塔吊基础设计计算方案

1. 塔吊基础设计计算方案

一、 设计依据

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

《建筑桩基础技术规范》JGJ84—94

《混凝土结构设计规范》GB50040—2002 《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002 《建筑地基基础设计规范》DB33/1001—2003 《建筑机械使用安全规程》JGJ33—2001 《建筑结构荷载规范》GB50009—2002 本工程《岩石工程勘察报告》 施工图纸

简明施工计算手册 塔吊使用说明书

二、 塔吊选型

本工程为框剪结构，地下一层，总建筑面积246389m2、本标段72500m2。地上18~32层，地下室Ⅱ区地面结构标高为-5.6m,地下室Ⅱ区顶板结构标高为-1.20m,板厚500mm,5#--6#楼建筑物高度最大为98.6m, 5#--6#楼构架顶标高105.3m,7#--9#楼建筑物高度最大为55.3m, 7#--9#楼构架顶标高62m。根据本工程特点、布局，拟选用4台浙江凯达电梯制造有限公司制造的QTZ63型液压自升塔式起重机（简称塔吊），其相关技术参数适用于本工程垂直运输需要。

三、 塔吊位置的确定

为最大限度的满足施工需要，拟将塔吊位置作如下确定：

塔吊基础：5#塔吊设置在5#楼E—F轴/24—25轴，7#塔吊设置在7#楼E—F轴/8—6轴，8#塔吊设置在8#楼Q轴/8—9轴，9#塔吊设置在9#楼B1轴/13轴，具体详见塔吊平面布置图。

四、 塔吊基础的确定

1. 地质参数以本工程《岩石工程勘察报告》中有关资料为计算依据（以Z50孔为依据），

其主要设计参数（见土层设计计算参数表）。

2. 塔吊基础受力情况（说明书提供）

3. 所定的塔吊位根据建筑结构条件、地质条件以及塔吊各项技术参数确定：塔吊基础桩采

用机械钻孔混凝土灌注桩，桩径800，桩长38M（有效桩长），桩身混凝土C25，钢筋笼全长配筋16A20，A8@100/200（螺旋箍），附加箍筋A14@2000，桩顶3000内A8@100，钢筋伸入承台800，桩数4根。桩顶标高为-7.10(-7.25)m,桩位布置及基础承台平面尺寸详见附图。

4. 采用钢筋混凝土承台，尺寸为4000×4000×1000mm，内配钢筋双层双向A20@200，

承台混凝土强度C30，承台顶标高-6.15(6.30)m,基础下100厚C15混凝土垫层。在塔吊承台位置地下室底板预留洞4000×4000，四周设一道止水板，与基础连接处用100厚泡沫板相隔并做防水处理。塔吊基础处后浇带处理方法同地下室后浇带。塔身穿楼板处，楼板预留洞四周比塔身外围大500mm(2600×2600),该处梁板后浇带处理方法同地下室顶板后浇带。

五、 塔吊基础施工

塔吊基础混凝土机械钻孔桩，将由在现场施工工程桩的施工队伍施工，并按其专项施工方案进行操作。

考虑到今后塔吊安装方便，施工中有关预埋件需同步进行埋设，并要确保其位置准确性。 塔吊基坑土方开挖时间随同本工程地下室，并预先施工。

由于塔吊基础在地下室顶板以下，故在塔吊基础施工前，要对基础处挖基坑，基坑支护围护做法如下：

鉴于现场自然地坪标高为-1.6900M,塔吊基坑底标高为-6.55M，实际挖深-4.95M,属深基坑挖设。场地土质查地质勘察报告为淤泥质土层，难以支护，经比较，选定上层2M大放坡开挖，下层3.4M用钢板桩支护，此支护方法为温州市淤泥质土比较成熟方法。钢板桩材料选用国标16#槽钢，长度9M，从-4.00M平台处打入土中，外露20cm，四边角加料撑部分用单排槽钢并排打入，中间3M用正反扣连接方式打入，钢板桩内侧加两道水平梁支撑，水平梁用双槽钢扣成方管焊接而成，接头处450拼角，四角斜撑与水平梁接触处除焊接外，另加焊槽钢，以防水平梁受力时斜撑焊缝破坏，造成梁突然破坏，水平梁布置两道，第一道距钢板桩上口500处布置，第二道距第一道1500布置，保证钢板受力均匀，不发生变形。

开挖时注意事项：

1. 2. 3. 4.

