20#23#楼塔吊基础方案.docx

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20#23#楼塔吊基础方案

20#—23#楼塔吊基础方案

刑台市麒麟湾一期高层住宅工程；工程建设地点：

太行路与团结西大街交叉路口；属于剪力墙结构；地上26层；地下2层；建筑高度：

86m；标准层层高：

3m；总建筑面积：

125899.76平方米；总工期：

560天。

本工程由刑台中鼎麒麟房地产开发有限公司投资建设，北京新纪元建筑工程设计有限公司设计，地矿邢台地质工程勘察院地质勘察，监理，中天建设集团有限公司组织施工；由顾金荣任项目经理，葛科担任技术负责人。

本计算书主要依据施工图纸及以下规范、参考文献编制：

《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）、《塔式起重机设计规范》（GB/T13752-1992）、《建筑安全检查标准》（JGJ59-99）、本工程用《塔吊使用说明书》、地质勘探报告和施工现场总平面布置图等编制。

地质条件

依据本工程地质资料报告提供的条件如下：

本区属暖温带大陆性季风气候区

春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷，四季分明。

年平均气温13.5℃，极端最高气温41.8℃,最低气温-15.7℃，无霜期175天。

1956～2003年平均降雨量526.3mm，最大1269mm（1963年），最小263.2mm（1972年），年内7、8、9月份降水约占全年的70%，日最大降水量304.3mm。

多年平均蒸发量1952.5mm，潮湿系数0.26，最大冻土深度45cm。

地基土的构成特征

拟建场地上部为全新统粘性土及砂土，下部为第四系上中下更新统冲洪积物及冰水沉积物。

依据钻探鉴别、土工试验、原位测试成果，将揭露深度内地层由自然地面自上而下划分为8个工程地质层：

①杂填土、②粉质粘土、③粉质粘土、④粉质粘土、④-1中砂、⑤粉质粘土、⑥含碎石粉质粘土、⑦粉质粘土。

各层土的工程地质特性分述如下：

①杂填土（Q42ml）：

褐灰色，灰褐色，灰黄色，结构松散，成分复杂，主要成分以粘性土为主，含大量砖块、灰渣及砂质。

该层在场地内分布不稳定，局部缺失。

层厚0.5～2.5m。

②粉质粘土（Q42（al+pl））：

黄褐色，褐黄色，硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，局部地段夹粉土薄层，粉土呈黄褐色，稍湿，中密，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.3m左右。

上部含有气孔及根系，局部地段见少量兰色砖块，该层为新近沉积土。

层厚1.5～4.5m，层底埋深3.0～4.5m。

③粉质粘土（Q4（al+pl））：

褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，偶见贝壳，含少量姜石，姜石直径一般1～3cm，最大可达6cm。

局部地段夹薄层粉土，粉土呈褐黄色，稍湿，中密，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.2～0.4m。

局部地段夹中砂透镜体，中砂呈灰黄色，稍湿，中密，分选性较好。

层厚2.1～8.5m，层底埋深5.6～9.5m。

④粉质粘土（Q4（al+pl））：

棕黄色、褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，含铁锰质斑点及白色钙丝，见姜石，姜石呈不规则状，直径一般1～3cm，局部地段夹粉土薄层，粉土呈黄褐色，稍湿，中密～密实，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.4m左右。

层厚4.8～7.2m，层底埋深15.0～16.2m。

④-1中砂（Q4（al+pl））：

灰黄色，棕黄色，含少量卵砾石，稍湿，中密，分选性中，级配一般，成分主要以石英、长石及少量暗色矿物和云母为主。

该层局部为细砂和粗砂，局部卵砾石含量较高，卵砾石成分以石英砂岩为主，粒径一般3cm左右，最大可达15cm。

场地南部ZK68孔附近，10.5m以下含砾量达20%左右，11.5m以下为含砾粗砂。

该层主要分布于场地南部，北部缺失该层。

层厚0.5～3.2m，层底埋深8.1～13.6m。

⑤粉质粘土（Q3（al+pl））：

棕黄色，褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，含少量小姜石，局部姜石富集，粒径一般5～25mm；下部砂质含量较高，局部砂粒富集，相变为中粗砂层或透镜体。

