塔吊基础设计计算方案

1.塔吊基础设计计算方案

一、设计依据

1.《建筑桩基础技术规范》JGJ84—94

2.《混凝土结构设计规范》GB50040—2002

3.《建筑地基基础设计规范》GB50007—2002

4.《建筑地基基础设计规范》DB33/1001—2003

5.《建筑机械使用安全规程》JGJ33—2001

6.《建筑结构荷载规范》GB50009—2002

7.本工程《岩石工程勘察报告》

8.施工图纸

9.简明施工计算手册

10.塔吊使用说明书

二、塔吊选型

本工程为框剪结构，地下一层，总建筑面积246389m2、本标段72500m2。地上18~32层，地下室Ⅱ区地面结构标高为-5.6m,地下室Ⅱ区顶板结构标高为-1.20m,板厚500mm,5#--6#楼建筑物高度最大为98.6m, 5#--6#楼构架顶标高105.3m,7#--9#楼建筑物高度最大为55.3m, 7#--9#楼构架顶标高62m。根据本工程特点、布局，拟选用4台浙江凯达电梯制造有限公司制造的QTZ63型液压自升塔式起重机（简称塔吊），其相关技术参数适用于本工程垂直运输需要。

三、塔吊位置的确定

为最大限度的满足施工需要，拟将塔吊位置作如下确定：

塔吊基础：5#塔吊设置在5#楼E—F轴/24—25轴，7#塔吊设置在7#楼E—F轴/8—6轴，8#塔吊设置在8#楼Q轴/8—9轴，9#塔吊设置在9#楼B1轴/13轴，具体详见塔吊平面布置图。

四、塔吊基础的确定

1.地质参数以本工程《岩石工程勘察报告》中有关资料为计算依据（以Z50孔为依据），

其主要设计参数（见土层设计计算参数表）。

2.塔吊基础受力情况（说明书提供）

3.所定的塔吊位根据建筑结构条件、地质条件以及塔吊各项技术参数确定：塔吊基础桩采

用机械钻孔混凝土灌注桩，桩径800，桩长38M（有效桩长），桩身混凝土C25，钢筋笼全

长配筋16A20，A8@100/200（螺旋箍），附加箍筋A14@2000，桩顶3000内A8@100，钢筋

伸入承台800，桩数4根。桩顶标高为-7.10(-7.25)m,桩位布置及基础承台平面尺寸详见附图。

4.采用钢筋混凝土承台，尺寸为4000×4000×1000mm，内配钢筋双层双向A20@200，

承台混凝土强度C30，承台顶标高-6.15(6.30)m,基础下100厚C15混凝土垫层。在塔吊承台位置地下室底板预留洞4000×4000，四周设一道止水板，与基础连接处用100厚泡沫板相隔并做防水处理。塔吊基础处后浇带处理方法同地下室后浇带。塔身穿楼板处，楼板预留洞四周比塔身外围大500mm(2600×2600),该处梁板后浇带处理方法同地下室顶板后浇带。

