高层商住楼工程塔吊基础设计(6台)大学论文.doc

中国建筑第七工程局有限公司 中旅城二期工程
CHINACONSTRUCTIONSEVENENGINEERINGBUREAU 塔吊基础设计
施工组织设计（施工方案）审批表

工程名称
福州中旅二期
发 放 号

编制单位
中建七局有限公司
项目负责人

编 制 人

编制日期

审批人（单位）及审批意见
审批人（单位）及审批意见
项
目
部

（签章）
年 月 日
技
术
部

（签章）
年 月 日
设备管理中心

（签章）
年 月 日
总工办

（签章）
年 月 日
监理单位

（签章）
年 月 日
建设单位

（签章）
年 月 日
目 录
1、编制依据…………………………………………………………………………………………………………1
2、工程概况…………………………………………………………………………………………………………2
3、塔吊基础的设计……………………………………………………………………………………………3
4、塔吊基础的施工……………………………………………………………………………………………11
5、塔吊的沉降、垂直度测定及偏差较正……………………………………………………12
6、塔吊基础施工图……………………………………………………………………………………………13

附图：1、塔吊桩定位图
2、塔吊承台配筋图
3、格构柱详图
4、塔吊支撑立面图
5、塔吊桩配筋图
6、塔吊附着示意图
7、塔吊平面布置图(1)
8、塔吊平面布置图(2)

1、  编制依据
1.1《塔式起重机使用说明书》
1.2《岩土工程勘察报告》
1.3《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
1.4《地基与基础施工质量验收规范》（GB50202-2002）
1.5《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
1.6《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
1.7《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
1.8福州中旅城二期工程施工图纸(结施、建施)
2、工程概况
2.1工程建设概况
工程名称
中旅城二期
工程地址
福州市五四路闽江饭店旁
建设单位
福建中旅房地产
开发有限公司
设计单位
福州国伟建设设计
有限公司
勘察单位
福建省建筑设计研究院
监理单位
福州弘信工程监理有限公司
总承包单位
中国建筑第七工程局有限公司
建设工期
1250日历天
建筑总造价
约7亿
工程主要
功能或用途
地下二、三、四层为人防、停车场；地下一层及地上群楼一～七层为商场（另有一设备夹层）；群楼八层为住宅入口、屋顶花园、游泳池及物业配套设施；八层以上为四栋塔楼，其中办公楼一栋：9～40层，住宅楼三栋：9～45层（南塔44层、北塔45层）。

2.2根据本工程地质勘察报告各土层极限摩阻力、端阻力标准值指标见下表：
层号
土层名称
层厚（m）
冲钻孔灌注桩
抗拔系数（λ）
Fs（KPa）
Fp（KPa）
1-1
1-2
1-3
杂填土
粘土质填土
填砂
0.4～5.1
22

0.6
1-4
淤泥质填土
1.0～3.3
15

0.6
2
粉质粘土（1）
0.5～2.9
28

0.75
3
淤泥
0.3～4.3
14

0.7
4
粉质粘土（2）
0.3～1.3
56
900
0.75
5
淤泥质土（1）
1.0～3.3
26
1800
0.7
6
粉质粘土（3）
0.2～6.6
60

0.75
6-1
泥质中砂
0.4～4.0
50
2500
0.6
6-2
含砾砾砂
0.2～2.5
85

0.6
7
淤泥质土（2）
0.7～5.5
32
2000
0.7
8
含砂质粘土圆角砾
0.3～0.8
100
2500
0.6
8-1
含卵砾石砾砂
0.5～4.7
90
3000
0.6
8-2
含砾粉质粘土
0.5～6.5
80

0.65
8-3
粉砂质粘土
0.3～7.9
58

0.7
9
含粘性土卵砾石
0.7～10.4
110

0.6
9-1
含卵砾石砾砂
1.3～1.6
80

0.6
10
残积土
0.4～6.7
65

0.6
11
全风化岩
0.9～13.5
75

0.6
12-1
强风化岩（1）
0.5～7.3
80

0.6
12-2
强分化岩（2）
0.1～15.62
100
4500
0.6
12-3
强风化岩（3）
0.4～25.4
120
5500
0.6
13
中等风化岩
0.4～8.48
1000～1500
13000～16000
0.7
14
微风化层
0.6～8.28
1000～1500
13000～16000
0.7