层厚4.0～7.7m，层底埋深19.9～22.7m。

⑥含碎石粉质粘土（Q2（al+pl））：

粉质粘土为棕褐色、褐黄色，硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，含少量碎石，碎石以紫红色、灰白色为主，级配一般，颗粒棱角状和次园状，直径一般2～10cm，偶见大于20cm，成分以石英岩、石英砂岩为主。

碎石在水平和垂直方向上分布不均匀，局部相变为卵砾石薄层或透镜体。

该层上部含大量中粗砂粒，含少量卵砾石，局部砂粒富集，相变为含砾中粗砂层。

层厚3.4～8.1m，层底埋深24.0～28.9m。

⑦粉质粘土（Q1gl）：

褐黄色，棕褐色，灰绿色，坚硬，局部夹粘土，一般厚度在0.2～0.4m。

粘土呈棕黄色、灰绿色、灰白色，硬塑～坚硬，韧性高，干强度高。

含少量砂质，砂质已风化，含少量粘粒成分，局部地段相变为粘土或风化砂。

该层未揭穿，最大揭露厚度24.5m。

地基承载力和压缩模量

根据现场鉴别、土工试验结果、标准贯入试验和圆锥动力触探试验成果，结合邻近场地勘察资料，建议地基承载力特征值fak和压缩模量ES平均值采用以下数值：

层号

岩性名称

承载力

特征值

fak（kPa）

压缩模量平均值Es（MPa）

Es1-2

Es2-4

Es4-6

Es6-8

Es8-10

②

粉质粘土

130

6.0

6.9

8.5

10.0

11.2

③

粉质粘土

150

7.6

9.2

12.4

15.8

19.3

④

粉质粘土

160

6.9

9.1

12.4

15.8

19.3

④-1

中砂

170

20.0

22.0

24.0

26.0

28.0

⑤

粉质粘土

170

6.0

9.0

13.5

17.9

20.2

⑥

含碎石粉质粘土

230

28.0

30.0

32.0

34.0

36.0

⑦

粉质粘土

280

8.9

10.7

13.4

16.1

20.1

8.2地基土的稳定性、适宜性评价

拟建场地在区域上位于四级构造单元武安凹断束的东北边缘，其东与南和断凸相邻。

本区构造较发育，并以断裂为主，按其展布方向主要有北北东向、北东向和北西向及近南北向断裂，场地附近无活动断层和发震断层。

拟建场地地质环境较简单，未发现不良地质作用，区域构造稳定，判定场地和地基稳定，适宜本工程兴建。

8.3天然地基评价

8.3.1天然地基评价

（1）地基承载力

根据设计意图，C-14#预估基础埋深为6.0m左右，C-15#～C-17#预估基础埋深为4.5m左右，持力层均为③层粉质粘土。

深宽修正后地基承载力特征值，依据《建筑地基基础设计规范》GB50007第5.2.4条，

公式fa=fak+ηbγ（b-3）+ηdγ（d-0.5）

按抗剪强度指标计算承载力特征值，首先根据基底下的地层组合条件并结合地区经验综合确定：

粘聚力c=19.8kPa，内摩擦角φ=22.5°。

依据《建筑地基基础设计规范》GB50007第5.2.5条，

公式fa=Mbγb+Mdγd+MCCk

按上述方法计算分析及评价，结论详见下表：

名称

估算基底

压力

kPa

深宽修正后

承载力特征值

kPa

按抗剪强度指标

计算承载力特征值

kPa

地基承载力

综合取值

kPa

天然地基是否满足强度要求

C-14#

520

324.87

576.9

324.87

否

C-15#

180

281.67

481.2

281.67

是

C-16#

180

281.67

481.2

281.67

是

C-17#

180

281.67

481.2

281.67

是

基本参数

1、塔吊基本参数

塔吊型号：

TC5610；塔吊自重Gt：

318kN；

标准节长度b：

2.5m；最大起重荷载Q：

60kN；

塔身宽度B：

1.65m；主弦杆材料：

角钢/方钢；

塔吊起升高度H：

110m；主弦杆宽度c：

250mm；

非工作状态时：

额定起重力矩Me：

630kN·m；基础所受的水平力P：

26kN；

工作状态时：

额定起重力矩Me：

630kN·m；基础所受的水平力P：