对作业人员做好安全、技术交底、每个人员分工明确。

基坑开挖时由施工人员指挥人、机作业、安全员现场协调安全工作。

划定作业范围、存土、转土地点、挖机行走路线，作业半径内严禁人员行走。

在土方边坡顶，钢板桩顶设置沉降观测点，开挖中与开挖后定时观测，发现异常，立即采取措施。

5. 基坑设置专用扶梯，以供人员上下，工人在基坑内作业时，设专人在上面指挥，以免上

面物体落入坑内，同时一且发现支护异常，立即通知人员撤出。

6. 基坑周边设立警戒线，围护设置，防止与基坑施工无关人员误伤，同时保护基坑内作业

人员安全。 7. 制定应急措施：

1挖掘机随时待命，一旦沉降异常难以控制，即用挖机将支护周围土方挖低御载。 ○

2准备工字钢、松木（6M）○、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。

2. 第一部分：QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书

一．参数信息

塔吊型号: QTZ63C（5709）主要部件重量如下表：

自重(包括压重)F1=50438×9.80665÷1000=496.63kN,最大起重荷载 F2=6×9.80665=58.84kN

塔吊倾覆力距M=1552.00kN.m,塔吊起重高度H=58.8m,塔身宽度B=1.60m

混凝土强度:C30,钢筋级别:Ⅱ级,承台长度Lc或宽度Bc=4.00m 桩直径d=0.80m,桩间距a=2.40m,承台厚度Hc=1.00m 基础埋深D=1.00m,承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:50mm

二．塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算

1. 塔吊自重(包括压重)F1=496.63kN

2. 塔吊最大起重荷载F2=58.84kN

作用于桩基承台顶面的竖向力 F=(F1+F2)×1.2=665.56Kn 塔吊的倾覆力矩 M=1.4×1552=2172.80kN.m

三. 矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算

计算简图：

塔吊基础平面

塔吊基础受力示意图

图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。

(一) 单桩允许承载力特征值计算

1. 单桩竖向承载力特征值计算 1) 按地基土物理力学指标与承载力参数计算

A2

2

P=πr=0.5024m

Ra=qpaAp+up∑qsiali(DB33/1001—2003)(9.2.3-1) qpaAP=0

up∑qsiali=3.14×0.8×﹙25×1×1＋30×8×1＋35×29×1﹚=3215.36KN Ra=3215.36KN 2) 桩身截面强度计算

0.7×11.9×5.03×105

=4189.99KN 其中,——工作条件系数，取0.7

f2

c ——混凝土轴心抗压强度设计值，fc =11.90N/mm; Ap ——桩的截面面积，A=5.03×105

mm2

。 2. 单桩抗拔力特征值计算

R’

a=up∑6iqsiali+GPK (DB33/1001—2003)(9.2.7—1)

=3215.36+429.552=3644.91KN

0.9G2

pk=0.9×π×0.4×38×25=429.552KN

(二) 单桩桩顶作用力的计算和承载力验算

1. 轴心竖向力作用下：

Qk=(FK+GK)/n （DB33/1001—2003）(9.2.1-1)

=(666.56+480)/4=286.64KN＜3125.36KN 满足要求。

即

2. 偏心竖向力作用下：

按照Mx=Mk=2172.8+73.9×1.0=2246.7KN·m

（DB33/1001—2003）（9.2.1-2）

= (666.56+750)/4±2246.7×1.2×/ 1.2²×4 =286.64±468.06 =754.7kn

3. 水平作用下： Hik=73.9/4=18.48KN 其中 n——单桩个数，n=4；

F——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=666.56kN； G——桩基承台的自重

G=1.2×(25×Bc×Bc×Hc+20×Bc×Bc×D)

=1.2×(25×4.00×4.00×1.00+20×4.00×4.00×0.00) =480.00k N；

Mx,My——承台底面的弯矩设计值(kN.m)；取2172.80KN.m; xi,yi——单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.70m; Ni——单桩桩顶竖向力设计值(kN)。

(三) 矩形承台弯矩的计算

Fh=73.90KN

(依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条) Mx1=ΕNi1Xi1 My1=ΕNi1yi1

