某高层塔吊基础方案.doc

某高层工程塔吊选用方案

根据B标段工程特点，在该工程的垂直运输机械的选用上，我公司优先考虑了采用由建设部长沙建设机械研究院设计的QTZ63（5013）型与南京第一建筑机械厂生产的QTZ60A型两种新型自升附着式建筑塔式起重机。QTZ63（5013）型与QTZ60A型起重机均为水平臂架，小车变幅，上回转自升式多用途塔式起重机。其中QTZ63（5013）型臂长为50M，最大起重量为6吨,自重62T（100M）；QTZ60A型臂长为45M，最大起重量为6吨，自重53.8T(100M)。此两款机械主要的共同特点如下：
1、上部采用液压自顶升，利用自身进行增加或减少塔身标准节，使建筑物能随建筑物高度递增而升高，同时塔机的起重能力不会因塔机的升高而降低。
2、工作速度高，调速性能好，工作平稳，效率高。起升机构采用带制动的三速电机和单速比减速箱，实现重载低速，轻载高速。（其中QTZ63(5013)型最高速度80m/min，QTZ60A型最高速度75m/min。）
小车牵引机构在水平臂上变幅，具有良好的安装就位性能。回转机构采用减速机械，配置液力偶合器，承载能力高，起、制动平稳，工作可靠。
3、工作范围广、方式多、适用对象广，安全可靠。通过增加辅助装置，塔机可附着与建筑物上，以满足高层建筑施工的需求。（其中QTZ63(5013)型附着高度140M，QTZ60A型附着高度100M。）
1、02幢QTZ63(5013)型塔式起重机的布置:
1>根据塔吊的安装要求,结合基坑支护、地质勘探的结果，拟将QTZ63(5013)型塔式起重机的固定砼基础布置于02幢H轴外侧，02-28轴与02-32轴之间,塔吊钢筋混凝土基础底面埋深-4.5M（相对标高）。
2>根据使用手册的要求，QTZ63(5013)塔式起重机的固定式混凝土基础为钢筋混凝土基础5000×5000×1300(基础长度×宽度×高度) ,混凝土标号≥C30，基础的承拉能力≥0.2MPa，基础总重量≥80吨；混凝土基础地面的承压能力≥0.2MPa，且要求基础表面平整，确保塔身安装后的垂直度。
3>根据地质勘察报告的结果，拟定布置塔式起重机部位的土层为淤泥质粉质粘土层，且该土层分布较厚，综合特征值仅有55Kpa。其土层的综合特征值不符合该设备基础承压能力≥0.2Mpa(200Kpa)的要求。
根据地质勘探的结果，该地基土层的综合特征比较弱，而且基础下存在的较厚软弱土层中，无较硬的土层作为持力层。故根据地质勘探结果及从技术与经济的角度，选用泥浆护壁钻孔灌注桩，桩端进入2-5层土，为摩擦型桩，即桩在极限荷载的作用下，桩顶的荷载由桩侧的阻力承受。
针对02#幢工程塔基所处位置的土质对应的土孔JC30的有关数据整理如下:
代 表
土 层
土层厚
度（M）
土层综合特征值(Kpa)
灌注桩侧壁阻力极限标准值(Kpa) [注:已乘系数2]
2-2淤泥粉质粘土
1.28
55
18
2-3淤泥粉质粘土
7.8
65
20
2-4淤泥粉质粘土
10.5
75
26
2-5淤泥粉质粘土夹粉土
23.5
95
30