五、塔吊基础施工

塔吊基础混凝土机械钻孔桩，将由在现场施工工程桩的施工队伍施工，并按其专项施工

方案进行操作。

考虑到今后塔吊安装方便，施工中有关预埋件需同步进行埋设，并要确保其位置准确性。

塔吊基坑土方开挖时间随同本工程地下室，并预先施工。

由于塔吊基础在地下室顶板以下，故在塔吊基础施工前，要对基础处挖基坑，基坑支护围护

做法如下：

鉴于现场自然地坪标高为-1.6900M,塔吊基坑底标高为-6.55M，实际挖深-4.95M,属深基

坑挖设。场地土质查地质勘察报告为淤泥质土层，难以支护，经比较，选定上层2M大放坡

开挖，下层3.4M用钢板桩支护，此支护方法为温州市淤泥质土比较成熟方法。钢板桩材料

选用国标16#槽钢，长度9M，从-4.00M平台处打入土中，外露20cm，四边角加料撑部分用

单排槽钢并排打入，中间3M用正反扣连接方式打入，钢板桩内侧加两道水平梁支撑，水平

梁用双槽钢扣成方管焊接而成，接头处450拼角，四角斜撑与水平梁接触处除焊接外，另加

焊槽钢，以防水平梁受力时斜撑焊缝破坏，造成梁突然破坏，水平梁布置两道，第一道距钢

板桩上口500处布置，第二道距第一道1500布置，保证钢板受力均匀，不发生变形。

开挖时注意事项：

1.对作业人员做好安全、技术交底、每个人员分工明确。

2.基坑开挖时由施工人员指挥人、机作业、安全员现场协调安全工作。

3.划定作业范围、存土、转土地点、挖机行走路线，作业半径内严禁人员行走。

4.在土方边坡顶，钢板桩顶设置沉降观测点，开挖中与开挖后定时观测，发现异常，立即

采取措施。

5.基坑设置专用扶梯，以供人员上下，工人在基坑内作业时，设专人在上面指挥，以免上

面物体落入坑内，同时一且发现支护异常，立即通知人员撤出。

6.基坑周边设立警戒线，围护设置，防止与基坑施工无关人员误伤，同时保护基坑内作业

人员安全。

7.制定应急措施：

○1挖掘机随时待命，一旦沉降异常难以控制，即用挖机将支护周围土方挖低御载。

○2准备工字钢、松木（6M）、钢板桩发生鼓肚变形时，进行水平加固。

2.第一部分：QTZ63C（5709）型塔吊桩基础计算书

一．参数信息

塔吊型号: QTZ63C（5709）主要部件重量如下表：

自重(包括压重)F1=50438×9.80665÷1000=496.63kN,最大起重荷载

F2=6×9.80665=58.84kN

塔吊倾覆力距M=1552.00kN.m,塔吊起重高度H=58.8m,塔身宽度B=1.60m 混凝土强度:C30,钢筋级别:Ⅱ级,承台长度Lc或宽度Bc=4.00m

桩直径d=0.80m,桩间距a=2.40m,承台厚度Hc=1.00m

基础埋深D=1.00m,承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:50mm

二．塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算

1.塔吊自重(包括压重)F1=496.63kN

2.塔吊最大起重荷载F2=58.84kN

作用于桩基承台顶面的竖向力F=(F1+F2)×1.2=665.56Kn

塔吊的倾覆力矩M=1.4×1552=2172.80kN.m

三. 矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算

计算简图：

图中x 轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M 最不利方向进行验算。

塔吊基础平面

塔吊基础受力示意图

(一)单桩允许承载力特征值计算

1.单桩竖向承载力特征值计算

1)按地基土物理力学指标与承载力参数计算

A P=πr2=0.5024m2

R a=q pa A p+up∑q sia l i(DB33/1001—2003)(9.2.3-1)

q pa A P=0

up∑q sia l i=1.88×（5.58×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×1.02）=1282.414KN 即R a=1282.41KN

2)桩身截面强度计算

□ □0.7×11.9×5.03×105=4189.99KN

其中,——工作条件系数，取0.7

f c——混凝土轴心抗压强度设计值，f c=11.90N/mm2;

Ap ——桩的截面面积，A=5.03×105mm2。

2.单桩抗拔力特征值计算

R a’=u p∑6i q sia l i+G PK (DB33/1001—2003)(9.2.7—1)

=1282.414+429.552=1711.966KN

u p∑6i q sia l i=1.88×(5.88×7.00×1.02+10.2×8.00×1.02+9.7×13.00×1.02+4.1×

23.00×1.02+4.1×15.00×1.02+3.2×16.00×1.02+1.5×26.00×1.02+4.4×40.00×

1.02)=128

2.41KN

0.9G pk=0.9×π×0.42×38×25=429.552KN

(二)单桩桩顶作用力的计算和承载力验算

1.轴心竖向力作用下：

Q k=(F K+G K)/n （DB33/1001—2003）(9.2.1-1)

=(666.56+480)/4=286.64KN

2.偏心竖向力作用下：

按照M x=M k=2172.8+73.9×1.0=2246.7KN·m

（DB33/1001—2003）（9.2.1-2）= (666.56+750)/4±2246.7×1.7×/ （）

=354.14±476.25

（单桩承载力满足要求）=

（单桩抗拔满足要求）

3.水平作用下：

=73.9/4=18.48KN 其中 n ——单桩个数，n=4；

F ——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=666.56kN ；

G ——桩基承台的自重

G=1.2×(25×B c ×B c ×H c +20×B c ×B c ×D)

