/（（Fdv+Gd）≤b/3

地基土应力按下公式验算:

Pdmax=2γ0（Fdv+Gd）/3ba≤1.2fd

式中：

e—偏心距（m），为总的倾翻力矩（ΣM）除以作用在基础上的总垂直力（ΣN）之商，也等于地基土反力的合力到基础中心距离；

Md—塔吊作用在基础顶面上的弯矩（KN•m）

Fvd—塔吊作用在基础顶面上的垂直力（KN）

Fhd—塔吊作用在基础上顶面的水平力（KN）

Gd—砼基础的重力（KN）

b—基础底板长度和宽度（m）

h—塔吊基础的高度（m）

从图可知，塔基总的垂直作用力ΣN=Fdv+Gd；而ΣN又等于地基土的总反力，即ΣN=3（b/2-e）×b×Pdmax/2，移项后即得公式

（2），该公式成立的前提条件是公式

（1），即要求e≤b/3，也即合ΣN离基础边的距离应大于或等于（b/2-e）=b/2-b/3=b/6；地基土反力三角形图的底边AB长不得小于AB=3×（b/2-e）=3×b/6=b/2，所以公式

（1）基础抗倾翻稳定的条件是地基土反力三角形图顶点A的极限位置是基础中心点O。

3.基础底板的受弯、受剪、受冲切强度计算

按《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）计算。

（1）.受弯计算

基础位于塔身钢构柱边的截面弯矩、剪力最大，为计算截面。

MⅠ=a12（2b+a’）（pdmax+pj）/12

底板受力钢筋可近似按下式计算：

AsⅠ=MⅠ/（0.9fyh0Ⅰ）

（2）.受剪计算

VⅠ=a1l（pdmax+pj）/2（计算地基土压应力时扣除基础自重及其上的土重）

VⅠ≤0.7βhsftbh0βhs=（800/h0）1/4

（3）.受冲切计算

钢构柱的冲切荷载为Fl=PsA

Fl≤0.7βhpftbmh0

∵bm=（bt+bb）/2bb=bt+2h0Ⅰ∴bm=bt+h0Ⅰ

h0Ⅰ——截面有效高度，取两个配筋方向的截面有效高度的平均值；

Ps——基础底面地基反力设计值（可扣除基础自重及其上的土重），当基础偏心受力时，可取用最大的地基反力设计值；

（二）、桩承台基础稳定和强度的计算依据

塔吊桩承台基础的稳定性的计算依据是上海市标准《地基基础设计规范》（DGJ08-11-1999），桩承台强度的计算依据是《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）。

计算时全部采用荷载设计值，即按《建筑地基基础设计规范》的规定，取荷载设计值为荷载标准值乘1.35。

1.桩竖向承载力设计值

单桩竖向受压承载力：

Rd=Rsk/γs+Rpk/γp=Up∑fsili/γs+fpAp/γp

单桩抗拔承载力：

R’d=Up∑λifsili/γs+Gp

Up、Ap分别为桩身截面周长和桩端横截面面积；

fsi——桩侧第i层土的极限摩阻力标准值；

fp——桩端处土的极限端阻力标准值；

li——第i层土的厚度；

λi——桩周第i层土的抗拔承载力系数；

Gp——单桩自重设计值，自重分项系数取1.0，地下水位以下应扣除浮力，浮力分项系数取1.2。

γs、γp为承载力分项系数。

2.抗倾翻稳定性验算

Nd=γ0（Fdv+Gd）/n≤Rd

偏心受压时除满足上述条件外，还应满足：

受压一侧：

Ndmax≤1.2Rd

受拉一侧：

Nl≤R’d

Ndi=γ0（Fdv+Gd）/n±γ0（Md+Fhd×h）xi/∑xi2

n——桩的数量；

Ndi——偏心竖向力作用下第i根桩的竖向力设计值；

xi——第i根桩至y轴的距离;

