安全标志台帐112.docx
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安全标志台帐112
塔式起重机基础的设计
保持塔机稳定的作用力是：
塔式起重机的自重和压重。
起着倾翻塔机作用的外力是：
风
荷载、吊载和惯性力。
采用底架固定式的塔式起重机，塔机的稳定由塔机的自重和压重起保证作用。
塔机基础
只要求保证承受塔机总荷载并保证塔机垂直度。
塔机安装后垂直度（自由高度）应小于4‰，
塔机基础上平面水平度应小于等于3mm。
塔机基础对地面压力的要求，一般情况取[PB]=2×
105～3×105Pa。
按照个人经验，小型塔机（100t﹒m以下）塔机基础对地面压力要求160kpa
以上、中型塔机（100t﹒m～200t﹒m）塔机基础对地面压力要求180kpa以上、大型塔机（200t
﹒m以上）塔机基础对地面压力要求250Kpa以上。
图1-1为塔式起重机整机稳定性问题计算简图。
其中图1-1a为工作状况稳定性简图，应
视为有风、动载；图1-1b为非工作状况稳定性简图，应视为风从平衡臂吹向起重臂。
均要
满足ΣM＞0。
按照GB/T13752-92要求，按图1-1c关于固定式混凝土塔机抗倾翻稳定性计算，
按公式
（1）图验算一。
W工作
G
L倾
Q
图1-1a塔机工作稳定性计算简图
W非工作
L倾
G
图1-1b塔机非工作稳定性计算简图
h
b
Fv
Fg
M
Fh
图1-1c固定式塔机稳定性计算简图
3
eMFnhb
FvFg
=+≤
+
i
（1）
地面压力按公式
（2）验算：
2（）[]
3BB
PFvFgP
b
+
=≤
（2）
式中：
e——偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离m；
M——作用在基础上的弯矩，N﹒m；
FV——作用在基础上的垂直载荷，N；
Fn——作用在基础上的水平荷载力，N；
Fg——混凝土基础的重力，N；
PB——地面计算压应力，Pa；
〔PB〕——地面计算许用压应力，由实地勘探和基础处理情况而定，一般情况取〔PB〕＝
2×105～3×105Pa。
一、独立固定式塔式起重机基础的设计:
塔式起重机对基础的要求及基础的受力情况分析。
塔式起重机属于钢铁庞然大物，塔式
起重机在架设后，至未附着前所产生的各种作用力均直接作用在基础上，即由塔机产生的各
种荷载，完全是由基础予以平衡。
以QT80型塔机为例，对其未附着时最大架设高度状态来计算，该塔机的自重约500KN，
倾覆力矩Mmax约为1800KN﹒m，该塔机产生的各种载荷如下表所示。
QT80型塔机固定式基础承受的荷载
固定方式
自升式
吊钩高
度（m）
臂根铰
点高度
（m）
基础承受的荷载
工作状态非工作状态
G
（KN）
W
（KN）
M
（KN﹒m）
MK
（KN﹒m）
G
（KN）
W
（KN）
M
（KN﹒m）
G
W
MK
36.940.545420.31370113394531400
41.945.547924.11640113419611750
从表中可以看出，塔机作用在基础上的载荷主要有重力G，水平力W，倾覆力矩M及扭矩
MK。
其中水平力较小，对庞大的基础质量影响不大，可略去不计。
扭矩也不很大，只在工作
状态产生，一般只在配筋计算时考虑。
因此，在计算塔机固定式基础所受荷载时主要考虑垂
直重力G及倾覆力矩M两项。
二、塔式起重机基础的设计计算
1、基础几何尺寸计算：
G1
Mmax
AG2
b×b
h
图2-5塔机方形基础力学模型示意图
以固定式基础选方形基础为例，按基础抗塔机的倾覆载荷及土壤承载能力计算几何尺寸。
将各种参数简化后，可建立如图2-5所示的力学模型。
图中G1为塔机作用荷载，G2为基础混
凝土的质量，Mmax选第二页表中最大倾覆力矩，则有：
（12）max
2