=1.2×(25×4.00×4.00×1.00+20×4.00×4.00×0.00) =480.00k N ；

Mx,My ——承台底面的弯矩设计值(kN.m)；取2172.80KN.m; xi,yi ——单桩相对承台中心轴的XY 方向距离a/2=1.70m; Ni ——单桩桩顶竖向力设计值(kN)。

(三) 矩形承台弯矩的计算

(依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)

其中 Mx1,My1——计算截面处XY 方向的弯矩设计值(kN.m)； xi,yi ——单桩相对承台中心轴的XY 方向距离

取a/2—B/2=0.90(m)；

F h =73.90KN

Ni1——扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n=486.17KN/m2;

经过计算得到弯矩设计值：

Mx1=My1=2×486.17×0.90=875.11KN.m。

四、矩形承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2102)第7.2条受弯构件承载力计算。

式中，α1——系数，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，α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；

f c——混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2;

h0——承台的计算高度H c-50.00=950.00mm;

f y——钢筋受拉强度设计值，f y=300.00N/mm2;

经过计算得：

875.11×106/(1.00×16.70×4000.00×1000.002)=0.013;

1-(1-2×0.013)0.5=0.013

=1-0.013/2=0.994;

=A sy=875.00×106/(0.994×950.00×300.00)=3088.59mm2。

基础承台配筋为A20@200双向双层（As=3849mm）>3088.59mm2,满足要求。

五、矩形承台截面抗剪切计算

依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。

根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，记为V=673.67kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：

其中γ0——建筑桩基重要性系数，取1.0；

b0——承台计算截面处的计算宽度，b0=4000mm；

h0——承台计算截面处的计算高度，h0=1000mm；

β——剪切系数

当0.3≤<1.4时，β=0.12(+0.3);

当1.4≤ 3.0时，β=0.12(+1.5),得β=0.10;

fc——混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；

fy——钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；

S——箍筋的间距，S=200mm。

则，1.00×673.67=6.74×105N≤0.10×300.00×4000×1000=7.63×106N;

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!

六、抗倾覆验算

根据上图所示，可得：

倾覆力矩M 倾=M+F h ×H=2172.80+73.9×1=2246.7KN.m 抗倾覆力矩M 抗=（F k +G k ）×0.5α+2R ta ×b i

=(666.56+750)×(0.5×4.5)+2×1069.87×3.7=11104.3KN.m 故由上述计算结果，得

M 抗/M 倾=11104.3/2246.7=4.97>1.6 (抗倾覆满足要求

)

倾覆点

七、桩配筋计算

根据DB33/1001—2003中的9.1.10的要求，本方案设计中的桩不属于抗拔桩及承受水平力为主的桩，所以桩身配筋按最小配筋率计算。

灌注桩桩身按最小配筋率0.65%计算。

As=ρA=0.65%×π×4002=3267.25mm2

所以桩身按最小配筋率配筋，桩身配筋为16A20，

A’si=254.5×16=4072mm2>Asi

第二部分：塔吊附着计算

塔机安装位置至建筑物距离超过使用说明规定，需要增长附着杆或附着杆与建筑物连接的两支座间距改变时，需要进行附着的计算。主要包括附着杆计算、附着支座计算和锚固环计算。

一、支座力计算

塔机按照说明书与建筑物附着时，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简化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：

风荷载标准值应按照以下公式计算：

W K=W0×u z×u s×βz=0.600×1.170×1.350×0.700=0.633KN/M2;

其中W0——基本风压（KN/m2）,按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：

W0=0.600KN/m2;

u z——风压高度变化系数，按照《建筑结构荷载规范》（GBJ9）的规定采用：u z=1.350;

u s——风荷载体型系数：u s=1.170;

βz——高度Z处的风振系数，βz=0.700;

风荷载的水平作用力：

Q=W K×B×K S=0.663×1.600×0.200=0.212KN/m;

其中W K——风荷载水平压力，W K=0.663KN/m2;

B——塔吊作用宽度，B=1.600m;

K S———迎风面积折减系数，K s=0.200;

实际取风荷载的水平作用力 q=0.212KN/m;

塔吊的最大倾覆力矩：M=882.00KN/m;

