塔吊安全验算书

塔吊安全验算书
一、塔吊基础验算
一、参数信息
塔吊型号：QTZ80
塔机自重标准值：FK1=627.00KN
起重荷载标准值：Fqk=60.00kN
水平力：F h=73.9kN；
塔吊最大起重力矩：M=800.00kN.m
柱作用于基础承台的竖向荷载：N k=188.13kN
塔吊计算高度：H=115m
塔身宽度：B=1.60m
承台混凝土等级：C35
矩形承台边长：5.0m
承台厚度：Hc=1.400m
承台钢筋级别：HPB235
桩混凝土等级：C35
保护层厚度：50mm
桩直径d=1.000m
桩钢筋级别：HRB400
桩入土深度：13.00m
二、荷载计算
1）塔机自重标准值
F k1=627kN
2）起重荷载标准值
F qk=60kN
3）塔机作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×（Fk1+Fqk）=824.40kN
柱作用于桩基承台顶面的竖向力N=1.2×N k=225.76kN 4）基础以及覆土自重
G k=1.2×（5.02+3.2×1.97）×25×1.4=1316.11kN
5）最大压力：N=F+ N+G k =824.40+225.76+1316.11=2366.27kN 6）塔吊的倾覆力矩 M=1.4×800=1120.00kN.m 三、承台计算
1、塔吊基础承载力计算 依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）第5.2条承载
力计算。

当不考虑附着时的基础设计值计算公式：
P max =
F+G+N A
+M W
，P min =
F+G+N A
− M
W
当考虑附着时的基础设计值计算公式
P=
F+G+N A
当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：
P max =
2（F+G+N ）
3Bca
F ——塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大
起重荷载，F=824.40kN；
N——柱作用于基础的竖向力，N=218.52KN
G——基础自重与基础上面的土的自重，G=1316.11kN
Bc——基础底面的宽度，取Bc=5.00m；
W——基础底面的抵抗矩，W=bh2/6=53/6=20.83m3；
M1——塔吊倾覆力矩，包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩，M=1.4×800=1120.00kN.m；
M2——柱作用于基础的弯矩，M=1.4*N*e1=1.4*218.52*0.3=91.78kN.m；
A——基础底面积，A基础底面积=5.02+3.2×1.97=31.34m2
a——合力作用点至基础底面最大压力边缘距离（m），按下式计算：
a=B c/2 - M
F+G
a=5.00/2-1120.00/(824.40+1316.11)=1.98m。

经过计算得到：
无附着的最大压力设计值
P max=(824.4+218.52+1316.11)/31.34+1120/20.83=122.04kPa
无附着的最小压力设计值
P min=(824.4+218.52+1316.11)/31.34-1120/20.83=14.50kPa
有附着的压力设计值P-(824.4+218.52+1316.11)/31.34=68.27kPa 偏心距较大时压力设计值P kmax=2×(824.4+218.52+1316.11)/(3×5.00×1.98)=68.27kPa
2. 地基基础承载力验算
地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.3.条。

计算公式如下：
f a=f ak+ηb r(b-3)+ηd r m(d-0.5)
f a——修正后的地基承载力特征值（kN/m2）；
f ak ——地基承载力特征值，取f ak =180.00kN/m 2； ηb ——基础宽度地基承载力修正系数，取ηb =0.30； ηd ——基础埋深地基承载力修正系数，取ηd =1.50；
r ——基础底面以下土的重度，取r=19.00 kN/m 3；
r m ——基础底面以上土的重度，取r m =18.50 kN/m 3；
b ——基础底面宽度，取b=5.00m ； D ——基础埋深度，取D=1.40m 。

