格构柱塔吊基础施工方案

东侧塔吊基础施工补充方案

编制： 审核： 审批：

浙江广诚建设有限公司

二0一二年七月

第一章 编制依据

塔基专项施工方案编写依据 7.20下午专家论证意见 地质勘察报告

《钢结构设计规范》GB 50017-2003

杭州新天地综合体E地块 岩土工程勘察报告 杭建监总（2012）13号文件 “塔式起重机安全规程”GB5144-2006 “塔式起重机技术条件” GB/T 5031-2008 “建筑机械使用安全技术规程”JGJ33-2001 “施工现场临时用电安全技术规范”JGJ46-2005 “建筑桩基技术规范”JGJ94-2008

“固定式塔式起重机基础技术规程”DB33/T1053-2008

“建筑施工塔式起重机安装、使用、拆卸安装技术规程”JGJ196-2010 “钢结构工程施工质量验收规范”GB50205-2001 “钢筋焊接验收规程”JGJ18-2003

“塔式起重机砼基础工程技术规程”JGJ/T187-2009 “建筑施工安全检查标准”JGJ59- 2011） 塔吊使用说明书

“关于加强建筑起重机械租赁、安装拆卸和使用安全管理的若干意见”杭建监总[2010]33号

第二章 计算书

基本参数

东侧塔吊 入土桩长（有效桩长） 21.1m（10.6m） ZK11 6-2强风化 4m*4m*0.4m,,C25混凝土，配筋双层双向18@300(HRB335) 主肢规格 L140*12 支撑构件 L140*12 格构柱顶标高 -9.7m 桩顶标高 -10.9m 孔位 持力层 构造承台 经计算，塔吊基础承载力符合要求

1、塔吊基本参数

塔吊型号：QT80A； 标准节长度b：3m；

塔吊自重Gt：449kN； 塔吊地脚螺栓性能等级：高强10.9级； 最大起重荷载Q：60kN； 塔吊地脚螺栓的直径d：36mm； 塔吊起升高度H：40m； 塔吊地脚螺栓数目n：16个； 塔身宽度B: 1.6m；

2、格构柱基本参数

格构柱计算长度lo：18.6m； 格构柱缀件类型：缀板； 格构柱缀件节间长度a1：0.5m； 格构柱分肢材料类型：L140x12； 格构柱基础缀件节间长度a2：1.5m； 格构柱钢板缀件参数:宽400mm，厚12mm； 格构柱截面宽度b1：0.48m； 格构柱基础缀件材料类型：L140x12；

3、基础参数

桩中心距a：1.5m； 桩直径d：0.8m；

桩入土深度l：10.6m； 桩型与工艺：泥浆护壁钻(冲)孔灌注桩； 桩混凝土等级：C35； 桩钢筋型号：HRB335； 桩钢筋直径：20mm；

钢平台宽度：1.98m； 钢平台厚度：0.04m； 钢平台的螺栓直径：36mm； 钢平台的螺栓数目：16个； 钢平台的螺栓性能等级：高强10.9级；

4、塔吊计算状态参数

地面粗糙类别：C类 有密集建筑群的城市郊区；风荷载高度变化系数：1.13； 主弦杆材料：角钢/方钢； 主弦杆宽度c：250mm； 非工作状态：

所处城市：浙江杭州市， 基本风压ω0：0.45 kN/m2；

额定起重力矩Me：0kN·m； 塔吊倾覆力矩M：1668kN·m； 工作状态：

所处城市：浙江杭州市， 基本风压ω0：0.45 kN/m2，

额定起重力矩Me：630kN·m； 塔吊倾覆力矩M：1039kN·m；

非工作状态下荷载计算 一、塔吊受力计算 1、塔吊竖向力计算

作用在基础上的垂直力：N=Gt=449.00=449.00kN；

2、塔吊倾覆力矩

最大弯矩值Mkmax=1668.00kN·m； 作用于承台顶面的作用力：Fk=449.00kN； Mkmax=1668.00kN·m； Vk=71.00kN；

图中x轴的方向是随时变化的，计算时应按照倾覆力矩Mmax最不利方向进行验算。

（1）、桩顶竖向力的计算

Nik=(Fk+Gk)/n±Mxkxi/Σxj2 式中：n－单桩个数，n=4；

Fk－作用于桩基承台顶面的竖向力标准值； Gk－桩基承台的自重标准值；

Mxk－承台底面的弯矩标准值；

xi－单桩相对承台中心轴的X方向距离； Nik－单桩桩顶竖向力标准值； 经计算得到单桩桩顶竖向力标准值

最大压力：Nkmax=Fk/4+(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=449.00/4+(1668.00×1.50×2-0.5)/(2×(1.50×2-0.5)2)=898.55kN；