其中 Mx1,My1——计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)； xi,yi——单桩相对承台中心轴的XY方向距离

取a/2—B/2=0.90(m)；

Ni1——扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n=486.17KN/m; 经过计算得到弯矩设计值：

Mx1=My1=2×634.7×0.90=507.76KN.m。

2

四、矩形承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2102)第7.2条受弯构件承载力计算。

As= M/α1·fy·h0﹙1－0.5δ﹚

式中，α1 ——系数，当混凝土强度不超过C50时，α1 取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，α1 取为0.94,期间按线性内插法得1.00； fc——混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm; h0——承台的计算高度Hc-50.00=950.00mm; fy——钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm; 经过计算得：

507.76×10/(1.00×16.70×4000.00×1000.00)=0.01 1-(1-2×0.013)=0.01 =1-0.013/2=0.994;

=Asy=507.76×10/(0.994×950.00×300.00)=1791mm。

基础承台配筋为A18@200双向双层（As=2545mm）>1749mm,满足要求。

2

6

2

0.5

6

2

2

2

五、矩形承台截面抗剪切计算

依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。

根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性， 记为V=673.67kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：

其中 γ0——建筑桩基重要性系数，取1.0；

b0——承台计算截面处的计算宽度，b0=4000mm； h0——承台计算截面处的计算高度，h0=1000mm；

β——剪切系数

当0.3≤<1.4时，β=0.12(+0.3);

当1.4≤3.0时，β=0.12(+1.5),得β=0.072;

fc——混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm；

fy——钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；

S——箍筋的间距，S=200mm。

则，1.00×754.7=7.547×10N≤0.072×14.3×4000×950=3.91×10N;

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!

5

6

2

六、抗倾覆验算

倾覆点

根据上图所示，可得：

倾覆力矩M倾=M+Fh×H=2172.80+73.9×1=2246.7KN.m 抗倾覆力矩M抗=（Fk+Gk）×0.5α+2Rta×bi

=(666.56+480)×(0.5×4)+2×3215.36×3.2=22861.4KN.m 故由上述计算结果，得

M抗/M倾=22871.4/2246.7=10.18>1.6 (抗倾覆满足要求)

七、桩配筋计算

根据DB33/1001—2003中的9.1.10的要求，本方案设计中的桩不属于抗拔桩及承受水平力为主的桩，所以桩身配筋按最小配筋率计算。 灌注桩桩身按最小配筋率0.65%计算。

As=ρA=0.65%×π×400=3265.5mm

22

所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为16A20， A’si=254.5×16=4072mm>Asi

2

第二部分：塔吊附着计算

塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定，需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接的两支座间距改变时，需要进行附着的计算。主要包括附着杆计算、附着支座计算和锚固环计算。

一、支座力计算

塔机按照说明书与建筑物附着时，最上面一道附着装置的负荷最大，因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。附着式塔机的塔身可以简化为一个带悬臂的刚性支撑连续梁，其内力及支座反力计算如下： 风荷载标准值应按照以下公式计算：

2

WK=W0×uz×us×βz=0.600×1.170×1.350×0.700=0.633KN/M;

2

其中W0——基本风压（KN/m）,按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：

2

W0=0.600KN/m;

uz——风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：uz=1.350; us——风荷载体型系数：us=1.170;

βz——高度Z处的风振系数，βz=0.700; 风荷载的水平作用力：

Q=WK×B×KS=0.663×1.600×0.200=0.212KN/m;

2

其中WK——风荷载水平压力，WK=0.663KN/m; B——塔吊作用宽度，B=1.600m; KS———迎风面积折减系数，Ks=0.200; 实际取风荷载的水平作用力 q=0.212KN/m; 塔吊的最大倾覆力矩：

M=882.00KN/m;

弯矩图

变形图

剪力图

计算结果：NW=77.7189KN

二、附着杆内力计算

计算简图：

计算单元的平衡方程： ΣFX=0

T1COSα1+T2COSα2-TCOSα3=-NWCOSθ ΣFY=0

T1sin1+T2sinα2+T3sinα3=-NWsinθ ΣM0=0

T1[(b1+c/2)cosα1-(α1+c/2)sinα1]+T2[(b1+c/2)cosα2-(α1+c/2)sin2] +T3[-(b1+c/2)cosα3+(α2-α1-c/2)sinα3]=MW 其中：