解得地基承载力设计值 fa1=180+0.3×19(5.00-3)+1.5×18.5×(1.4-0.5)-206.115kPa
实际计算取的地基承载力设计值为：f a =247.34kPa
“地基承载力设计值大于最大压力 设计值122.04kPa ，满足要求1”
“地基承载力设计值大于偏心距较大时压力设计值68.2kPa ，满足要求！”
3.抗倾覆稳定性验算
e=
M+F h .h F+N+G
≤b
4
式中：e —偏心距，即桩反力的合力至承台中心的距离； M —作用在基础上的弯矩； F —塔机作用在基础上的垂直荷载； N —柱作用在基础上的垂直荷载； F h —作用在基础上的水平荷载；
G —钢筋混凝土基础的重力； h —基础的高度； b —基础底面的短边长度；
e=
1120+73.9×1.4
2366.27
=0.52m
b 4=54
=1.25m
偏心距e 不大于b 4
，满足要求； 4.受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011 第8.2.7条。

验算公式如下：
F t≤0.7βhp f2a m h0
βhp——受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm 时，βhp取1.0，当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；取βhp=0.95；
f t——混凝土轴心抗拉强度设计值，取f t =1.57kPa；
a m——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度：
a m=（a t+a b）/2
a m=[1.6+(1.6+2×1.4)]/2=3.00m；
h0——承台的有效高度，取h0=1.4-0.05=1.35m；
P j——最大压力设计值，取P j =122.04kPa；
F1——实际冲切承载力：
F1= P j A i
F1=122.04×[(5.00-4.4)2/4+1.97×3.2]=780.32kN。

允许冲切力：0.7×0.95×1570.00×3.00×1.35=4228.40kN
“实际冲切力小于允许冲切力设计值，所以能满足要求！”
5.承台配筋计算
（1）抗弯计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.7条。

计算公式如下：
M1——任意截面Ⅰ-Ⅰ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值；
a1——任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底边缘最大反力处的距离；当墙体材料为混凝土时，取a1=b即取a1=（5.00-1.6）/2=1.70m；
P max——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大地基反
力设计值，取113.53kN/m2；
P——相应于荷载效应基本组合时在任意截面Ⅰ-Ⅰ处基础底面地基反力设计值；
a=1.6m
P=122.04×（3 X 1.6-1.70）/3（3×1.6）=78.82kPa
G——考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重，取1316.11kN/m2；
1——基础宽度，取1=5.00m；
a——塔身宽度，取a=1.6m；
a’——截面Ⅰ-Ⅰ在基底的投影长度，取a’=1.6m。

经过计算得M1=1.702×[（2×5.00+1.6）×（122.04+78.82-2×1316.11/5.002)+(122.04-78.82)×5.00]/12=285.00kN.m
（2）配筋面积计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.7.2条。

公式如下：
11
等级为C80时，取为0.94，期间按线性内插法确定，取a1=1.00；
f c——混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.7kPa；
f y——钢筋抗拉强度fy360N/mm2
h o——承台的计算高度，ho=1.35m。

a s =285×106/（1.00×16.7×5000.00×(1350.00)2）=2.21X10-3； ξ=1-(1-2×2.21×10-3)0.5=2.21X10-3； r s =1-2.21/2X10-3=1.00；
A s =285×106（1.00×1350.00×360）=690.84mm 2
由于最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为：5.00×1000×1.4×1000×0。

15%=10500.00mm 2。

本工程设计图纵横向配筋为Φ 25@205（As=23563.2mm 2），满足条件；
四、桩身最大弯矩计算 计算简图：
1、按照m 法计算桩身最大弯矩： 计算依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94-2008）的第5.4.5条，并参与《桩基础的设计方法与施工技术》。

（1
其中 m ——地基土水平抗力系数； b o ——桩的计算宽度，bo=1.80m
E ——抗弯弹性模量，E=0.67Ec=21105.00N/mm2； Ⅰ——截面惯性矩，Ⅰ=0.05m4； 经计算得到桩的水平变形系数：
a=0.431/m
（2）计算Dv ：
Dv=98.12/(0.43×1120)=0.203 （3）由查表得： （4）计算M max ：
M max =M o K m
经计算得到桩的最大弯矩值：
M max =1120×1.01=1131.2kN.m 。