2.3塔吊布置原则
本工程作业面积大、建筑物高度较高，裙楼、主楼七层以下，写字楼100M以下均有型钢劲性柱，转换层为工字钢梁，在施工中垂直运输工作量很大。项目部结合建筑物的高度、结构特点、施工现场环境，综合考虑工期、吊运能力、机械类型等因素，合理安排机械数量和布置位置，作出以下布置原则：
2.3.1由于受场地条件限制，将塔吊布置在地下室基坑内。
2.3.2塔吊选型：考虑到本工程劲性柱、转换层工字钢梁，这些型钢构件现场吊装主要依靠塔吊实现，但受到塔吊安装点的距离及吊装能力的限制，吊装位置与塔吊的平行距离需在10m-40m范围内。为确保吊装质量和安全，根据型钢构件重量及位置的不同，现场拟采用QTZ160塔吊共6台，其中40m臂2台、60m臂4台，同时在南塔转换层3-1轴交3-C～3-F轴钢梁6.9t；3-8轴交3-A～3-B轴钢梁6.15T；三至九层南塔3-6～3-8交3-A轴钢梁12t需采用80t吊车配合吊装。
当结构施工至裙楼封顶后，主楼继续施工。根据合同条款，主楼封顶时裙楼七层以下、地下室需装修完成移交甲方使用，项目部根据裙楼实际装修工程量采取两套垂直运输方案：1、(按裙楼精装修考虑)本工程采用钢模板，安装时需塔吊配合吊装、就位；由于工期紧张，需要以上6台塔吊才能满足吊装需要。因此6台塔吊均跟随主楼施工封顶后再拆除。2、(按裙楼粗装修考虑)如业主将裙楼精装修交由我局施工时，考虑到裙楼单层面积大、工期紧、施工班组多，单靠施工电梯满足不了楼层装修材料的垂直运输，需塔吊配合吊运材料。因此项目部考虑将两台安放在裙楼内的40m臂QTZ160塔吊先行拆除，然后在四幢主楼各安装一台QTZ80F内爬式塔吊，以满足主楼材料垂直运输、模板安装就位的需要。另外4台外附着式塔吊可供裙楼装修材料垂直运输，以满足工期要求。
2.3.3各栋楼塔吊具体平面位置详见附图1、附图7、附图8。
2.3.4因塔吊布置在基坑内，考虑到土方开挖后无法安装，六台塔吊在土方开挖前全部安装完毕。
2.3.5从本工程的结构特性、土质情况、土方开挖后承台的支撑以及对边坡支护影响等因素考虑，塔吊基础采用冲（钻）孔灌注桩+钢格构柱+承台基础。
2.3.6桩上部为缀板式组合钢格构柱，按构造要求格构柱之间需增加水平及斜向支撑系杆，以确保塔吊基础的稳定性；钢格构柱下端插入桩内3000mm，上端锚入承台为700mm，具体构造详附图。
2.3.7根据图纸，40m臂两台塔吊钢格构支撑穿过地下室楼层时，会与楼层次梁交汇，现场将根据实际情况，浇筑楼层混凝土时采取以下措施：次梁临时断开，采用现浇200×200mm素砼柱临时支撑，待塔吊拆除后再封浇楼层该处梁板；或采取次梁、楼板钢筋均穿过钢格构柱，然后与楼层一起浇筑混凝土，待塔吊拆除后再割除钢格构柱型钢。
2.3.8两台40m臂长QTZ160塔吊在商业楼内，需采用独立拔杆专项方案拆除。
3、塔吊基础的设计
3.1基础设计参数
3.1.2基本参数信息
基础桩：4Ф900冲（钻）孔灌注桩，桩身混凝土等级：C35水下混凝土；
桩顶标高-18.00m，根据岩土工程勘察报告，取桩长分别为办公楼：34.35 m；北塔：25.1m；南塔A：41.78 m；南塔B：34.15 m；桩端入强风化（2）～中风化1.0m；具体以施打时实际打桩记录为准。
钢格构柱尺寸：550×550mm，为4L160×14角钢、-380×220×12@700缀板; 斜（平）撑角钢L160×14 @2500;具体详塔吊支撑立面图。
承台尺寸：平面4.5×4.5m，厚度h=1.50m，桩与承台中心距离为1.45m；。
承台混凝土等级：C35。
塔吊承台面标高：其中北楼塔吊4受支护梁位置影响，故将承台面标高提至+2.400M；其余塔吊承台面标高均为-2.10m(考虑格构柱无法拉结,悬臂太高)。
3.1.2塔吊荷载参数