50kN；

2、风荷载基本参数

所处城市：

河北邢台市风荷载高度变化系数μz：

2.38；

地面粗糙度类别：

B类田野乡村；

非工作状态时，基本风压ω0：

0.3kN·m；

工作状态时，基本风压ω0：

0.3kN·m；

3、基础基本参数

交叉梁截面高度h1：

1.2m；交叉梁宽t：

0.8m；

基础底面宽度Bc：

5.5m；基础底板厚度h2：

1.1m；

基础上部中心部分正方形边长a1：

3m；混凝土强度等级：

C35；

承台混凝土保护层厚度：

50mm；基础埋置深度d：

1.2m；

十字交叉梁上部钢筋直径：

25mm；十字交叉梁上部钢筋型号：

HRB335；

十字交叉梁底部钢筋直径：

25mm；十字交叉梁底部钢筋型号：

HRB335；

十字交叉梁箍筋直径：

10mm；十字交叉梁箍筋型号：

HPB235；

十字交叉梁箍筋肢数：

6；

基础底板钢筋直径：

20mm；基础底板钢筋型号：

HRB335；

4、地基基本参数

地基承载力设计值fa：

150kN/m2；

非工作状态下荷载计算

一、塔吊对交叉梁中心作用力的计算

1、塔吊竖向力计算

塔吊自重：

G=318.000kN；

塔吊最大起重荷载：

Q=60.000kN；

作用于塔吊的竖向力：

F=1.2×G+1.2×Q=1.2×318.000+1.2×60.000=453.600kN；

2、塔吊弯矩计算

总的最大弯矩值Mmax=1.4×1199.20=1678.88kN·m；

二、塔吊抗倾覆稳定验算

基础抗倾覆稳定性按下式计算：

e=M/（F+G）≤20.5Bc/3

式中e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离；

M──作用在基础上的弯矩；

F──作用在基础上的垂直载荷；

G──混凝土基础重力，G=25×1.2×34.741=1042.23kN；

Bc──为基础的底面宽度；

计算得：

e=1678.880/（453.600+1042.230）=1.122m<20.5×5.500/3=2.593m；

基础抗倾覆稳定性满足要求！

三、地基承载力验算

e=M/（F+G）=1678.88/（453.6+1042.23）=1.122≥Bc/6=5.5/6=0.917

地面压应力计算：

Pmax=[a（F+G）]/（20.5Bc3/18-Bc2a+3×20.5Bca2-3a3）

式中F──作用在基础上的垂直载荷；

G──混凝土基础重力；

a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离（m），按下式计算：

a=Bc/20.5-Mmax/（F+G）=5.500/20.5-1678.880/（453.600+1042.230）=2.770m；

不考虑附着基础设计值：

Pmax=[2.77（453.6+1042.23）]/（20.5×5.53/18-5.52×2.77+3×20.5×5.5×2.772-3×2.773）=92.984kPa；

地基承载力设计值为:

fa=150.00kPa；

地基承载力特征值fa大于有附着时压力设计值Pmax=92.984kPa，满足要求！

四、基础受冲切承载力验算

依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条。

验算公式如下:

F1≤0.7βhpftamho

式中βhp--受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按照线性内插法取用；取βhp=0.97；

ft--混凝土轴心抗拉强度设计值，取ft=1.57N/mm2；

ho--基础冲切破坏锥体的有效高度，取ho=1.05m；

am--冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am=[21/2×（Bc-a1）-t]/2=[21/2（5.5-3）-0.8]/2=1.368m；

Fl--相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值，Fl=Pmaxam2=92.98×1.372=173.95kN；