由Dv 查表得：最大弯矩深度 z=0.25/0.43=0.59m 。

五、桩配筋计算
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第7.3.8条。

沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其截面受压承载力计算：
（1） 偏心受压构件，其偏心矩增大系数按下式计算：
式中 1o ——桩的计算长度，取1=13.00m ； h ——截面高度，取 h=1.00m ；
h 0——截面有效高度，取ho=0.95m ；
ξ1——偏心受压构件的截面曲率修正系数：
解得：ξ1
=1.00
A
——构件的截面面积，取A=0.79m2； ξ2——构件长细比对截面曲率的影响系数，当1o/h<15时，取1.0，否则按下式：
解得：ξ1=1.00
经计算偏心增大系数 （2） 偏心受压构件应符合下列规定：
式中 As ——全部纵向钢筋的截面面积； r ——圆形截面的半径，取r=0.50m ；
r s ——纵向钢筋重心所在圆周的半径，取rs=0.45m ； e o ——轴向压力对截面重心的偏心矩：
e o =M max/F=1131.2/2366.27=0.48m；
e a——附加偏心矩，应取20mm和偏心放学截面最大尺寸的1/30两者中的较大者，e a =33.33mm；
a——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与2的比值，取a=0.51；
a t——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当a>0.625时，取a t=0：
a t=1.25-2a
由一式，经计算解得：As=-2348.52mm2
由二式，经计算解得：As=3335.29 mm2
由上两式计算结果：桩的配筋面积As=3335.29 mm2。

本工程设计图纵向配筋为12Φ 12@2000，加密箍筋Φ8@100，加劲箍筋Φ8@200满足条件；
六、桩竖向承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T 187-2009）的第6.3.3和6.3.4条
轴心竖向力作用下，Q k=2366.27kN
桩基竖向承载力必须满足以下两式：
其中Ra——单桩竖向承载力特征值；
q sik——第i层岩石的桩侧阻力特征值；按下表取值；
q pa——桩端端阻力特征值，按下表取值；
u——桩身的周长，u=3.14m；
A p——桩端面积，取A p=0.79m2；
1i——第i层土层的厚度，取值如下表；
厚度及侧阻力标准值表如下：
由于桩的入土深度为13m ，所以桩端是在第5层土层。

最大压力验算：
R a =3.14×(3.15×80+3.9×150+1.7×180+1.8×160+2.45×0)+9000×0.79=11564.21kN
由于：R a =11564.21> QK=2366.27，所以满足要求！ 六、桩抗拔承载力验算
桩抗拔承载力验算依据（建筑桩基础技术规范）JGJ94-2008第5.4.5条。

总极限抗拔侧阻力
极限抗拔承载力 式中Ugk 解得：
T su =3.14*(80*0.7*3.15+150*0.6*1.7+160*0.6*1.8)=2775.13KN T a =2775.13/2+0.79*13*25=1644.32kN ≧73.9KN ，满足要求； 二、塔吊附着计算 计算依据：《塔式起重混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
一、参数信息
塔吊高度：115.00(m)
附着塔吊最大倾覆力矩：800.00(kN.m)
附着塔吊边长：1.60(m)
附着框宽度：2.14(m)
回转扭矩：276.90（kN/m）
风荷载设计值：0.74（kN/m）
附着杆选用钢管：216.00×10.00
附着节点数：6
各层附着高度分别：21.0，0.36，0.51，0.66，0.81，0.96.0（m）
附着点1到塔吊的竖向距离：3.04(m)
附着点1到塔吊的横向距离：2.13(m)
附着点1到附着2的距离：5.86(m)
二、支座力计算
塔机按照说明书与建筑附着时，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视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：
风荷载取值q=0.74kN.m
计算结果：Nw=97.349kN
三、附着杆内力计算
计算简图：
计算单元的平衡方程为：
四、第一种工况的计算
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和风荷载扭短。