3.桩承台的受弯、受剪、受冲切强度计算

（1）.受弯计算

计算截面取塔身钢构柱边的截面：

My=∑Ndixi

AsⅠ=MⅠ/（0.9fyh0Ⅰ）

（2）.受冲切计算

塔身钢构柱对承台的冲切

Fl=γ0Fdv（扣除承台及其上土重，作用在冲切破坏锥体上的荷载设计值，锥体与承台底的夹角不小于45º）

Fl≤4βo（bc+ao）βhpfth0

βhp——受冲切承载力截面高度影响系数；

βo=0.84/（λo+0.2）λo=ao/h00.2≤λo≤1；

角桩对承台的冲切

Nl≤β1（2c+a1）βhpfth0Ⅰ

β1=0.56/（λ1+0.2）λ1=a1/h00.2≤λ1≤1；

Nl——扣除承台及其上土重后的角桩顶竖向力设计值；

c——从角桩内边缘至承台外边缘的距离；

（3）.受剪计算

V≤βhsβftb0h0

β=1.75/（λ+1.0）βhs=（800/h0）1/4λ=a/h00.3≤λ≤3；

a——柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离。

（三）、整体块式钢筋混凝土基础的设计实例

据某塔吊制造厂所提供的固定式QTZ80F塔吊在未采用附着装置前，基础受力为最大，有关数据见下表：

工况

塔机垂直力Fv（KN）

水平力Fh（KN）

倾翻力矩M（KNm）

扭矩Mk（KN）

工作状态

717.47

51.14

1493.89

212.5

非工作状态

496.43

98.63

2100.52

0

基础尺寸为6000mm×6000mm×1350mm，基础埋深d=1.0m，地下水位在自然地面下0.5m，基础底面土层φk=15.00，ck=21.0kpa,γ=18.1kN/m3,基础底面以上土层的平均γ0=13kN/m3（已扣除水的浮力）。

1.用土的抗剪强度指标计算地基承载力

φd=0.7φk/1.3=0.7×15.0/1.3=8.0770

cd=0.7ck/2.0=0.7×21.0/2.0=7.35kpa

按φd查规范表4.2.3-1和表4.2.3-2得：

γd=1.198,Nγ=0.226,

Nq=2.5,Nc=7.560,ζq=1.0+sinφd=1.140

fdh=0.5Nγζγγb+Nqζqγ0d+Ncζccd

=0.5×0.226×0.6×18.1×3.0+2.5×1.140×13×1.0+7.560×1.2×7.35

=3.68+37.05+66.68

=107.41kN/m2

fd=γdfdh=1.198×107.41=128.68kN/m2

2.基础抗倾翻稳定性验算

基础重量

Gd=1.2×6.0×6.0×1.35×25-1.0×10×6.0×6.0×0.5=1278.0KN

（1）.核算工作状态

e=（Md+Fhd×h）/（（Fdv+Gd）

=（1493.89×1.35+51.14×1.35×1.35）/（717.47×1.35+1278.0）

=2109.95/2246.58=0.939m＜6.0/3=2.0m符合要求。

Pdmax=2γ0（Fdv+Gd）/3ba

=2×0.9×（717.47×1.35+1278.0）/[3×6.0×（6.0/2-0.939）]

=109.01KN/m2＜1.2fd=1.2×128.68=154.42KN/m2安全。

（2）.核算非工作状态

e=（Md+Fhd×h）/（（Fdv+Gd）

=（2100.52×1.35+98.63×1.35×1.35）/（496.43×1.35+1278.0）

=3015.46/1948.18=1.548m＜6.0/3=2.0m符合要求。

Pdmax=2γ0（Fdv+Gd）/3ba≤1.2fd

Pdmax=2×0.9×（496.43×1.35+1278.0）/[3×6.0×（6.0/2-1.548）]

=134.17kN/m2＜1.2fd=1.2×128.68=154.42kN/m2安全。

3.基础底板的受弯、受剪、受冲切强度计算

砼采用C30ft=1.43N/mm2钢筋采用Ⅱ级钢fy=300N/mm2

（1）.受弯计算

pj=pdmax×2.206/4.356=67.95kN/m2

MⅠ=a12（2l+a’）（pdmax+pj）/12

=2.152×（2×6.0+1.70）×（134.17+67.95）/12

=1066.66kN-m

AsⅠ=MⅠ/（0.9fyh0Ⅰ）

=1066.66×106/[0.9（1350—50）×300]

=3038.9mm2

按构造配筋要求选取φ25@200双层、双向配置。

As=31×490.9=15217.9mm2＞3038.9mm2

（2）.受剪计算

计算地基土压应力时宜扣除基础自重及其上的土重，在此为计算简便和安全，暂不扣除。

VⅠ=a1l（pdmax+pj）/2＝2.15×6.0×（134.17+67.95）/2

=1303.67kN-m

βhs=（800/h0）1/4=（800/1300）1/4=0.886

0.7βhsftbh0=0.7×0.886×1.43×6000×1300=6917.71kN>VⅠ

满足要求。

（3）.冲切计算

钢构柱的冲切荷载为Fl=PsAl=（Pdmax—Gd/A）Al

Fl=[134.17-1278.0/（6.0×6.0）]×（6.0+4.3）×0.85/2

=431.93kN

bm=bt+h0Ⅰ=1.7+1.3=3.0m;

βhp=1.0-0.1（1.35-0.8）/（2.0-0.8）=0.954

0.7βhpftbmh0=0.7×0.954×1.43×3000×1300

=3724kN>Fl满足要求。

（四）、桩承台基础计算实例

以上述QTZ80F塔机为例，在相同塔机荷载作用下，设计预制砼方桩300×300，长24m，桩承台尺寸为4000mm×4000mm×1200mm，桩承台埋深d=1.0m，地下水位在自然地面下0.5m。