允许冲切力：

0.7×0.97×1.57×1367.77×1050.00=1525723.520N=1525.724kN≥Fl=173.95kN；

实际冲切力小于允许冲切力设计值，满足要求！

五、交叉梁截面主筋的计算

1、梁弯矩计算

MI＝Pmax（mS3/3-S4/6）/m

式中Pmax--基础设计值，取Pmax＝92.984kPa；

m--基础梁底部应力最大处与应力为0处的距离，m＝7.778m；

s--基础边缘至最近塔吊脚的距离，s=2.722m；

经计算得：

MI=92.984×（7.778×2.7223/3-2.7224/6）/7.778=515.915kN·m；

2、截面配筋计算

As=M/（γsh0fy）

αs=M/（α1fcbh02）

ζ=1-（1-2αs）1/2

γs=1-ζ/2

式中，αl──系数，当混凝土强度等级不超过C50时，αl取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，αl取为0.94，其间按线性内插法确定；取α1=1.00；

fc──混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.70N/mm2；

ho──有效计算高度；

fy──钢筋受拉强度设计值；

（1）、梁上部配筋计算

单筋距形截面所能承受的最大弯矩：

M=αlfctho2ζb（1-0.5ζb）=6781.88kN·m>MI=515.915kN·m

梁上部只需构造配筋。

由于最小配筋率为0.2%，所以最小配筋面积为:

1200×800×0.2%=1920mm2

建议配筋值：

HRB335钢筋，425，实际配筋值1963.495mm2。

（2）、梁底配筋计算：

αs=515.915×106/（1.00×16.70×800.00×1150.002）=0.029；

ξ=1-（1-2×0.029）0.5=0.030；

γs=1-0.030/2=0.985；

As=515.915×106/（0.985×1150.00×300）=1517.900mm2。

由于最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:

1200×800×0.15%=1440mm2。

故取As=1517.90mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，425。

实际配筋值1963.495mm2。

（3）、梁箍筋计算：

Fl=173.95kN,选择Φ10，6肢箍，Asv1=78.54mm2；

s≤（1.25nfyvh0Asv1）/（V-0.7Ftbh0）

ρsv=nAsv1/bs

ρsvmin=0.24ft/fyv

s=320mm

最小配箍率:

ρsv=nAsv1/bs=6×78.540/（800.00×320.00）=0.0018>ρsvmin=0.24ft/fyv=0.24×1.57/210=0.0018

建议配筋值：

HPB235钢筋，10@320

（4）、梁腰筋计算：

十字交叉梁高度h1=1200mm>450mm，所以需要配置腰筋。

As≥t×ho×0.1%=800×1150×0.1%=920mm

故取As=920mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，614。

实际配筋值923.628mm2。

（5）、板底配筋计算：

最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:

5500×1100×0.15%=9075mm2。

故取As=9075.00mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，20@190mm。

承台底面单向根数28根。

实际配筋值8796.459mm2。

工作状态下荷载计算

一、塔吊对交叉梁中心作用力的计算

1、塔吊竖向力计算

塔吊自重：

G=318.000kN；

塔吊最大起重荷载：

Q=60.000kN；

作用于塔吊的竖向力：

F=1.2×G+1.2×Q=1.2×318.000+1.2×60.000=453.600kN；

2、塔吊弯矩计算

总的最大弯矩值Mmax=1.4×1350.00=1890.00kN·m

二、塔吊抗倾覆稳定验算

基础抗倾覆稳定性按下式计算：

e=M/（F+G）≤20.5Bc/3

式中e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离；

M──作用在基础上的弯矩；

F──作用在基础上的垂直载荷；

G──混凝土基础重力，G=25×1.2×34.741=1042.23kN；

Bc──为基础的底面宽度；

计算得：

e=1890.000/（453.600+1042.230）=1.264m<20.5×5.500/3=2.593m；

基础抗倾覆稳定性满足要求！

三、地基承载力验算

e=M/（F+G）=1890/（453.6+1042.23）=1.264≥Bc/6=5.5/6=0.917

地面压应力计算：

Pmax=[a（F+G）]/（20.5Bc3/18-Bc2a+3×20.5Bca2-3a3）

式中F──作用在基础上的垂直载荷；

G──混凝土基础重力；

a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离（m），按下式计算：

a=Bc/20.5-Mmax/（F+G）=5.500/20.5-1890.000/（453.600+1042.230）=2.630m；

不考虑附着基础设计值：

Pmax=[2.63（453.6+1042.23）]/（20.5×5.53/18-5.52×2.63+3×20.5×5.5×2.632-3×2.633）=97.516kPa；