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，分别求得各附着最大的轴压力和轴拉力：
杆1的最大轴向压力为：242.05kN
杆2的最大轴向压力为：176.30 kN
杆3的最大轴向压力为：150.98 kN
杆1的最大轴向拉力为：242.05 kN
标2的最大轴向拉力为：176.3 kN
杆3的最大轴向拉力为：150.98kN
五、第二种工况的计算
塔机的非工作状态，风向顺着起重臂，不考虑扭矩的影响。

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

杆1的最大轴向压力为：84.05kN
杆2的最大轴向压力为：29.36 kN
杆3的最大轴向压力为：96.91 kN
杆1的最大轴向压力为：84.05kN
杆2的最大轴向压力为：29.36 kN
杆3的最大轴向压力为：96.91 kN
六、附着杆强度验算
1、杆件轴心受拉强度验算
验算公式：
σ=N/A n≤f
其中N——为杆件的最大轴向拉力，取N=242.05kN；
σ——为杆件的受拉应力；
A n——为杆件的截面面积，A n =6471.68mm2；
经计算，杆件的最大受拉应力σ=242.05×1000/6471.68=37.40N/mm2。

最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2，满足要求！
2、杆件轴心受压强度验算
验算公式：
σ=N/∮A n≤f
其中σ——为杆件的受压应力；
N——为杆件的轴向压力，杆1:取N=242.05kN；杆2：取N=176.30kN；
杆3：取N=150.98kN；
A n——为杆件的截面面积，A n =6471.68mm2；
∮——为杆件的受压稳定系数，是根据λ，查表计算得，杆1：取∮=0.856，杆2：取∮=0.745，杆3：取∮=0.869；
λ——杆件长细比，杆1:取λ=50.906，杆2:取λ=71.884，
杆3:取λ=47.049。

经计算，杆件的最大受压应力σ=43.69N/mm2。

最大压应力不大于拉杆的允许压应力215N/mm2，满足要求！
七、焊缝强度计算
附着杆如果采用焊接方式加长，对接焊缝强度公式如下：
其中N为附着杆的最大拉力或压力，N=242.050kN；
1w为附着杆的周长，取678.59mm；
T为焊缝厚度，t=10.00mm；
f t或f c为对接焊缝的抗拉或抗压强度，取185N/mm2；
经过焊缝强度σ=242050.00/（678.59×10.00）=35.67N/mm2。

对接焊缝的抗压或抗压强度计算满足要求！
八、塔吊附着对结构构件的验算
本方案以最不利组合的原则，选取了3#楼标准层塔吊附墙位置，为轴（3-9）~轴（3-14）与轴（3-M）相交区段的边梁上，如下图所示：
由图可知被附着的梁高500mm、宽度200m、长度2400mm，混凝土等级为C25，配筋形式为上层纵向钢筋各配2Φ16，下层纵向钢筋各配5Φ16 3/2，箍筋为Φ8@100/200（2）；
（1）构件最大挠度 1o/250-2400/250=9.60mm
弹性模量E=2.8*104N/mm2
（2）轴心最大挠度：Ymax=5p13/(384EI)
=5*242.05*103*24003/
（384*2.8*104*3.33*108）
=4.67mm<9.60mm
其中Ⅰy=hb3/12=500*2003/12=3.338(mm3) 满足要求；
三、塔吊稳定性验算
（一）塔吊最大起重状态下的稳定性验算
一、塔吊有荷载时稳定性验算
塔吊有荷载时，计算简图：
塔吊有荷载时，稳定安全系数可按下式验算
K1——塔吊有荷载时稳定安全系数，允许稳定安全系数最小取1.15；
G——起重机自重力（包括配重，压重），G=627.00(kN)；
c ——起重机重心至旋转中心的距离，c=0.50(m)；
h o——起重机重心至支承平面距离，h o=6.00（m）；
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离，b=2.50(m)；
Q——最大工作荷载，Q=60.00（kN）；
g——重力加速度（m/s2），取g=9.81；
v——起升速度，v=0.50(m/s)；
t——制动时间，t=3.00（S）；
a——起重机旋转中心至悬挂物重心的水平距离，a=11.00（m）;
W1——作用在起重机上的风力，W1=15.85(kN)；
W2——作用在荷载上的风力，W2=1.43（kN）；
P1——自W1作用线至倾覆点的垂直距离，P1=73.00（m）；
P2——自W2作用线至倾覆点的垂直哼，P2=2.50（m）；
h——吊杆端部至支承平面的垂直距离，h=115.00（m）;
n——起重机的旋转速度，n=0.60(r/min)；
H——吊杆端部到重物最低位置时的重心距离，H=112.50（m）；
a——起重机的倾斜角（轨道或道路的坡度），a=0.00（度）。