最小压力：Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=449.00/4-(1668.00×1.50×2-0.5)/(2×(1.50×2-0.5)2)=-674.05kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2Vk/4=1.2×71.00/4=21.30kN；

二、塔吊与承台连接的螺栓验算 1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/4=315.54kN； Nv=1.2Vk/n=1.2×71.00/16=5.32kN<315.54kN； 螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt = Nmin

其中：n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，n1=n/4； Nt－每一颗螺栓所受的力； Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/4=408.36kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×674.05/4.00=202.22kN<408.36kN； 螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2 ≤ 1

其中：Nv、Nt－ 一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－ 一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值；

((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((5.32/315.54)2+(202.22/408.36)2)0.5=0.50； 螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

三、承台验算 1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力： Nv=Vk/n=71.00/16=4.44kN；

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/(4×1000)=315.54kN； 螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt = Nmin

其中：n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，即：n1=n/4； Nt－每一颗螺栓所受的力； Nt=Nmin/n1=674.05/4.00=168.51kN；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/(4×1000)=408.36kN； 螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2 ≤ 1

其中：Nv、Nt－ 一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－ 一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值； ((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((4.44/315.54)2+(168.51/408.36)2)0.5=0.41； 螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

四、单肢格构柱截面验算 1、格构柱力学参数

L140x12

A =32.51cm2 i =4.31cm I =603.68cm4 z0 =3.90cm 每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下： Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2] ×4=[603.68+32.51×(48.00/2-3.90)2]×

4=54952.18cm4；

An1=A×4=32.51×4=130.04cm2；

W1=Ix1/(b1/2-z0)=54952.18/(48.00/2-3.90)=2733.94cm3； ix1=(Ix1/An1)0.5=(54952.18/130.04)0.5=20.56cm；

2、格构柱平面内整体强度

1.2Nmax/An1=1078.26×103/(130.04×102)=82.92N/mm23、格构柱整体稳定性验算

L0x1=a2=1.50m；

λx1=L0x1×102/ix1=1.50×102/20.56=7.30； 单肢缀板节间长度：a1=0.50m； λ1=L1/iv=50.00/2.77=18.05；

λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(7.302+18.052)0.5=19.47； 查表：Φx=0.95；

1.2Nmax/(ΦxA)=1078.26×103/(0.95×130.04×102)=86.96N/mm24、刚度验算

λmax=λ0x1=19.47<[λ]=150 满足； 单肢计算长度：l01=a1=50.00cm； 单肢回转半径：i1=4.31cm；

单肢长细比：λ1=lo1/i1=50/4.31=11.6<0.7λmax=0.5×50=25； 因截面无削弱，不必验算截面强度。 分肢稳定满足要求。

五、整体格构柱基础验算 1、格构柱基础力学参数

单肢格构柱力学参数：

Ix1=54952.18cm4 An1=130.04cm2 W1=2733.94cm3 ix1=20.56cm

格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的，整个基础的力学参数： Ix2=[Ix1+An1×(b2×102/2-b1×102/2)2]×4=[54952.18+130.04×(1.50×102/2-0.48×102/2)2]×4=1572744.88cm4；

An2=An1×4=130.04×4=520.16cm2；

W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1572744.88/(1.50×102/2-0.48×102/2)=30838.13cm3； ix2=(Ix2/An2)0.5=(1572744.88/520.16)0.5=54.99cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=538.80×103/(520.16×102)+2335.20×106/(1.0×30838.13×103)=86.08N/mm2格构式基础平面内稳定满足要求。

3、格构柱基础整体稳定性验算

L0x2=lo=18.60m；

λx2=L0x2/ix2=18.60×102/54.99=33.83； An2=520.16cm2；

Ady2=2×32.51=65.02cm2；

λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(33.832+40×520.16/65.02)0.5=38.26； 查表：φx=0.91； NEX' = π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=65661.20N；

1.2N/(φxA) + 1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX)) ≤f

1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=-0.34N/mm2≤f=300N/mm2； 格构式基础整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x2=38.26<[λ]=150 满足； 单肢计算长度：l02=a2=150.00cm； 单肢回转半径：ix1=20.56cm；

单肢长细比：λ1=l02/ix1=150/20.56=7.3<0.7λmax=0.7×38.26=26.79 因截面无削弱，不必验算截面强度。

刚度满足要求。

六、桩竖向极限承载力验算

单桩竖向承载力标准值按下面的公式计算： Quk=Qsk+Qpk = u∑qsikli+qpkAp u──桩身的周长，u=2.513m； Ap──桩端面积,Ap=0.503m2； 各土层厚度及阻力标准值如下表:

