塔吊基础设计计算方法

塔吊基础设计计算方法

地基基础采用预应力混凝土管桩基础，设计等级教工宿舍C1C4、教工宿舍C15C16为丙级，教工宿舍C5C6为乙级。抗震设防烈度为6度，设计使用年限50年。

标签：塔吊基础；四桩；预应力管桩；承载力；倾覆力矩

1 工程概况

广东水利电力职业技术学院从化校区教工宿舍工程包括C1C4、C5C6、C15C16共3栋主体建安工程，二期精装修以及其他配套工程等。

三栋建筑由教工宿舍C1C4和教工宿舍C5C6、教工宿舍C15C16组成，总建筑面积：17782.82m2。其中教工宿舍C1C4地上6层；教工宿舍C5C6地上12层；教工宿舍C15C16地上6层，基地建筑面积2358.99m2（其中C1C4为862.89m2；C5C6为745.05m2；C15C16为751.05m2）。C1C4首层层高3m，二层～六层层高为3.0m，六层以上层高均为3.2m；C5C6首层层高4m，二层～十二层层高3m，十二层以上4.7m；C15C16首层层高3m，二层～六层层高3m，六层以上3.9m。C1C4、C15C16建筑结构类型为异形柱框架结构，C5C6建筑结构类型为剪力墙结构。

教工宿舍C1C4、教工宿舍C15C16建筑结构类型为异形柱框架结构，教工宿舍C5C6建筑结构类型为剪力墙结构。建筑安全等级为二级，抗震设防类型为丙类。地基基础采用预应力混凝土管桩基础，设计等级教工宿舍C1C4、教工宿舍C15C16为丙级，教工宿舍C5C6为乙级。抗震设防烈度为6度，设计使用年限50年。建筑防火类别为二类，耐火等级为二级；主体建筑屋面工程防水为2级。

根据施工现场场地条件及周边环境情况，安装1台塔式起重机负责建筑材料的垂直及水平运输。

2 塔吊基础（四桩）设计

2.1 计算参数

采用1台QTZ80塔式起重机，塔身尺寸1.60m，地下室开挖深度为0m；现场地面标高-0.60m，承台面标高-0.30m；采用预应力管桩基础，地下水位-2.90m。

2.1.1 塔吊基础受力情况

图1 塔吊基础受力示意图

比较桩基础塔吊的工作状态和非工作状态的受力情况，塔吊基础按非工作状态计算如图。

Fk=464.10kN，Fh=73.90kN

M=1552.00+73.90×1.20=1640.68kN.m

Fk’=464.10×1.35=626.54kN，Fh’=73.90×1.35=99.77kN

Mk=（1552.00+73.90×1.20）×1.35=2214.92kN·m

2.1.2 桩顶以下岩土力学资料（如表1）

2.1.3 基础设计主要参数

基础桩采用4根φ400预应力管桩，桩顶标高-1.50m；桩混凝土等级C80，fC=35.90N/mm2，EC=3.80×104N/mm2；ft=2.22N/mm2，桩长20.10m，壁厚95mm；钢筋HRB335，fy=300.00N/mm2，Es=2.00×105N/mm2

承台尺寸长（a）=4.50m，宽（b）=4.50m，高（h）=1.30m；桩中心与承台中心 1.80m，承台面标高-0.30m；承台混凝土等级C30，ft=1.57N/mm2，fC=16.70N/mm2，γ砼=25kN/m3

Gk=abhγ砼=4.50×4.50×1.30×25=658.13kN

图2 塔吊基础尺寸示意图

2.2 桩顶作用效应计算

2.2.1 竖向力

（1）轴心竖向力作用下

Nk=（Fk+Gk）/n=（464.10+658.13）/4=280.56kN

（2）偏心竖向力作用下

按照Mx作用在对角线进行计算，Mx=Mk=1640.68kN·m，yi=1.80×20.5=2.55m

Nk=（Fk+Gk）/n±Mxyi/Σyi2

=（464.10+658.13）/4±（1640.68×2.55）/（2×2.552）=280.56±321.70

Nkmax=602.26kN，Nkmin=-41.14kN（基桩承受竖向拉力）

2.2.2 水平力

Hik=Fh/n=73.90/4=18.48kN

2.3 单桩允许承载力特征值计算

管桩外径d=400mm=0.40m，内径d1=400-2×95=210mm=0.21m，hb=0.60 hb/d=0.60/0.40=1.50，λp=0.16×1.50=0.24

2.3.1 单桩竖向极限承载力标准值计算

Aj=π（d2-d12）/4=3.14×（0.402-0.212）/4=0.09m2，

Apl=πd12/4=3.14×0.212/4=0.03m2

Qsk=u∑qsikli=πd∑qsikli=3.14×0.40×970.50=1218.95kN

Qpk=qpk（Aj+λpApl）=4000.00×（0.09+0.24×0.03）=388.80kN，

Quk=Qsk+Qpk=1218.95+388.80=1607.75kN

Ra=1/KQuk=1/2×1607.75=803.88kN

2.3.2 桩基竖向承载力计算

（1）轴心竖向力作用下

Nk=280.56kN4，按αL=4，查表得：υx=2.441

RHa=0.75×（α3EI/υx）χoa=0.75×（0.673×45600/2.441）×0.01=42.14kN

2.4.2 桩基水平承载力计算

Hik=18.48kNNkmin=41.14kN，基桩呈整体性破坏的抗拔承载力满足要求。

Tuk/2+Gp=853.26/2+28.40=455.03kN>Nkmin=41.14kN，基桩呈非整体性破坏的抗拔承载力满足要求。

2.6 抗倾覆验算

图3 倾覆点示意图