经过计算处到：
K1=1/[60.00×(11.00-2.50)]×{627.00×[0.50-6.00×sin0.00+2.50]-[60.00×0.50×(11.00-2.50)/(9.81×3.00)]-15.85×73.00-1.43×2.50-[（60.00×0.602×11.00×115.00）/（900-112.50×0.602）]}=1.33
“塔吊最大负载6T时，稳定性安全系数满足要求！”
（二）塔吊最远起重状态下时稳定性验算
塔吊有荷载时，计算简图：
塔由有荷载时，稳定安全系数可按下式验算：
K1——塔吊有荷载时稳定安全系数，允许稳定安全系数最小取1.15；
G——起重机自重力（包括配重，压重），G=627.00(kN)；
c ——起重机重心至旋转中心的距离，c=0.50(m)；
h o——起重机重心至支承平面距离，h o=6.00（m）；
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离，b=2.50(m)；
Q——最大工作荷载，Q=10.00（kN）；
g——重力加速度（m/s2），取g=9.81；
v——起升速度，v=0.50(m/s)；
t——制动时间，t=3.00（S）；
a——起重机旋转中心至悬挂物重心的水平距离，a=56.00（m）;
W1——作用在起重机上的风力，W1=15.85(kN)；
W2——作用在荷载上的风力，W2=1.43（kN）；
P1——自W1作用线至倾覆点的垂直距离，P1=73.00（m）；
P2——自W2作用线至倾覆点的垂直哼，P2=2.50（m）；
h——吊杆端部至支承平面的垂直距离，h=115.00（m）;
n——起重机的旋转速度，n=0.60(r/min)；
H——吊杆端部到重物最低位置时的重心距离，H=112.50（m）；
a——起重机的倾斜角（轨道或道路的坡度），a=0.00（度）。

经过计算得到：
K1=1/[10.00×(56.00-2.50)]×{627.00×[0.50-6.00×sin0.00+2.50]-[10.00×0.50×(56.00-2.50)/(9.81×3.00)]-15.85×73.00-1.43×2.50-[（10.00×0.602×56.00×115.00）/（900-112.50×0.602）]}=1.28
“塔吊最远负载1T时，稳定性安全系数满足要求！”
（三）塔吊无荷载时稳定性验算
塔吊无荷载时，计算简图：
塔吊无荷载时，稳定安全系数可按下式验算：
式中：
K2——塔吊无荷载时稳定安全系数，允许稳定安全系数最小取1.15；
G1——后倾覆点前面塔吊各部门的重力，G1=627.00(kN)；
c1——G1至旋转中心的距离，c1=0.50(m)；
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离，b=2.50(m)；
h1——G1至支承平面的距离，h1=6.00（m）;
G2——使起重机倾覆部分的重力，G2=23.30（kN）；
c2——G2至旋转中心的距离，c2=12.50（m）；
h2——G2至支承平面的距离，h2=115.00(m)；
W3——作用有起重机的几力，W3=11.84(kN)；
P3——W3至倾覆点的距离，P3=38.33（m）；
a——起重机的倾斜角（轨道或道路的坡度），a=0.00（度）
K2=[627.00×（ 2.50+0.50-6.00×Sin0.00）]/[23.30×(12.50-2.50+115.00×sin0.00)+11.84×38.33]=2.74
“塔吊有荷载时，稳定安全系数满足要求！”。