塔吊基础设计计算方案

一、       设计依据
1、《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94
2、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
3、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
4、《建筑地基基础设计规范》（DB33/1001-2003）
5、《建筑机械使用安全规程》(JGJ33-2001)
6、《建筑结构荷载规范》(GB50009-2002)
7、本工程《岩土工程勘察报告》
8、施工图纸
9、简明施工计算手册
10、塔吊使用说明书
二、       塔吊选型
本工程为框架结构，地下一层（建筑面积81544m2、本标段48600m2），总建筑面积310929m2、本标段148500 m2。地上4~10层，地下室Ⅱ区地面结构标高为 －5.50、－5.55、－5.80、－5.70、－6.00、－6.45、－6.50m， 地下室Ⅱ区顶板结构标高为－0.05、－0.10、－0.15、－0.45、－0.35、―0.90、－1.10m,板厚500mm,建筑物高度最大为42.60m，构架顶标高48.30m。根据本工程特点、布局，拟选用6台长沙中联重工科技发展股份有限公司制造的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：
塔吊基础位于X26~X27交Y4~Y5轴、X28~X29交Y11~Y12轴、X28~X29交Y21~Y22轴、X27~X28交Y31~Y32轴、X16~X17交Y11~Y12轴、X16~X17交Y21~Y22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《岩土工程勘察报告》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）。

土层 序号	土层名称	土层层厚（m）	单桩桩侧阻力特征值qsia(kpa)	单桩桩端阻力特征值qpa(kpa)
2	粘土	1.30	12
3	淤泥	23.50	5
4	淤泥质粘土	5.10	7
5	粘土	10.30	25
6	粉质粘土	12.20	14

2、塔吊基础受力情况（说明书提供）

荷载工况	基础荷载
	P（kn）		M（kn.m）
	F	Fh	M	Mz
工作状态	511.2	18.3	1335	269.3
非工作状态	464.1	73.9	1552	0

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600，桩长38M（有效桩长），桩身混凝土C25,钢筋笼全长配筋8B18，B8@200,加劲箍B12@2000,桩顶3000内 8@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5000×5000×1000mm，内配钢筋双层双向

B14@200，箍筋B12@450，承台混凝土强度C35，承台顶标高－6.15（6.30）m,基础下为150厚片石、70厚C10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-2.000M，塔吊基坑底标高-7.40M，实际挖深-5.40M，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3.40M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20㎝，四边角加斜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处布置，保证钢板受力均匀，不发生变形。
开挖时注意事项：
1、对作业人员做好安全、技术交底、每个人员分工明确。
2、基坑开挖时由施工员指挥人、机作业、安全员现场协调安全工作。
3、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。
4、在土方边坡顶，钢板桩顶设置沉降现测点，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。

第一部分： QTZ5013型塔吊桩基础计算书

一. 参数信息

塔吊型号QTZ63(5013)主要部件重量如下表:

序号	名      称	重量（kg）	序号	名      称		重量（kg）
1	塔  顶	2300	9	回转总成		3200
2	平衡臂总成	4500	9	塔身	830×（60÷2.8）＝17430
3	司机室	500
4	起重臂总成	6250
5	平衡重	11700
6	载重小车	238
7	爬升架	3300
8	固定基节	1020

即塔吊自重(包括压重)F1=50438 496.63kN,最大起重荷载F2= kN
塔吊倾覆力距M=1552kN.m,塔吊起重高度H=58.80m,塔身宽度B=1.6m
混凝土强度:C35,钢筋级别:Ⅱ级,承台长度Lc或宽度Bc=5.00m
桩直径d=0.60m,桩间距a=3.40m,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=1.2×(F1+F2)=666.56kN
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

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
Ap＝πr2＝0.2827m2
         （DB33/1001-2003）（9.2.3-1）
=0

=1.88×(19.75×5.00×1.02+5.10×7.00×1.02+10.30×25.00×1.02+2.85×14.00×1.02) =828.12kN  即 =828.12kN

2）、桩身截面强度计算

              =0.7×11.9×2.83×105=2357.39 kN

其中， ──工作条件系数，取0.7；

      fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=11.90N/mm2；

      Ap──桩的截面面积，A=2.83×105mm2。

2、单桩抗拔力特征值计算
       （DB33/1001-2003）（9.2.7-1）
  ＝828.12+241.75＝1069.87kn
1.88×(19.75×5.00×1.02+5.10×7.00×1.02+10.30×25.00×1.02+2.85×14.00×1.02) =828.12kN
0.9GPK＝0.9×π×0.32×38×25＝241.75kN

（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：
            （DB33/1001--2003）（9.2.1-1）
kn
2、偏心竖向力作用下：

按照Mx作用在对角线进行计算
Mx=Mk＝2172.8＋73.9×1.0=2246.7kN·m
   （DB33/1001--2003）（9.2.1-2）

＝354.14±476.25

3、水平力作用下：
Hik=            （DB33/1001--2003）（9.2.1-3）
=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×(25×5.00×5.00×1.00+20×5.00×5.00×0.00)=750.00kN；

      Mx,My──承台底面的弯矩设计值，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

依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。

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=0.90m；

     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/m2；

经过计算得到弯矩设计值：

Mx1=My1=2×486.17×0.90=875.11kN.m。

四、矩形承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。

               

               

               

               

式中，αl──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/mm2；

     ho──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/mm2；

经过计算得：αs=875.11×106/(1.00×16.70×5000.00×950.002)=0.012；

           ξ =1-(1-2×0.012)0.5=0.012；

           γs =1-0.012/2=0.994；

           Asx =Asy =875.11×106/(0.994×950.00×300.00)=3088.59mm2。

基础承台配筋为B14@200双向双层（As＝3849mm2）>3088.59mm2,满足要求.

五、矩形承台斜截面抗剪切计算

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，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；

     bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=5000mm；

     ho──承台计算截面处的计算高度，ho=950mm；

     λ──计算截面的剪跨比，λx=ax/ho，λy=ay/ho，

           此处，ax，ay为柱边（墙边）或承台变阶处

          至x, y方向计算一排桩的桩边的水平距离，得(Bc/2-B/2)-(Bc/2-a/2)=900.00mm，

          当 λ<0.3时，取λ=0.3；当 λ>3时,取λ=3， 满足0.3-3.0范围；

          在0.3-3.0范围内按插值法取值。得λ=0.95；

     β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/(λ+0.3)；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/(λ+1.5)，

          得β=0.10；

     fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；

     fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；

     S──箍筋的间距，S=200mm。

则，1.00×673.67=6.74×105N≤0.10×300.00×5000×950=7.63×106N；

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！

六、抗倾覆验算

根据上图所示，可得：
倾覆力矩  
抗倾覆力矩

故由上述计算结果，得
   （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。

所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为8Φ18，