塔式起重机固定式基础的设计与施工

塔吊基础的设计与施工

孙建飞1 ，姚燕雅2

（1.江苏赛华建设监理有限公司，无锡，214071

2.无锡市城市职业技术学院无锡，214071）

摘要：塔吊是建筑施工中最重要的运输工具之一，在建筑施工中具有举足轻重的作用。目前由塔吊引起的事故不断，因此，对塔吊基础的设计是否合理，施工是否规范都直接影响塔吊的使用安全。本文从几种常用的设计理论入手，对塔吊基础的设计作了具体的推导和说明，并对其验算过程和施工要求作了详细说明，建议设计和施工单位严格按照规范设计和施工，避免由塔吊所引起的事故。

关键词：塔吊基础；设计理论；验算；施工要求

引言

塔吊是建筑施工中最重要的运输机械工具之一，在建筑施工中具有举足轻重的作用。近年来，塔吊事故不断，成为施工中事故多发点和事故源，其原因是多方面的，其中一个主要原因是基础设计存在问题。塔吊基础设计是交叉的学科，塔吊是施工机械，主要的设计理论来源是机械设计的有关理论，应用的规范是《塔吊起重机设计规范》，塔吊基础则为一般的构筑物，适用于一般的建筑设计规范，而塔吊厂家提供的塔吊内力数据是根据机械设计规范得到的，这给塔吊基础设计带来不确定性。

因此，塔吊基础设计要从实际出发，结合工程实际，具体问题具体分析。下面是对几种常用的塔吊基础设计方法的探讨。

1 荷载的选取

塔吊随建筑物的升高而不断升高，并由开始悬臂形式变成升到一定高度后的附着形式，工作状态和非工作状态时荷载差别很大，而且需要作360°旋转，因此荷载变化很大，当吊臂在基础对角线方向时，基础处于最大受力状态。塔吊在独立高度状态下既有垂直荷载，又有很大的弯矩荷载，其总荷载一般比附着时大得多。因此塔吊安装手册通常提供了最大独立高度状态下工作和非工作状态荷载。非工作状态下由于风载大得多，弯矩最大，设计计算时通常选取最大独立高度状态下的非工作状态的荷载作为设计荷载。

2塔吊基础形式

塔吊基础可分为天然基础和桩基础。设计塔吊基础时应首先考虑采用天然基础，如因条件限制无法采用或必须采取更多附加措施才能采用时，可考虑直接选用桩基础。若在深基坑边设塔吊，则更应选用桩基础。

3塔吊基础设计计算

3.1 采用天然基础计算

3.1.1 基础几何尺寸计算

根据《塔式起重机设计规范》(GB/T13752—92) 和《建筑地基基础设计规范》（GB5007—2002）中5.2.1—2及5.2.2—4按下列公式进行抗倾翻稳定性验算，见图１。

图1 塔吊抗倾覆稳定性计算简图

h v g M+F h b e =F +F 3

≤ （1） ()

v g kmax a 2F +F P = 1.2f 3ba ≤ （2）

由于水平力Ｆh 相对于Ｆｖ、Ｍ很小，可忽略不计，

但为了确保安全，通常取ｅ＝b/4、系数1.2改为1。这样可得到如下公式：

2v 4M =b F +rb h （3） ()

2v B 28F +rb h =P 3b （4）

联合公式(3)和(4)即可得出b 、h 。

式中：e —偏心距；Ｆｖ、Ｆh —作用在基础上的垂直、水平载荷；M —作用在基础上的弯矩；b 、h —基础底面宽度、高度；P kmax —基础底面边缘最大压力；f a —地基承载力；r —砼容重；F g —基础自重。

3.1.2 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》GB 50007—2002第 5.2.3条。

计算公式如下:

()b d m fa =fak+(b-3)+d-0.5ηγηγ （5）

Fa —修正后的地基承载力特征值(kN/m 2

)；f ak —地基承载力特征值；ηb 、ηd —基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；γ—基础底面以上土的重度，地下水位以下取浮重度；b —基础底面宽度(m)，当基宽小于3m 按3m 取值，大于6m 按6m 取值；γm —基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；d —基础埋置深度(m)。

3.1.3 底板配筋计算

按图２可知，基础底面Ⅰ—Ⅰ处压力P I 、M I ()1I Kmax 2b-b P =P 3b

（6）

()()12I I Kmax 1M =P +2P b-b 24

（7） 配筋面积计算：

s 0y

M As =h f γ （8）

=ξ(9)

s =1-2ξγ (10)

s 2

1c 0M =f bh αα (11) 式中：M Ⅰ—截面Ⅰ—Ⅰ处弯矩；P Ⅰ—基础底面Ⅰ—Ⅰ处压力；P kmax —基础底面边缘最大压力；b 1—塔身边长；b —基础底面宽度；h 0—基础有效高度；f y —钢筋的抗拉强度设计值；f c —混凝土抗压强度设计值。αl —当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，取为0.94,期间按线性内插法确定。

I

P

图2 基础受力示意图

倾向45Y

图3 塔吊桩式基础计算简图

3.1.4 抗冲切验算

抗冲切强度可按《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)中8.2.7—1、8.2.7—2、8.2.7—3公式进验算。若抗冲切验算不符合要求时，可以配置竖向钢筋，这时基础底板的抗冲切强度按下式计算：

I y y F f A ≤ （12）

式中：f y —钢筋的抗拉强度设计值；A y —穿过冲切破坏锥体斜截面的全部竖向钢筋截面面积。

3.1.5 设计理论构造及施工要求

①施工时必须严格进行地基验槽工作，确保基承载力达到设计要求。地基承载力小于

140KPa 不宜作为持力层；②一般中型塔吊基础高度不宜小于1200～400mm ，强度等级不得小于C35，最小配筋不宜小0.2%；③塔吊基础必须做好排水措施，严防锈蚀；④安装完塔吊后应定期进行垂直度观测，将偏差值控制在允许范围内。

3.2采用桩基础计算

3.2.1采用承台式基础

如图３所示，图中ｘ轴的方向在平面内是随机变的，设计时应按吊臂在基础对角线方向进行验算。

3.2.2桩型及桩距选择

塔吊基础的桩型应和工程桩型相同，这样既可以利用现场已有的桩机打桩，也便于利用工程桩，以降低费用。当塔吊地脚螺杆中至中距离大于3d （预估桩径）时，取塔吊地脚螺杆间距为桩距；当塔吊地脚螺杆中至中距离小于3d （预估桩径）时，取3d （预估桩径）为桩距。

3.2.3桩内力计算

按图３，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）中公式5.1.1—2可得到：

v g

x i 2

i

F +F M +Y N =n Y ±∑ （13）

3.2.4桩的承载力计算

① 计算时注意事项

a.基坑开挖后边坡土体位移滑动，破坏桩土间的结合，因此应考虑对桩承载力的影响，通常不计算土方开挖面以上部分桩的摩擦力。

b.塔吊在弯矩作用下，对桩产生向上的拔力，因此塔基础桩应设计为抗拔桩。

② 单桩承载力设计值可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）中公式5.2.8及《预应力混凝土管桩技术规程》（DBJ/T15—22—98）计算得到：

sk rk uk pk sik si pk p Q Q +Q +Q u q l +q A ==∑ （14）

③ 单桩抗拔力设计值可根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）5.2.17条规定、公式5.2.18—18及《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）中7.4.1公式计算得到：

k sik i i i sk i rk i U Q U Q +Q =λλ=λλ∑ （15）

3.2.5抗倾覆验算

可按简图４进行验算。

F 图4 抗倾覆验算简图

M K =

1.5M ≥抗抗倾 （16）