塔吊基础的设计和计算

塔吊基础的设计与计算（刘宏林）一、塔吊基础的设计依据GB/T13752-1992 塔式起重机设计规范JGJ/T187-2009 塔式起重机混凝土基础工程技术规程GB50007-2011 建筑地基基础设计规范JGJ94-2008 建筑桩基技术规范GB50017-2003 钢结构设计规范二、塔吊基础设计选型塔吊基础形式应根据工程地质、荷载大小与塔机稳定性要求、现场条件、技术经济指标，并结合塔吊厂商提供的《塔机使用说明书》要求确定。

塔吊基础设计常用类型分为板式基础（矩形、方形）、十字形基础和桩基础、组合式基础。

板式基础是由钢筋混凝土筑成的平板形基础；十字形基础是由长度和截面相同的两条互相垂直等分且节点加腋的混凝土条形基础组成的基础；板式基础、十字形基础适用于地基承载力较高，基坑较浅的工程。

板式基础十字形基础应用工程有：建行灾备中心、光谷新世界等工程、武汉保利文化广场（利用底板）桩基础是由预制混凝土桩、预应力混凝土管桩、混凝土灌注桩或钢管桩及上端连接的矩形板式或十字形梁式承台组成的基础；桩基础适用于在软弱土层，浅基础不能满足塔机对地基承载力和变形的要求或因场地限制，塔吊布置于地下室范围内且不需在土方开挖之前投入使用的工程。

桩基础应用工程有： 武汉万达广场（桩+承台）、武商摩尔城（桩+承台）组合式基础是由若干格构式钢柱或钢管柱与其下端连接的基桩以及上端连接的混凝土承台或型钢平台组成的基础；适用于因场地限制，塔吊布置于地下室范围内且需在土方开挖之前投入使用的工程。

应用工程有：天津117大厦（桩+钢格构柱+钢承台）；福新惠誉（桩+钢格构柱+混凝土承台）；组合式基础三、塔吊基础设计计算 1、基础荷载取值采用塔机制造商提供的《塔机使用说明书》的基础荷载，包括作用于基础顶的竖向荷载标准值（F k ）、水平荷载标准值（F vk ）、倾覆力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值（M k ）及扭矩荷载标准值（T k ）；基础荷载还包括基础及其上土的自重荷载标准值（G k ）。

如：TC5613塔式起重机厂家给定的基础荷载如下表：础荷载2、板式基础设计和计算⑴设计构造要求：基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜采用坡星或台阶形截面的基础。

基础的混凝土强度等级不应低于C25，垫层混凝土强度不应低于C10，厚度不小于100mm。

板式基础在基础表层和底层配置直径不应小于12mm、间距不应大于200mm 的钢筋，且上、下层主筋应用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接；架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半预埋于基础中的塔机基础节锚栓或预埋节，应符合塔机制造商提供的《塔机使用说明书》规定的构造要求，并应有支盘式锚固措施。

矩形基础的长边与短边长度之比不宜大于2，宜采用方形基础。

板式基础一般根据地勘报告提供的地基承载力特征值，从塔机制造商提供的《塔机使用说明书》中的基础中选取。

如：TC5613塔式起重机厂家给定的基础图如下：注：本基础应采用整体钢筋砼基础。

对基础的基本要求如下：1）基础下土质应坚固夯实，根据土质情况，可选用不同的基础（见左固定基础图）；2）砼强度等级不得低于，地耐力不小于表2的规定；3）砼基础的深度应大于1350；4）砼基础的四个固定支腿上表面应校水平，平面度误差小于1/500。

表2注：表1中及弯矩为基础最大弯矩工况载荷，扭矩为基础最大扭矩工况载荷。

表1固 定 基 础（.）（.）（）（）工况载荷非工作工况工作工况纵横向各33-¦µ25纵横向各30-¦µ25纵横向各27-¦µ25纵横向各33-¦µ25纵横向各30-¦µ25下 层 筋上 层 筋架立筋地耐力砼方量重 量纵横向各27-¦µ25塔式起重机固定基础图⑵设计计算 1）抗倾覆验算k vk k kM F h e F G +=+2）地基承载力验算 ①求基础底面平均压应力kk kF G p bl=+②求基础底面边缘最大压应力值 当偏心距时：max 2()3k k k F G p la+=其中，a ——合力作用点至基础底面最大压力边缘的距离当偏心距时：maxk k k k vk F G M F h p bl W =+++③修正后的地基承载力特征值/4e b≤④地基承载力验算基础底面压力应同时符合：——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值； ——相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值；a f ——修正后的地基承载力特征值3）基础计算①求基底静反力基底净反力采用基底平均压力设计值p ：max 12p p p +=max p 、1p ——荷载效应基本组合计算的基底边缘最大压力值、塔机立柱边的基底压力值。

②求弯矩设计值8/)(2a b Pl M -=其中a 为塔吊标准节边长 ③基础受弯计算按单筋矩形截面进行受弯配筋计算，计算简图如图所示。

k a p f ≤ax 1.2km ap f ≤kp axkm p (3)(0.5)aakb d m b d f f ηνην=+-+-单筋矩形截面的计算简图单筋矩形截面受压区混凝土的等效应力图求截面抵抗矩系数s α201bh f Mc s αα=求相对受压区高度ξb s ξαξ≤--=211b ξ取0.55（≤C50 HRB330）0.518(≤C50 HRB400)求内力臂系数s γξγ5.01-=s =2211sα-+求配筋sAh f MA y s s γ=求最小配筋sAbh A s min ρ=ytf f 45.0min =ρ，且2.0min ≥ρ 底部钢筋取配筋最大值，上部钢筋不小于底部钢筋的一半，一般对称布置。