α1=αrctg[b1/α1] α2=αrctg[b1/(α1+c)]

α3=αrctg[b1/(α2-α1-c)]

第一种工况的计算

塔机满载工作，风向垂直于起重重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合风荷载扭矩。

将上面的方程组求解，其中θ从0—360循环，分别取正负两种情况，求得各附着最大的。 塔机满载工作，风向垂直于起重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合。 杆1的最大轴向压力为：88.29KN; 杆2的最大轴向压力为：1.47KN; 杆3的最大轴向压力为：75.87KN;

杆1的最大轴向拉力为：43.37KN; 杆2的最大轴向拉力为：43.62KN; 杆3的最大轴向拉力为：85.08KN;

第二种工况的计算：

塔机非工作状态，风向顺着着起重臂，不考虑扭矩的影响。

将上面的方程组求解，其中θ=45，135，225，315，MW=0，分别求得各附着最大的轴压和轴拉力。

杆1的最大轴向压力为：65.83KN; 杆2的最大轴向压力为：15.94KN; 杆3的最大轴向压力为：79.34KN; 杆1的最大轴向拉力为：65.83KN; 杆2的最大轴向拉力为：15.94KN; 杆3的最大轴向拉力为：79.34KN;

三、 附着杆强度验算

1. 杆件轴心受拉强度难验算 验算公式：σ=N/An≤f

其中：σ——为杆件的受拉应力；

N——为杆件的最大轴向拉力，取N=85.084KN;

An——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm； An=π/4×[159-（159-2×6）]=2883.982mm。

经计算，杆件的最大受拉应力σ=85083.744/2883.98=29.502N/mm, 最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm,满足要求。 2. 杆件轴心受压强度验算 验算公式：σ=N/φAn≤f

其中：σ——为杆件的受拉应力；

N——为杆件的最大轴向拉力,杆1：取N=88.29KN; 杆2：取N=15.942KN;

2

2

2

2

2

杆3：取N=79.337KN;

An——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm；

2

2

2

An=π/4×[159-（159-2×6）]=2883.982mm。

I——钢管的惯性矩，I=π/64×[159-（159-2×6）]=8451869.913

1/2

4

4

i ——钢管的回旋半径，i=(8451869.913/2883.982)=54.135 λ——杆件长细比，杆1：取λ=104，杆2：取λ=123，杆3：取λ=104

φ——为杆件的受压稳定系数，是根据λ查表计算得： 杆1：取φ=0.529,杆2：取φ=0.421, 杆3：取φ=0.529; 经计算，杆件的最大受压应力σ=57.874N/mm，

最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm,满足要求。

22

四、 附着支座连接的计算

附着支座与建筑物的连接多采用与预埋件在建筑物构件的螺栓连接。预埋螺栓的规格和施工要求如果说明书没有规定，应该按照下面要求确定： 1.

2. 3. 4.

预埋螺栓必须用Q235钢制作；

附着的建筑物构成件混凝土强度等级不应低于C20； 预埋螺栓的直径大于24mm ；

预埋螺栓的埋入长度和数量满足下面要求： 0.75nπdlf=N

其中 n为预埋螺栓数量；d为预埋螺栓直径；1为预埋螺栓埋入长度；f为预埋螺栓与混凝土粘接强度（C20为1.5N/mm,C30为3.0N/mm）;N为附着杆的轴向力。 5.

预埋螺栓数量，单耳支座不少于4只，双耳支座不少于8只；预埋螺栓埋入长度不少于15d;螺栓埋入端应作弯钩并加横向锚固钢筋。

2

2

五、 附着设计与施工的注意事项

锚固装置附着杆在建筑结构上的固定点要满足以下原则：

1. 附着固定点应设置在丁字墙（承重隔墙和外墙交汇点）和外墙转角处，切不可设置在轻

质隔墙与外墙汇交的节点处；

2. 对于框架结构，附着点宜布置在靠近柱根部；

3. 在无外墙转角或承重隔墙可利用的情况下，可以通过窗洞使附着杆固定在承重内墙上； 4. 附着固定点应布设在靠近楼板处，以利于传力和便于安装。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/076i.html