塔吊基础选用Φ700钻孔灌注桩。有效桩长30.0m，桩身混凝土强度C30，桩顶标高-4.4M（相对标高），n=4。根据混凝土设计规范：
混凝土：fc=14.3N/mm²，ft=1.43N/mm²，fck=20.1N/mm²,桩心距Sa=2.2m。
Ⅱ级钢筋：HRB335，fy=300N/mm²。
承台: 3600㎜ ×3600㎜×1350㎜；埋置深度-4.5m（承台底面标高）。
塔吊自重：683.9KN（H=112M）；最大吊重：60KN ；抗倾覆力矩：1651KN·M；水平载荷：Fv=76KN。
<一>、桩基础计算。
①单桩轴心竖向承载力计算
根据作用于复合桩基上的水平荷载Fv=76KN，则相应于荷载效应标准组合时，作用于任一单桩的水平荷载Hik=Hk/n=76/4=16KN。
则arctanHik/G=1.34°< 5°。故根据JGJ94-94的规定，桩顶的荷载由桩侧的阻力承受，不考虑水平荷载的影响。
根据拟定的塔吊布置方案，复合桩基竖向承载力设计值R 计算表达式为：
R=ηsQsk/γs +ηpQpk/γp +ηcQck/γc
因根据桩的类型，无需考虑桩端阻力与地基阻力，故R=ηsQsk/γs。
根据前述拟定方案：Bc/L=3.6/30.0=0.12 Sa/d=2200/700=3.143 查表得：
ηs=0.9 γs= 1.67
Qsk=πΣqsik·li
=3.14×0.7×（1.28×18+7.8×20+10.5×26+10.42×30）
=1680.68KN
R=ηsQsk/γs =0.9×1680.68/1.67=905.39KN
承台重量:Gk=1.2×25×3.6×3.6×1.35=524.88KN
塔吊重量:Fk=1.2×(683.9+60)=892.68KN
Qk=(Fk+Gk)/n=(892.68+524.88)/4=354.39
故单桩轴心竖向作用力小于单桩轴心竖向承载力，Qk<R， 满足要求。
②验算桩基础中各桩荷载
承台底面的弯矩Mx=My。
Mx=My=M+H·D=1651+1.35×16=1672.6KN·M
边桩所受最大荷载为：
Nimax=(F+G)/n+M·xi/Σxi²
=(892.68+524.88)/4+(1672.6×1.1)/(4×1.1²)
=734.53KN
γ0=1.0 γ0 Nimax=1.0×734.53=734.53KN
1.2R=1.2×905.39=1086.47KN
γ0 Nimax≤1.2R；满足要求。
③桩基的混凝土与配筋计算
根据钢筋的最小配筋率：Ag=μ·A=0.8%×3.14×3502=2501.49
采用Ⅱ级HRB335（20MnSi）18 ， Sn=254.47mm2
ng= Ag/Sn=2501.49/254.47=9.83≈10根，钢筋通长配置，φ8@200螺旋箍筋。
桩身的允许承载力(k值取1.55):
R=1/k (fcA+ f´yA´s)
=(1/1.55)×(14.3×3.14×700²/4+300×10×254.47)
=4041.23KN>905.39KN(单桩轴心承载力) (可行)
<二>、承台计算。
承台: 3600㎜ ×3600㎜×1350㎜；埋置深度-4.5m(相对承台底标高)；有效高度ho=1200㎜。桩采用对称布置，n=4，ηxa=ηya=0.5
根据混凝土设计规范，查得:
砼C30，fck=20.1N/mm2，ftk=2.01N/mm2，fc=14.3N/mm2，ft=1.431N/mm2，
Ⅱ级钢筋HRB335，fy= f´y =300N/mm²。
①单桩的最大冲切反力:
V=Nimax-G/n=734.53-(1.2×25×3.6×3.6×1.35)/4=209.66KN
②根据桩基平面布置及承台设计与设备安装后桩的受力情况分析，承台下每根桩都在冲切破坏的锥体范围内，因此，根据规定，可以不进行冲切验算。
③承台受剪计算：
γ0=1.0；β=0.2(剪跨比λ<0.3)；k=1.5
γ0=1.0 γ0V=2Vk=2×209.66KN×1.5=628.98 KN。
βfcboho=0.2×14.3×3600×1200=1235.52 KN
有γ0V<βfcboho，符合规定要求。
④承台的混凝土与配筋计算:
单桩轴心竖向作用力Qk=(Fk+Gk)/n=(892.68+524.88)/4=354.39 KN
Mx=My=ΣηXiYiQki=2×0.5×354.39×1.2=425.27KN
则根据配筋要求Ag=KMy/(0.9 hof´y)=1.75×425.27/(0.9×1200×300)=2297㎜2
结合厂家对塔吊基础的设计要求，配筋为φ20@160。
故 S=22×314.15=6911.30㎜2>Ag，符合要求。由于要考虑塔吊基础的对称受力，故设置双层双向φ20@160钢筋网；同时，仍按照原设计设置φ14@320间隔梅花式拉筋,将承台的上、下层钢筋网片连成整体。
如果采用4根与02幢工程相同的工程桩效果更好。
4>该塔式起重机是附着于建筑物，为减少塔身计算长度以保持其设计的起重能力，设有五套附着装置(附着装置直接从厂家购买)，第一附着装置距基础面33米(拟设10层楼面处)，第二附着装置距第一附着装置30米(拟设20层楼面处)，第三附着装置距第二附着装置27米(拟设28层楼面处)，同时，结合该附着要求，应提交设计院对建筑物附着点的强度进行计算，如果不满足要求，应对建筑物的该部位进行加固。建筑物附着点受力及附着尺寸如下：
建筑物附着点
X1
Y1
X2
Y2
载荷 KN
58.3
241.3
53.0
177.0
2、03幢QTZ60A型塔式起重机的布置:
1>根据塔吊的安装要求,结合基坑支护、地质勘探的结果，拟将QTZ60A型塔式起重机的固定砼基础布置于03幢G轴外侧，03-22轴与03-19轴之间。塔吊钢筋混凝土基础底面埋深与地下室底板垫层标高相一致。具体平面布置附图所示：
2>根据使用手册的要求，QTZ60A塔式起重机的固定式混凝土基础为钢筋混凝土基础6300×6300×1200(基础长度×宽度×高度) ,混凝土标号≥C25，混凝土基础的地耐力≥8.0T/M2，且要求基础表面平整，确保塔身安装后的垂直度。固定基础见附图。
3>根据地质勘察报告的结果，拟定布置塔式起重机部位的土层为淤泥质粉质粘土层，且该土层分布较厚，综合特征值仅有55Kpa。其土层的综合特征值不符合该设备基础对地耐力≥8T/M2的要求，故需要增设桩基础。根据地质勘探的结果，该地基土层的综合特征比较弱，从技术与经济的角度，选用钻孔灌注桩，桩端进入2-5层土，为摩擦型桩。塔吊基础选用Φ700钻孔灌注桩，纯摩擦桩。采用上述的方法进行计算,同样符合要求。
4>该塔式起重机是附着于建筑物，为减少塔身计算长度以保持其设计的起重能力，设有五套附着装置(附着装置直接从厂家购买)，第一附着装置距基础面20米(拟设7层楼面处)，第二附着装置距第一附着装置18米(拟设13层楼面处)，第三附着装置距第二附着装置18米(拟设19层楼面处)，第四附着装置距第三附着装置18米(拟设25层楼面处)；同时，结合该附着要求，应提交设计院对建筑物附着点的强度进行计算，如果不满足要求，应对建筑物的该部位进行加固。建筑物附着点受力载荷≥19T。

附：1、02、03幢塔吊平面布置示意图
2、QTZ63（5013）、QTZ60A塔吊基础图