塔吊基础计算

【案例7.6.2】塔吊基础计算

某厂生产的5015液压自升式塔吊，生产厂家提供的资料基本数据见图

图5.9 塔机稳定性计算简图 1.基础所承受的荷载的计算、分析

塔吊附墙装置只承担风荷载等水平荷载及弯矩、扭矩，不承担自重等坚向荷载，将塔身、附墙简化为多跨连续梁受力模型，通过受力分析、可以得出结论：塔吊在独立高度状态下，所承受的风载等水平荷载及各种弯矩、扭矩对底座即对基础产生的荷载最大；安装附墙装置以后，各种水平荷载及弯矩、扭矩等主要由附墙承担。塔吊上升到最大高度以后，对基础的荷载与独立高度相比仅多了标准节的重量，而其所传的风荷载要小得多。

故下面荷载取值均以独立高度状态计算，分工作状态和非工作状态两种工况分别进行受力分析；

a.工作状态

1)自重

基础尺寸初步选为4.8×4.8×1.2m

基础自重g F =4.8×4.8×1.2×24=664kN

塔吊独立高度(49.5m )满载8t 时的自重:

1V F =530kN 2)风荷载产生的倾覆弯矩

1M 2/W W q C P A H =••=12()/W C A A H

η•+=1.3×250×1.15×0.675=252/N m W

C －风力系数，取值1.3 2

W P －计算工作风压值,验算整体抗倾覆稳定性时取0.2502/kN m 1

A －塔身前片结构迎风面积 2A －塔身后片结构迎风面积

12A A bH ω===0.422×1.6H =0.675H

ω－塔前后片结构充实率，考虑安全网等面积，取为0.422，1.6m 为塔身宽度。 η－两片绗架前片对后片的挡风系数，取0.15

w F =qH =252×49.5=12480kN =12.5kN 1M = 212qH ==112.549.52⨯⨯=309/kN m H 为独立高度状态下，从基础到塔吊顶的高度，取49.5m 3) 满载时塔机产生的倾覆弯矩2M

最大工作工况时塔机自身产生的倾覆弯矩为2M ，向前弯矩为正，向后弯矩为负：

大臂自重向前弯矩：21M =1φ

×56.8kN ×25=1.1×56.8×25=1420kN m •

最大起重荷载产生的向前弯矩： 22M =2φ×80×11.6=1.3×80×11.6=1206kN m •

小车位于上述位置时向前弯矩：

23M =1φ×7×11.8=1.0×7×11.8=83kN m • 平衡臂向后弯矩：

24M =-1φ×32.4×(6.5+1.6) = －1.0×32.4×8.1=－262kN m •

平衡重向后弯矩： 25M =1φ×74.6×(13.5+1.6) = －1.0×74.6×15.1=－1126kN m •

说明：塔机最大起重力矩一般情况下应当将最大起重量与相应最大幅度的乘积和臂端最大幅度与相应起重量的乘积作比较，取两者中的较大值。本例中，23M

是根据塔机的起重性能曲线表查出来的最大起重力矩，是最大起生量与其相应幅度的乘积。 1φ－自重冲击系数1.0~1.1，有利时1.0，无利时1.1

2φ－起重荷载动载系数1.3

22122232425

M M M M M M =++++=1420+1206-83-262-1126=1321kN m • 4)工作状态下的最大弯矩

故工作状态下的最大弯矩为：12G

M M M

=+=309+1321=1630kN m • 5)扭矩

起重臂回转启动、刹车或大风吹来时产生的扭矩：

按一般构造要求，塔吊基础平面尺寸一般在4×4m 以上，砼为C20以上，基础的开裂扭矩 To=0.70

t t W f =0.70×1/3×3b ×t f 0l T =1/4To=1/4×0.70×1/3×34×61.1t f =4100kN m •

一般塔吊底座所受的扭矩在1000kN m •以内，远小于1/4开裂扭矩，故设计中可不考虑扭矩的作用。

b.非工作状态

(1)自重

减少8T 最大起生量,

2V F =450kN

(2)风荷载 非工作状态时风荷载应按暴风风压取值，深圳地区取为：

3W P =2/kN m q =1.2×1.3×1300×1.15×0.675=1574/N m

w F =qH =1574×49.5=77.9kN

1M = 31

2W F H

•=0.5×77.9×49.5=1928kN m •

按GT/T13752-92规定，非工作工况下，风荷载是从平衡臂吹向起重臂，即向前弯矩。

(3)非工作倾覆弯矩F M

塔吊本身向前弯矩，与工作状态相比，少了最大起重荷载弯矩

22M 及小车位于该处的弯矩23M

2M =21M -24M -25M =1420-262-1126=32kN m •

F M =1M +

2M =1928+32=1960kN m •＞G M =1960kN m •

C.基础受力

综合以上分析、计算，可知塔吊在非工作状态时对基础传递的荷载最大。基础受力为：

(1)坚向荷载：

V F =2V F +

g F =450+664=1114kN

(2)水平风荷载： w F =qH =1574×49.5=77.9kN 水平风荷载及非工作时塔吊本身对基础产生的弯矩:

F M =1960kN m • 则天然地基或桩基所受弯矩为：

j M =1M +W F H

•=1960+77.9×1.2=2053kN m •

2.塔吊基础设计计算

a.基础尺寸

初步确定基础尺寸为4.8×4.8×1.2m

b.基础抗冲切验算 因底面积小，H 大，V F

小，不可能发生冲切破坏，一般塔吊基础抗冲强度是冲切强度的4倍以上,验算过程从略。

c.基础抗倾覆验算

不能满足抗倾覆要求，故适当扩大基础平面尺寸 h V g M F h e F F +•=+=196077.9 1.2450664+⨯+=1.84＞3b =1.6m

不能满足抗倾覆要求，故应适当扩大基础平面尺寸，现取5.6×5.6×1.2m

g F =5.6×5.6×1.2×24=903kN h V g M F h e F F +•=+=196077.9 1.2450903+⨯+=1.52＜3b =1.87m ,满足要求

d.地基承载力的验算 设地基容许承载力[

B p ]=2002/kN m 2()3V g B F F p al +==2(450903)3 5.6 1.28⨯+⨯⨯=1262/kN m ＜[B p ]=2002/kN m ,满足要求． 上式中，l －地面反力的合力至基础倾覆边的距离

l ＝1/2b －e ＝2.8-2053/1353=1.28m

e.基础配筋计算

设基础砼20C ,cm f =112/N mm ,0h =1130mm ,y f =2/N mm