弯矩图

变形图

剪力图

计算结果：N W=77.7189KN

二、附着杆内力计算

计算简图：

计算单元的平衡方程：

ΣF X=0

T1COSα1+T2COSα2-TCOSα3=-N W COSθ

ΣF Y=0

T1sin1+T2sinα2+T3sinα3=-N W sinθ

ΣM0=0

T1[(b1+c/2)cosα1-(α1+c/2)sinα1]+T2[(b1+c/2)cosα2-(α1+c/2)sin2]

+T3[-(b1+c/2)cosα3+(α2-α1-c/2)sinα3]=M W

其中：

α1=αrctg[b1/α1] α2=αrctg[b1/(α1+c)] α3=αrctg[b1/(α2-α1-c)] 第一种工况的计算

塔机满载工作，风向垂直于起重重臂，考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩合风荷载扭矩。

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，求得各附着最大的。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合。杆1的最大轴向压力为：88.29KN;

杆2的最大轴向压力为：1.47KN;

杆3的最大轴向压力为：75.87KN;

杆1的最大轴向拉力为：43.37KN;

杆2的最大轴向拉力为：43.62KN;

杆3的最大轴向拉力为：85.08KN;

第二种工况的计算：

塔机非工作状态，风向顺着着起重臂，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和轴拉力。

杆1的最大轴向压力为：65.83KN;

杆2的最大轴向压力为：15.94KN;

杆3的最大轴向压力为：79.34KN;

杆1的最大轴向拉力为：65.83KN;

杆2的最大轴向拉力为：15.94KN;

杆3的最大轴向拉力为：79.34KN;

三、附着杆强度验算

1.杆件轴心受拉强度难验算

验算公式：σ=N/A n≤f

其中：σ——为杆件的受拉应力；

N——为杆件的最大轴向拉力，取N=85.084KN;

A n——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm；

A n=π/4×[1592-（159-2×6）2]=2883.982mm2。

经计算，杆件的最大受拉应力σ=85083.744/2883.98=29.502N/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/φA n≤f

其中：σ——为杆件的受拉应力；

N——为杆件的最大轴向拉力,杆1：取N=88.29KN;

杆2：取N=15.942KN;

杆3：取N=79.337KN;

A n——为杆件的截面面积，本工程选取的是钢管A159×6mm；

A n=π/4×[1592-（159-2×6）2]=2883.982mm2。

I——钢管的惯性矩，I=π/64×[1594-（159-2×6）4]=8451869.913

i ——钢管的回旋半径，i=(8451869.913/2883.982)1/2=54.135

λ——杆件长细比，杆1：取λ=104，杆2：取λ=123，杆3：取λ=104

φ——为杆件的受压稳定系数，是根据λ查表计算得：

杆1：取φ=0.529,杆2：取φ=0.421, 杆3：取φ=0.529;

经计算，杆件的最大受压应力σ=57.874N/mm2，

最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求。

四、附着支座连接的计算

附着支座与建筑物的连接多采用与预埋件在建筑物构件的螺栓连接。预埋螺栓的规格和施工要求如果说明书没有规定，应该按照下面要求确定：

1.预埋螺栓必须用Q235钢制作；

2.附着的建筑物构成件混凝土强度等级不应低于C20；

3.预埋螺栓的直径大于24mm ；

4.预埋螺栓的埋入长度和数量满足下面要求：

0.75nπdlf=N

其中n为预埋螺栓数量；d为预埋螺栓直径；1为预埋螺栓埋入长度；f为预埋螺栓与混凝土粘接强度（C20为1.5N/mm2,C30为3.0N/mm2）;N为附着杆的轴向力。

5.预埋螺栓数量，单耳支座不少于4只，双耳支座不少于8只；预埋螺栓埋入长度不少于

15d;螺栓埋入端应作弯钩并加横向锚固钢筋。

五、附着设计与施工的注意事项

锚固装置附着杆在建筑结构上的固定点要满足以下原则：

1.附着固定点应设置在丁字墙（承重隔墙和外墙交汇点）和外墙转角处，切不可设置在轻

质隔墙与外墙汇交的节点处；

2.对于框架结构，附着点宜布置在靠近柱根部；

3.在无外墙转角或承重隔墙可利用的情况下，可以通过窗洞使附着杆固定在承重内墙上；

4.附着固定点应布设在靠近楼板处，以利于传力和便于安装。