荷载工况
基础荷载
P（kn）
M（kn.m）
Fk
Fh
M
Mz
工作状态
1250
30
2780
340
非工作状态
1150
70
3630
0
因塔吊在非工作状况时为最不利情况，故只需计算塔吊非工作状况受力，塔吊使用说明书，塔吊安装到自由高度51.8m高度时要附墙，因此在进行荷载分析时，弯矩和剪力取在51.8m高度时塔吊非工作状态数值，竖向荷载取塔吊安装到最终安装高度时数值为安全取值。
故取计算荷载：塔吊自重（包括压重）：1150kN，
塔吊标准节（40节）40×9.3=372kN
F1=1522kN
钢格构: 角钢L160X14 34Kg/m
缀板0.38X0.22X0.012X7.8X103/0.7=11.18Kg/m
共计 45.18Kg/m
格构柱重 45.18X4X18.1=32.71KN
塔吊最大起重荷载F2=160.00kN，
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=2018.40kN，
塔吊的倾覆力矩M=1.4×3630=5082.00kN。
承台自重：G=1.2×(25×4.50×4.50×1.50)=911kN
3.2单桩竖向承载力验算
根据福建省建筑设计研究院的岩土工程勘察报告,对单桩竖向承载力特征值进行计算（因塔吊有6台，部位不同，选取勘测孔进行计算，－20.00 米以上摩阻力不予考虑）。
3.2.1桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。