其工程地质条件见下表：

地层名称

土层厚度（m）

预制桩标准值

灌注桩标准值

桩周土极限摩阻力fs（Kpa）

桩端土极限端阻力fp（Kpa）

桩周土极限摩阻力fs（Kpa）

桩端土极限端阻力fp（Kpa）

表土

1.6

不计

不计

砂质粉土夹粉粘土

1.4

15

15

砂质粉土

6.6

＜6m15

6-10m40

＜6m15

6-10m30

淤泥粘土

5.4

25

20

粉质粘土夹粉粘土

2.5

40

30

砂质粉土夹粉粘土

5.9

55

45

粉质粘土

4.6

80

2000

65

750

砂质粉土

3

90

5000

70

1500

粉砂

10

100

7000

80

2500

桩承台重量

Gd=1.2*4.0*4.0*1.2*25—1*10*4.0*4.0*0.5=496.0KN

1.单桩竖向承载力设计值

Rd=Rsk/γs+Rpk/γp=Up∑fsili/γs+fpAp/γp

Rsk=Up∑fsili

=1.2*（1.4*15+3.0*15+3.6*40+5.4*25+2.5*40+5.9*55+1.6*80）

=1077kN

Rpk=fpAp=2000*0.3*0.3=180kN

ρp=Rpk/（Rpk+Rsk）=180/（1077+180）=0.1432

查表得：

γs=1.7432γp=1.076

Rd=Rsk/γs+Rpk/γp=1077/1.7432+180/1.076=785.1kN

2.单桩抗拔承载力

R’d=Up∑λifsili/γs+Gp

Gp=1.0*25.0*0.3*0.3*24.0-1.2*10.0*0.3*0.3*24.0

=28.08kN-m

R’d=0.6*1077.0/1.6+28.08=431.96kN

3.倾翻稳定性验算

（1）.核算工作状态

Nd=γ0（Fdv+Gd）/n=0.9*（717.47*1.35+496.0）/4

=329.53KN

Ndi=γ0（Fdv+Gd）/n±γ0（Md+Fhd*h）xi/∑xi2

=329.53±0.9*（1493.89*1.35+51.14*1.35*1.2）/（4*1.70）

=329.53±277.89

由上可见，桩全部受压。

Ndmax=607.42kN≤1.2Rd=1046.76kN满足要求。

（2）.核算非工作状态

Nd=γ0（Fdv+Gd）/n=0.9*（496.43*1.35+496.0）/4

=262.39KN

Ndi=γ0（Fdv+Gd）/n±γ0（Md+Fhd*h）xi/∑xi2

=262.39±0.9*（2100.52*1.35+98.63*1.35*1.2）/（4*1.70）

=262.39±396.46

受压桩Ndmax=658.85KN≤1.2Rd=1046.76KN满足要求。

抗拔桩Nl=107.07KN≤R’d=431.96KN满足要求。

4.桩承台的受弯、受剪、受冲切强度计算

砼采用C30ft=1.43N/mm2钢筋采用Ⅱ级钢fy=300N/mm2

（1）.受弯计算

计算截面取塔身钢构柱边的截面：

My=∑Ndixi=2×658.85×0.85=1120.04KN-m

AsⅠ=MⅠ/（0.9fyh0Ⅰ）

=1120.04×106/[0.9（1200—60）×300]=3638.86mm2

ρjmin=45ft/fy=0.2145>0.2

Asmmin=0.2145％×4000×1200=10296mm2>3638.86mm2

故按构造配筋。

φ25@200双层、双向配置。

As=21×490.9=10308.9mm2＞10296mm2

（2）.受冲切计算

βhp=1.0-0.1×（1.2-0.8）/（2.0-0.8）=0.967

A.塔身钢构柱对承台的冲切

λo=ao/h0=0.7/1.140=0.6140.2≤λo≤1；

βo=0.84/（λo+0.2）=1.0319

4βo（bc+ao）βhpfth0

=4*1.0319*（1700+700）*0.967*1.43*1140

=15616.2KN

Fl=Fdv=0.9×717.47×1.35=871.73KN（扣除承台及其上土重，作用在冲切破坏锥体上的荷载设计值，锥体与承台底的夹角不小于45o）

满足要求。

B.角桩对承台的冲切

λ1=a1/h0=0.7/1.140=0.6140.2≤λ1≤1；

β1=0.56/（λ1+0.2）=0.688

β1（2c+a1）βhpfth0=0.688*（2*450+700）*0.967*1.43*1140

=1735.3KN≥Ndmax=658.85KN

满足要求。

（3）.受剪计算

λ=a/h0=0.7/1.140=0.6140.3≤λ≤3；

β=1.75/（λ+1.0）=1.084βhs=（800/h0）1/4=0.915

βhsβftb0h0=0.915*1.084*1.43*4000*1140

=6467.7KN>2*658.85=1317.7KN

满足要求。