地基承载力设计值为:

fa=150.00kPa；

地基承载力特征值fa大于有附着时压力设计值Pmax=97.516kPa，满足要求！

四、基础受冲切承载力验算

依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条。

验算公式如下:

F1≤0.7βhpftamho

式中βhp--受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按照线性内插法取用；取βhp=0.97；

ft--混凝土轴心抗拉强度设计值，取ft=1.57N/mm2；

ho--基础冲切破坏锥体的有效高度，取ho=1.05m；

am--冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am=[21/2×（Bc-a1）-t]/2=[21/2（5.5-3）-0.8]/2=1.368m；

Fl--相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值，Fl=Pmaxam2=97.52×1.372=182.43kN；

允许冲切力：

0.7×0.97×1.57×1367.77×1050.00=1525723.520N=1525.724kN≥Fl=182.43kN；

实际冲切力小于允许冲切力设计值，满足要求！

五、交叉梁截面主筋的计算

1、梁弯矩计算

MI＝Pmax（mS3/3-S4/6）/m

式中Pmax--基础设计值，取Pmax＝97.516kPa；

m--基础梁底部应力最大处与应力为0处的距离，m＝7.778m；

s--基础边缘至最近塔吊脚的距离，s=2.722m；

经计算得：

MI=97.516×（7.778×2.7223/3-2.7224/6）/7.778=541.06kN·m；

2、截面配筋计算

As=M/（γsh0fy）

αs=M/（α1fcbh02）

ζ=1-（1-2αs）1/2

γs=1-ζ/2

式中，αl──系数，当混凝土强度等级不超过C50时，αl取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，αl取为0.94，其间按线性内插法确定；取α1=1.00；

fc──混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.70N/mm2；

ho──有效计算高度；

fy──钢筋受拉强度设计值；

（1）、梁上部配筋计算

单筋距形截面所能承受的最大弯矩：

M=αlfctho2ζb（1-0.5ζb）=6781.88kN·m>MI=541.06kN·m

梁上部只需构造配筋。

由于最小配筋率为0.2%，所以最小配筋面积为:

1200×800×0.2%=1920mm2

建议配筋值：

HRB335钢筋，425，实际配筋值1963.495mm2。

（2）、梁底配筋计算：

αs=541.060×106/（1.00×16.70×800.00×1150.002）=0.031；

ξ=1-（1-2×0.031）0.5=0.031；

γs=1-0.031/2=0.984；

As=541.060×106/（0.984×1150.00×300）=1593.068mm2。

由于最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:

1200×800×0.15%=1440mm2。

故取As=1593.07mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，425。

实际配筋值1963.495mm2。

（3）、梁箍筋计算：

Fl=182.43kN,选择Φ10，6肢箍，Asv1=78.54mm2；

s≤（1.25nfyvh0Asv1）/（V-0.7Ftbh0）

ρsv=nAsv1/bs

ρsvmin=0.24ft/fyv

s=320mm

最小配箍率:

ρsv=nAsv1/bs=6×78.540/（800.00×320.00）=0.0018>ρsvmin=0.24ft/fyv=0.24×1.57/210=0.0018

建议配筋值：

HPB235钢筋，10@320

（4）、梁腰筋计算：

十字交叉梁高度h1=1200mm>450mm，所以需要配置腰筋。

As≥t×ho×0.1%=800×1150×0.1%=920mm

故取As=920mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，614。

实际配筋值923.628mm2。

（5）、板底配筋计算：

最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:

5500×1100×0.15%=9075mm2。

故取As=9075.00mm2。

建议配筋值：

HRB335钢筋，20@190mm。

承台底面单向根数28根。

实际配筋值8796.459mm2。

基础配筋如下图所示：