=(2018.4+911+32.71)/4±5082/(2×1.45×1.414)
=740.4±1239kN。
由此可得:Nmax=740.4+1239=1979.4 KN（抗压状态）
Nmin=740.4-1239=-498.6 KN（抗拔状态）
3.2.2单桩竖向承载力特征值
R抗压=fpAp+Up∑фfsli:
=0.6x3.14x0.9x(14x5.15+26x4.2+60x1.7+26x3.9+58x6.9+65x2.2+75x3.5+80x3.7)+3.14X0.452X4500=5363.6KN>1979.4 KN
R抗拔=Up∑фfsli=2502.3KN>498.6 KN,均满足竖向承载力要求。
3.3桩配筋计算
3.3.1桩顶轴向压力验算
=1.0x1979.4=1979.4 KN< =14.3x3.14x4502x0.8=7274.1KN(满足)
3.3.2桩身配筋率可取0.20%～0.65%（计算取0.4％）, 桩身按构造配筋 As=0.4%xπr2=0.4x3.14x4502=25.4cm2，箍筋按构造配筋采用不少于Φ8@200mm的螺旋箍筋，保护层厚度取50mm；在桩顶3～5倍桩身直径范围内箍筋Φ8@100mm(现场实际取3M为加密区)，每隔2m设一道Φ16焊接加劲箍筋，详附图5。
故桩身配12Ф20 ，箍筋Ф8@200 , AS=37.68>25.4cm2可满足构造要求。
3.3.3桩自身抗拉强度N=fy As=310x3768=1168KN,大于桩的抗拔设计值498.6KN,故配筋符合要求.
3.4钢格构柱验算
截面性质 L160X14:A=43.3cm2, =1048cm4,=4.47cm , =3.16cm
式中：A： 角钢截面积
：惯性矩
Z0：重心矩
两方向对称
=4×[1048+43.3×(55/2-4.47)2]=96054cm4
回转半径： = ( /4A)1/2=23.54cm
柱子计算长度,以悬臂计算
计算长度： =15.1m
则长细比：λx =/=1510/23.54=64.15
缀板: -380X220X12mm
中心间距 700mm
单根角钢长细比=(70-22)/3.14=15.28<35(λ1<0.5λx)
换算长细比 =(64.152+15.282)1/2=65.94<150
b类构件查轴心受压构件稳定系数表得:=0.77
3.4.1 强度计算
N/A=1979.4/（0.77×4330×4）=148/mm2〈215N/mm2
3.4.2整体稳定性验算
格构式压弯构件绕虚轴平面内稳定计算公式为：
N/A +/
欧拉公式 =π2EA/2=π2X206000X4X4330/962=6139.57KN
=96054/275=349.3
非工作状况：N/A +/
= 148+3630/349.3*(1-0.75*1979.4/6139.57)=162〈215N/mm2
为确保安全，参照其他项目类似经验，按常规做法及构造要求，必须在四根格构柱之间焊接斜（平）撑（每2.5米设置详见附图4），以增加格构柱截面性能，并能减小长细比，增强整体稳定。塔身标准节与格构采用螺栓连接，为防止因角钢立柱安装偏位，而造成塔身与格构产生较大剪力且安装困难，在格构顶部与承台底交接处采用4L160X14与立柱角钢水平焊接加强，详附图3节点大样A。
3.4.3分肢稳定性计算
长细比λ1=(70-22)/3.14=15.28<35(λ1<0.5λx)
所以可不计算分肢稳定性
3.4.4缀板刚度验算
角钢对本身轴的惯性力矩=1048cm4
柱分肢的线刚度为/l=1048/70=14.98
四块缀板线刚度之和为=112.08
比值112.08/14.98=7.5〉6，可见缀板刚度足够。
3.4.5截面抗剪
作用于柱身的剪力V=Af/85(fy/235)1/2
=4x43.3x215/85x(215/235) 1/2
=43605N=43.605kN
T=43605/4X43.3=2.52N/mm2<215 N/mm2
满足要求。
3.4.6缀板焊缝连接验算
缀板与柱肢连接处的内力为
剪力T=（V/4）l/a=43.605/4×(70/38)=6.0KN
弯矩M=（V/4）l/2=43.605/4×（70/2）=311.46KN.cm
缀板与柱肢连接采用角焊缝 hf=10mm三面围焊，但是计算长度偏于安全地用焊缝长度=18cm
在剪力T和弯矩M共同作用下角焊缝的应力为：
=0.7×1.0×182/6=37.8cm3; =0.7×1.0×18=12.6cm2
[（M/）2+（T/）2]1/2
=[（311.46X104/1.22X37.8X103）2+（6X103/12.6X102）2]1/2
=（67.532+52）1/2
=67.7〈160 N/mm2
故缀板连接符合要求。
3.5承台受力验算
3.5.1 矩形承台弯矩的计算（承台砼等级C35）
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Bc/2-B/2=1.0-1.8/2=0.1m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，
Ni1=Ni-G/n=1979.4 -911/4=1746kN/m2；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×0.5×1746×1.0=1746kN·m。
3.5.2矩形承台截面主筋的计算