③基础受剪计算07.0bh f V t h β=410800⎪⎪⎭⎫⎝⎛=h h β当h0小于800mm 时取h0=800mm 当h0≥2000mm 时取h0=2000mm 3、十字形基础计算1）设计构造要求：十字形基础主筋应按梁式配筋，主筋直径不应小于12mm ，箍筋直径不应小于8mm 且间距不应大于200mm ，侧向构造纵筋的直径不应小于10mm 且间距不应大于200mm 。

架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半。

十字形基础的节点处应采用加腋构造。

2）基础计算倾覆力矩设计值（M ）和水平荷载设计值（Fv ）应按其中任一条形基础纵向作用计算，竖向荷载设计值（F ）应由全部基础承受。

其他参考板式基础。

5、桩基础计算1）桩端持力层的选择桩端持力层宜选择中低压缩性的黏性土、中密或密实的砂土或粉土等承载力较高的土层。

桩端全断面进入持力层的深度，对于黏性土、粉土不宜小于2d ，对于砂土不宜小于1.5d ，碎石类土不宜小于1d；当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力土层厚度不宜小于3d ，并应验算下卧层的承载力。

2）桩基计算桩基计算应包括桩顶作用效应计算、桩基竖向抗压及抗拔承载力计算、桩身承载力计算、桩承台计算等，可不计算桩基的沉降变形。

(1)桩顶作用效应计算桩顶作用效应，应取沿矩形或方形承台对角线方向的倾覆力矩和水平荷载及竖向荷载进行计算。

当采用十字形承台时，倾覆力矩和水平荷载的作用应取其中任一条形承台按其纵向作用进行计算，竖向荷载应按全部桩基承受进行计算。

基桩的桩顶作用效应计算公式： 轴心竖向力作用下 k kk F G Q n+=偏心竖向力作用下 max min vk k k k k vk k k k k F G M F hQ n LF G M F hQ n L++=+++=-式中：kQ ──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，基桩的平均竖向力； max k Q ──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最大竖向力； min k Q ──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最小竖向力；k F ──荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力；kG ──桩基承台及其上土的自重标准值，对稳定的地下水位以下部分应扣除水的浮力；n ──桩基中的桩数kM ──荷载效应标准组合时，沿矩形或方形承台的对角线方向作用于承台顶面的力矩；vk F ──荷载效应标准组合时，塔机作用于承台顶面的水平力；h ──承台的高度；L ──矩形承台对角线两端基桩的轴线距离；(2) 桩基竖向承载力计算桩基竖向承载力应符合： m a x 1.2k ak aQ R Q R ≤≤式中a R ──单桩竖向恒载力特征值；a sia i pa p R u q l q A =⨯⨯+⨯∑pa q 、sia q ──桩端端阻力、桩侧阻力特征值，由当地静载荷试验结果统计分析算得；p A ──桩底端横截面面积；u ──桩身周边长度； i l ──第i 层岩土的厚度。

(3) 桩的抗拔承载力桩的抗拔承载力应符合：k aa i sia i pQ R R u q l G λ''≤'=+∑式中k Q '——按荷载效应标准组合计算的基桩拔力；a R '——单桩竖向抗拔承载力特征值；i λ——抗拔系数，当无试验资料且桩的入土深度不小于6.0m 时，可根据土质和桩的入土深度，取i λ=0.5～0.8（砂性土，桩入土较浅时取低值；黏性土和粉土，桩入土较深时取高值）；p G ——桩身的重力标准值，水下部分按浮重度计。

(4)桩身承载力计算：轴心受压桩桩身承载力应符合：0.9ps ys c c Q f A f A ϕ''≤+ 式中Q ──荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值；c ϕ──基桩成桩工艺系数，混凝土预制桩和预应力混凝土空心桩取0.85；干作业非挤土灌注桩取0.90；泥浆护壁和套管护壁非挤土灌注桩和挤土灌注桩取0.70～0.80；软土地区挤土灌注桩取0.60；c f ──混凝土轴心抗压强度设计值；按现行《混凝土结构设计规范》取值，桩身混凝土等级为C30；ps A ──桩身横截面积；y f '──纵向主筋抗压强度设计值；s A '──纵向主筋截面面积；轴心抗拔桩桩身承载力应符合：y s py py Q f A f A '≤+式中Q '——荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值；y f 、py f ——普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值；s A 、py A ——普通钢筋、预应力钢筋的截面面积。

(5)承台计算：①承台弯矩计算公式：x i iy i i M N y M N x ==∑∑其中x M ,y M ──分别为绕X 轴、Y 轴方向计算截面处的弯矩设计值(kN ·m)；i x ,i y ──分别为垂直y 轴、x 轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； i N ──扣除承台及格构柱自重，在荷载效应基本组合下的第i 桩桩顶竖向反力设计值(kN)当板式承台基础下沿对角线布置4-5根基桩时，宜在桩顶布置暗梁。