G+Gb=RM（4）
2
G2=rbh（5）
将（5）代入（4），得
2
（1）max
2
G+rbhb=RM（6）
式中：
R—安全系数取R=2r—混凝土容量
在应用（6）式进行初始计算时，式中有b、h两个未知数，这时应考虑基础底面的
单位压力应小于选用地基土壤的容许承载力，以保证地基在混凝土基础的作用下，不会
发生塌陷、滑坡的破坏，即建立在弹性地基上。
地基主要承受的荷载为G1、G2、Mmax，由
于实际分布原因，应理解为偏心受压基础，但偏心距
6
e≤b，故可忽略。
此时，假设塔机
混凝土基础是刚性，则：
2
3
bR=M，3
2
RM
b
=
而63
42
pRM
b
′==
2
p6M
b
′=
23
p6M16M
bbb
′′=×=
式中：
p′--混凝土基础边缘所作用于土壤上的压力总和；
p′′--混凝土基础边缘所作用于土壤上单位面积压力。
2
121
max23
6
[]
GGGrbhM
PpP
Abb
+′′+=+=+≤（7）
联立公式（6）和（7），即可求出两个未知数b、h。
在确定了混凝土基础的几何尺寸后，即可确定混凝土基础的体积和质量。
2、配筋计算：
G
W
M
b
b
S
h
P
Pi
MK
Pimin
imax
I
I
图2-6基础承受压力示意图
A、底板配筋：
方型塔机基础在承受上述荷载时，会沿塔身四周产生弯曲。
当弯曲应力超过基
础的抗弯强度时，基础底板将发生弯曲破坏。
此时，基础底板为双向弯曲板，将土壤压力
按对角线划分，则基础按边长方向产生的弯矩应等于图2-6中梯形面积上土壤压力所产生
的力矩。
由图2-6可知，基础承受反力的最大弯矩产生在塔身边沿载面Ⅰ—Ⅰ处，应有
2
1max
1
（2）（）
12M=Sb+b′pi+piI（8）
其中：
1M——载面Ⅰ—Ⅰ处弯矩，KN﹒m；
imaxp——基础底面边缘最大压力，2KN
m
；
iIp——基础底面Ⅰ—Ⅰ处压力2KN
m
；
S——载面Ⅰ—Ⅰ至底边缘最大压力处距离m；
b、b′——基础底边长及塔身边长m；
根据地板内力可计算载面所需的钢筋面积。
1
00.9y
AM=hf
式中：
M——配筋载面处的设计弯矩，N﹒mm；
0h——基础钢筋高度，cm；
yf——钢筋的抗拉强度设计值，2N
mm
。
B、抗扭钢筋
前面提到，塔机在工作状态时产生的扭矩Mk对混凝土基础有一定的影响，但其作用荷载
不大。
对QT80型塔机，其值不会大于300KN﹒m。
按《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土
的受扭公式计算，均不需要配置抗扭钢筋，实际上在一般的塔机使用说明书中提供的混凝土
基础图样也未设置过抗扭钢筋。
所以此时由塔机所产生的扭矩Mk，应由混凝土的强度来承受，
其计算公式：
k0.25
C
C
M
W<∫（10）
式中：
CW——载面抗扭塑性抵抗矩，对于塔机基础方型载面，
3
C3
W=b
∫C——混凝土的标准强度。
在实际现场，需借用建筑物结构的设计，如校核抗扭强度不够，可用提高混凝土的标号
来解决。
（建设部有文件规定：
大型建筑机械基础混凝土标号不能低于C35）
C、确定基础高度及垂直钢筋：
混凝土基础板块在塔机重力作用下，应是局部集中荷载，有可能因强度不够而发生冲切
破坏，其破坏形式会从塔身周边起呈斜拉状态，与底板夹角约成45°，如图2-7所示。
一般
塔机基础配置有竖直钢筋，这时基础底板的冲切强度按下式计算：
G≤fyAy（11）
式中：
yf——钢筋屈服强度；
yA——穿过冲切破坏锥体斜载面的全部竖筋截面；
Pi
ba
45°45°
A
b
D
冲切破坏椎体的斜截面
冲切破坏椎体的底面线
bih0
ba/2
B
C
图2-7
从图2-7中可看出，如板块厚度h0越大，所容竖筋也越多。
如果不配置竖直钢筋，其
混凝土板的冲切强度也按下式计算：