Asx =Asy =1746×106/(0.9×1450.00×300.00)
=4487.8mm2<0.2%×4500×1450=13500 mm2
因此实际采用28Ф18，面积71.26cm2>44.87cm2；故承台配筋28Ф18@170能满足抗弯要求。
因塔吊使用时的弯矩的方向随转向的改变而改变，另考虑到实际存在的扭矩，为确保使用要求，配双层双向Ф18@170钢筋,另四根格构柱之间增加暗梁加强联系, 暗梁实配：上下各4Ф20@125；上下两层钢筋之间采用Ф14@400箍筋作为联系筋 (承台配钢筋详见附图2) 。
3.5.3承台抗冲切验算
因塔吊标准节尺寸为1.8mx1.8m,各桩均在冲切正常范围内,故不会发生冲切破坏.
3.5.4承台抗剪切验算
因塔吊标准节尺寸1.8mx1.8m,四根桩桩距为2.0m,受力在竖向基本向下传递,不考虑剪切验算,能满足抗剪切要求。
3.6抗倾覆验算
由于本工程基坑开挖达到17.1米，基础施工阶段塔吊附墙梁尚未安装，为防止因桩的抗拔力不足，在塔吊倾覆力矩M及水平力H作用下塔吊向基坑一侧倾覆，现对该桩基础进行抗倾覆验算，在确保使用安全。
在未考虑桩的自重下,由3.2算得桩的抗拔设计值R抗拔=2502.3KN远大于桩最大拔力493.2KN,故不可能发生倾覆现象。
按前3.3条灌注桩配筋计算桩的配筋为12Φ20,As=37.68cm2;
N= fy As=300X3768=1130kn>498.6（抗拔承载力设计值）,满足要求。
3.7塔吊附墙设计
3.7.1、塔吊的使用高度
本工程最高处为屋面造型构筑物，其顶标高为161.2 m，塔吊吊钩高度必须高于建筑物5m，因此塔吊安装高度为2.5+161.2+2.5（双绳）＝171.2m，根据《QTZ160自升塔式起重机使用说明书》，塔吊安装高度为38+25×4+35＝173m，附墙6道。则吊钩有效高度为h＝173-2.5（双绳）＝170.5m，即相对标高170.5-2.5＝168m，高于结构顶标高为168-161.2＝6.8m，满足施工要求，具体见附图6。
根据《说明书》，塔吊自由安装高度为51.8m，吊钩高度为51.8-2.5＝49.3m，吊装高度为49.3-5＝44.3m，其相对标高为44.3-2.5＝41.8m，即自然地面以上41.8+1＝42.8m，现场周边建筑物高度均小于此高度，可以满足使用要求。
为保证塔身稳定性，需利用建筑物结构外墙进行附着，附着中心标高分别为24.0 m、48.0 m、72.0 m、96.0 m、120.0 m、144.0 m，共设6道。其中第一道附着高度为24.0+2.5+0.425＝26.925m，符合《说明书》要求，6道附着之间距离相应各节，满足设备生产厂家要求。附着杆及附着埋件平面定位如《说明书》所示。
主体在施工相应标高结构时，预埋塔吊附墙埋件。塔吊各道附着杆必须在锚固层梁板砼浇筑前安装，否则将会因吊钩高度不足而影响结构施工进度。
3.7.2、预埋件选型和埋设
塔吊附着预埋件选用500×500×20mm锚板，每块锚板设6根Φ20mm锚筋，每根锚筋长640mm，锚入剪力墙内。预埋件在竖向结构施工时埋入，中心标高分别为24.0 m、48.0 m、72.0 m、96.0 m、120.0 m、144.0 m，平面上分别位于各栋楼的剪力墙或柱板内。
预埋件埋设时应紧贴柱模板面，调平正后用电焊点焊于柱竖向钢筋上。
3.7.3、附着杆选型与安装
附着杆最大长度为12.75m，最小长度为11.7m。附着杆均选用2根[20a槽钢对拼而成。对拼槽钢上下两个侧面均用200×120×10mm厚钢板作为缀板间断焊，每块缀板之间净距为200mm，焊缝高度h不小于8mm。附着杆与外墙预埋件之间采用焊接连接，沿附着杆周边满焊，并在上下两个面加10mm厚肋板焊牢加固。附着杆与塔身之间采用销子连接，如《QTZ160塔吊使用说明书》中相关要求。
附着杆必须在预埋件所在柱或剪力墙砼强度达到75%以上才允许安装，一般在该层混凝土浇筑7天以后，具体按同条件养护砼试块强度判定。附着杆所在的结构柱可在该层施工时最先浇筑，以确保其强度尽快达到要求。
4、塔吊基础的施工
4.1施工流程
塔吊在承台砼浇筑达到设计强度后,土方开挖前安装,施工流程如下:
塔吊桩及格构柱施工→土方开挖至塔吊承台底→格构柱顶钢筋砼承台施工→塔吊安装调试
4.2现场施工
4.2.1、施工准备
⑴施工前对施工员及施工班组进行技术、安全交流。
⑵现场采用CZ-D型冲孔灌注桩桩机进行施工。
⑶采用商品砼，强度等级C35水下砼
⑷预制好格构柱并检查原材料及焊接质量。
4.2.2、塔吊桩机及承台施工
⑴桩机就位：施工前利用轴线控制网引测桩位，桩机就位时为防止塌孔底座要垫枕木，桩机就位后用经纬仪重新复核桩位的准确性。
⑵钻孔达到设计标高时，对比岩样，若未进入持力层，应继续钻进直至入强风化（2）～中风化岩1.0m。
⑶清孔后开始吊放钢筋笼，为使砼导管及格构柱能顺利升降、防止与钢筋笼卡挂，钢筋焊接时，要保持主筋内端光滑无阻挡物。
⑷钢筋笼吊放时，要观察孔内水位情况，如发现异样马上停止检查是否坍塌，钢筋焊接前上、下钢筋弯曲成一定角度，使要焊接的两根钢筋在同一轴线上。
⑸当钢筋到达预定标高时，由吊车吊运格构柱，插入钢筋笼内并将格构柱与钢筋笼焊牢，所有焊缝必须饱满连续、不能有气泡，焊好后须冷却10-15分钟才能下沉钢筋笼。
⑹现场采用导管法灌注水下砼，其施工顺序为放钢筋笼→插入格构柱→安放导管→灌注首批砼→连续不断灌注至桩顶→拔除护筒。为确保桩顶砼质量，严格控制最后一次砼灌注量，使灌注的桩顶标高比设计标高增加0.9m。
⑺在桩基础浇筑完毕28天后，开始进行塔吊桩承台施工，其施工顺序为支模→承台网筋绑扎→预埋件定位预埋→浇筑承台砼。
4.3施工注意事项
在施工中应注意：由于塔吊基础采用部分钢结构支承体系，在塔吊使用中会产生一定幅度的振动，因此对施工要求如下：
4.3.1、冲孔灌注桩采用双控，即桩顶标高要达到-18.0m且要进入强风化（2）～中风化岩1.0m。
4.3.2、由于格构柱长达23m，灌注桩桩机无法吊运格构柱，因此需采用履带吊车进行吊运施工。
4.3.3、由于格构柱穿过地下室底板，因此在这位置附近增设止水钢板，塔吊桩出底（顶）板处加设加强钢筋。
4.3.4、格构柱插入钢筋笼时，现场采用两台经纬仪在两个成90°的侧面进行观测，使格构柱的四个边与建筑物轴线平行或垂直，格构柱的倾斜度不超柱长的0.15%。
4.3.5、由于采用板式承台，施工关键在于预埋钢板的定位，除预埋位置准确外，钢板面应与砼面保持同一水平。在预埋时要先观测水平并将钢板与梁内钢筋焊牢，并重新观测；在砼浇捣完毕后，要再次观测预埋。
4.3.6、格构柱横（斜）撑应随挖随撑,焊缝质量应符合相关规范要求。
5、塔吊的沉降、垂直度测定及偏差较正
5.1塔吊基础沉降观测每半月一次。垂直度在塔吊自由高度时半月一次测定。
5.2当塔基出现沉降，垂直度偏差超过规定范围时，应进行偏差校正，在附墙未设之前，在最低节与塔吊基脚螺栓间加垫钢片校正，校正过程用高吨位千斤顶顶起塔身，顶塔身之前，塔身用大缆绳四方缆紧，在确保安全的前提下才能起顶塔身。如需附墙安装，则通过调节附墙，加设附墙的方法进行垂直度校正。
6、塔吊的施工图
附图1、塔吊桩定位图
附图2、塔吊承台配筋图
附图3、格构柱详图
附图4、塔吊支撑立面图
附图5、塔吊桩配筋图
附图6、塔吊附着示意图
附图7、塔吊平面布置图(1)
附图8、塔吊平面布置图(2)

附图1:塔吊桩定位图

附图2:塔吊承台配筋图

附图3:格构柱详图

附图4:塔吊支撑立面图

附图5:塔吊桩配筋图

附图6:塔吊附着示意图

附图7:塔吊平面布置图（1）

附图8:塔吊平面布置图（2）

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