00.6itmG≤fbh（12）
iiG=pA（13）
式中：
iG——冲切荷载设计；
tf——混凝土标准强度：
C30级为152N
mm
；
mb——冲切破坏斜荷载面上的上边长bt与下边长bb的平均值，mb=（bt+bb）/2；
0h——基础冲切破坏锥体的有效长度；
ip——在荷载设计值作用下基础底面单位面积上的地基土壤压力，可取最大单位压
力；
A——考虑冲切荷载时取用的多边形面积。
三、实例设计：
现以QT80型塔机为例，试设计其方型混凝土基础，参照前表数据。
A、确定混凝土基础有关尺寸数据
从表中取G1=479KN，Mmax=1750KN﹒m，查地基承载力标准值[P]=180Kpa。
将各数据代入
公式（6）和（7）得：
2
2
23
（4792.4）/221750
4792.41750
180
bhb
bhb
bb
⎧+××=×
⎪⎨
+×××
+=⎪⎩
解之得：
b=4.6m将其调整为5m，
h=1.55mv=38.75m3G2=930KN
此处调整时加大b尺寸，并减少了h的尺寸，是为了减小地基土壤的压力。
当现场为
松软土壤地基时，更应如此。
另外，此处[P]是采用了地基承载力的标准值，现场设计计
算时应以实际测试到的实际土壤承载值。
B.土壤压力计算:
按公式（7）有
2
3
min
6
max
GGM
Ab
ρ
+
=±
将前面计算得数值代入后，解之得
max140aρ=kP
min27.64aρ=−kP
这时计算出minρ为负值，即呈拉力，因为基础与地基之间不会承受拉力，故实际的压力分
布仅为正值的三角形区域。
因为max140aρ=kp<[P]=180aKP所以安全。
C.配筋计算:
观图2-6，查阅相关塔机的资料，有关系式max
51.614095.2
5Ia
pbsKP
b
ρ
−−
=×=×=
2'
max1
1
（2）（）593.
12MI=Sb+bρ+P=KNm
则120.712
0.9SI
oiy
AMcm
nf
==
故选20Φ20@250c/c
一般常规，将混凝土基础上部面筋比底板筋小一级，即可采用Φ18钢筋，而四周混凝土
边竖筋又可小一级，即完成全混凝土块笼钢筋。
D.冲切复核
观图2-7，这时01550,1800215154830bh=mmb=BC=+×=mm
则冲切载荷作用面积，
2
1max
（）（）0.42
22
58
bbAbbbbm
GρAKN
+−
=×=
==
根据（12）式计算基础抗冲切强度
3
0
0.60.61.1101.84.831515
2cmfbh
+
=××××
=3314KN≥58KN
故足够安全。
该基础可不必考虑竖直钢筋。
需说明几点：
1、整体式基础可以与建筑物结构相连，甚至可以做成建筑地下底板、地梁等结构的一部
分，可以节省基础的制作费用。
其受力计算也不拘泥于上述公式，但一定要满足塔机
所产生的各种载荷需达到平衡条件，并容有一定的安全系数。
具体算法，应视实际情
况而定。
2、有些施工现场土壤压力太差，必须打桩。
在桩头上再制作混凝土承+，我们称它为“墩
柱承台基础”。
通常认为桩只能承受正压力，不承受倾翻力矩和扭矩，可通过计算，实
际上也可以承受一部分，因此混凝土承台尺寸可以变小。
该类基础通过墩柱与土壤的
摩擦阻力来增加抗倾覆力矩，对塔机的整机稳定设计除计入墩柱质量外，还可以计入
其与土壤的摩擦阻力。
3、塔机基础绝对不能简单按说明书中给定的基础图去制作，必须按现场的实际情况和土
壤承载能力，去设计具体塔型保证安全又节省的塔机基础。
说明书提供的整体方块式
混凝土基础，我个人认为较保守，基础的尺寸比较大，混凝土用量和配筋用量都很多。
对塔机基础实际计算时，应根据具体的基础结构，据相关资料执行，以上提供的
计算方法，仅供参照执行。
__安全标志台帐11—2
工程名称
1
填表日期
名称
数量/金额
悬挂位置
备注
制表人：
安全员：
升级会员 