土层 土厚度(m) 土侧阻力标准值(kPa) 土端阻力标准值(kPa) 土名称 5-2 2.29 15.00 300.00 粘性土 5-3 7.50 25.00 1000.00 粘性土 6-2 0.81 40.00 2000.00 强风化凝灰岩 由于桩的入土深度为21.1m,所以桩端是在6-2层土层。 因桩距小于3倍桩径，桩侧摩阻力乘以折减系数0.7。

单桩竖向承载力特征值: Quk=2.513×254.25×0.7+2000×0.503=1453.25kN； Nk=898.553kN≤1.2R=1.2×1453.25=1743.9kN； 桩基竖向承载力满足要求！ 七、抗拔桩基承载力验算

群桩呈非整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值： Tuk=Σλiqsikuili=1092.4kN；

其中： Tuk－桩基抗拔极限承载力标准值； ui－破坏表面周长，取u=πd=2.51m；

qsik－桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；

λi－抗拔系数，砂土取0.50～0.70，粘性土、粉土取0.70～0.80，桩长l与桩径d之比小于20时，λ取小值；

li－第i层土层的厚度。

群桩呈整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值： Tgk=（ulΣλiqsikli）/4=935.64kN；

ul－桩群外围周长，ul=4×（1.5+0.8）=9.2m； 经过计算得到：TUk=Σλiqsikuili＝1092.40kN；

桩基抗拔承载力公式： Nk≤ Tgk/2+Ggp Nk≤ Tuk/2+Gp

其中 Nk - 桩基上抗拔力设计值，Nk=674.05kN；

Ggp - 群桩基础所包围体积的桩土总自重设计值除以总桩数，Ggp =280.37kN； Gp - 基桩自重设计值，Gp =133.20kN； Tgk/2+Ggp=935.64/2+280.37=748.19kN>674.053kN； Tuk/2+Gp=1092.4/2+133.204=679.403kN>674.053kN； 桩抗拔满足要求。

八、桩配筋计算

1、桩构造配筋计算

按照构造要求配筋。

As=πd2/4×0.65%=3.14×8002/4×0.65%=3267mm2

2、桩抗压钢筋计算

经过计算得到桩顶竖向极限承载力验算满足要求,只需构造配筋！

3、桩受拉钢筋计算

经过计算得到桩抗拔满足要求，只需构造配筋！ 配筋值：HRB335钢筋，11Φ20。实际配筋值3456.2 mm2。

工作状态下荷载计算 一、塔吊受力计算 1、塔吊竖向力计算

作用在基础上的垂直力：N=Gt+Q=449.00+60.00=509.00kN；

2、塔吊倾覆力矩

总的最大弯矩值Mkmax=1039.00kN·m；

3、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：Fk=509.00kN；

Mkmax=1039.00kN·m； Vk=31.00kN；

图中x轴的方向是随时变化的，计算时应按照倾覆力矩Mmax最不利方向进行验算。

（1）、桩顶竖向力的计算

Nik=(F+G)/n±Myyi/Σyj2； 式中：n－单桩个数，n=4；

F－作用于桩基承台顶面的竖向力标准值； G－桩基承台的自重标准值； My－承台底面的弯矩标准值；

yj－单桩相对承台中心轴的Y方向距离； Nik－单桩桩顶竖向力标准值； 经计算得到单桩桩顶竖向力标准值

最大压力：Nkmax=Fk/4+(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=509.00/4+(1039.00×1.50×2-0.5)/(2×(1.50×2-0.5)2)=617.04kN；

最小压力：Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=509.00/4-(1039.00×1.50×2-0.5)/(2×(1.50×2-0.5)2)=-362.54kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2V/4=1.2×31.00/4=9.30kN；

二、塔吊与承台连接的螺栓验算 1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力：

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/4=315.54kN； Nv=1.2Vk/n=1.2×31.00/16=2.32kN<315.54kN； 螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt = Nmin

其中：n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，n1=n/4；

Nt－每一颗螺栓所受的力； Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/4=408.36kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×362.54/4.00=108.76kN<408.36kN； 螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2 ≤ 1

其中：Nv、Nt－ 一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－ 一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值； ((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((2.32/315.54)2+(108.76/408.36)2)0.5=0.27； 螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

三、承台验算 1、螺栓抗剪验算

每个螺栓所受剪力： Nv=Vk/n=31.00/16=1.94kN；

Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×36.002×310/(4×1000)=315.54kN； 螺栓抗剪强度满足要求。

2、螺栓抗拉验算

n1×Nt = Nmin

其中：n1－塔吊每一个角上螺栓的数量，即：n1=n/4； Nt－每一颗螺栓所受的力； Nt=Nmin/n1=362.54/4.00=90.63kN；

Ntb=πde2ftb/4=3.14×32.252×500/(4×1000)=408.36kN； 螺栓抗拉强度满足要求。

3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算

((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2 ≤ 1

其中：Nv、Nt－ 一个普通螺栓所承受的剪力和拉力；

Nvb、Ntb、Ncb－ 一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值； ((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((1.94/315.54)2+(90.63/408.36)2)0.5=0.22；

螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。

四、单肢格构柱截面验算 1、格构柱力学参数

L140x12

A =32.51cm2 i =4.31cm I =603.68cm4 z0 =3.90cm 每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下： Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2] ×4=[603.68+32.51×(48.00/2-3.90)2]×4=54952.18cm4；

An1=A×4=32.51×4=130.04cm2；

W1=Ix1/(b1/2-z0)=54952.18/(48.00/2-3.90)=2733.94cm3； ix1=(Ix1/An1)0.5=(54952.18/130.04)0.5=20.56cm；

2、格构柱平面内整体强度

Nmax/An1=740.45×103/(130.04×102)=56.94N/mm23、格构柱整体稳定性验算

L0x1=a2=1.50m；

λx1=L0x1×102/ix1=1.50×102/20.56=7.30； 单肢缀板节间长度：a1=0.50m； λ1=L1/iv=50.00/2.77=18.05；

λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(7.302+18.052)0.5=19.47； 查表：Φx=0.95；

Nmax/(ΦxA)=740.45×103/(0.95×130.04×102)=59.71N/mm24、刚度验算

λmax=λ0x1=19.47<[λ]=150 满足； 单肢计算长度：l01=a1=50.00cm； 单肢回转半径：i1=4.31cm；

单肢长细比：λ1=lo1/i1=50/4.31=11.6<0.7λmax=0.7×19.47=13.63；

因截面无削弱，不必验算截面强度。 分肢稳定满足要求。

五、整体格构柱基础验算 1、格构柱基础力学参数

单肢格构柱力学参数：

Ix1=54952.18cm4 An1=130.04cm2 W1=2733.94cm3 ix1=20.56cm

格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的，整个基础的力学参数： Ix2=[Ix1+An1×(b2×102/2-b1×102/2)2]×4=[54952.18+130.04×(1.50×102/2-0.48×102/2)2]×4=1572744.88cm4；

An2=An1×4=130.04×4=520.16cm2；

W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1572744.88/(1.50×102/2-0.48×102/2)=30838.13cm3； ix2=(Ix2/An2)0.5=(1572744.88/520.16)0.5=54.99cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=610.80×103/(520.16×102)+1454.60×106/(1.0×30838.13×103)=58.91N/mm2格构式基础平面内稳定满足要求。

3、格构柱基础整体稳定性验算

L0x2=lo=18.60m；

λx2=L0x2/ix2=18.60×102/54.99=33.83； An2=520.16cm2；

Ady2=2×32.51=65.02cm2；

λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(33.832+40×520.16/65.02)0.5=38.26； 查表：φx=0.91； NEX' = π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=65661.20N；

1.2N/(φxA) + 1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX)) ≤f

1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=6.62N/mm2≤f=300N/mm2；

格构式基础整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x2=38.26<[λ]=150 满足； 单肢计算长度：l02=a2=150.00cm； 单肢回转半径：ix1=20.56cm；

单肢长细比：λ1=l02/ix1=150/20.56=7.3<0.7*50=25 因截面无削弱，不必验算截面强度。 刚度满足要求。

六、桩竖向极限承载力验算

单桩竖向承载力标准值按下面的公式计算： Quk=Qsk+Qpk = u∑qsikli+qpkAp u──桩身的周长，u=2.513m； Ap──桩端面积,Ap=0.503m2； 各土层厚度及阻力标准值如下表:

序号 土厚度(m) 土侧阻力标准值(kPa) 土端阻力标准值(kPa) 土名称 5-1 2.29 15.00 300.00 粘性土 5-3 7.50 25.00 1000.00 粘性土 6-2 0.81 40.00 2000.00 强风化凝灰岩 由于桩的入土深度为21.1m,所以桩端是在6-2层土层。 因桩距小于3倍桩径，桩侧摩阻力乘以折减系数0.7，

单桩竖向承载力特征值: Quk=2.513×254.25×0.7+2000×0.503=1453.25kN； Nk=617.039kN≤1.2R=1.2×1453.25=1743.9kN； 桩基竖向承载力满足要求！ 七、抗拔桩基承载力验算

群桩呈非整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值： Tuk=Σλiqsikuili=1092.4kN；

其中： Tuk－桩基抗拔极限承载力标准值； ui－破坏表面周长，取u=πd=2.51m；

qsik－桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；

λi－抗拔系数，砂土取0.50～0.70，粘性土、粉土取0.70～0.80，桩长l与桩径d之比小于20时，λ取小值；

li－第i层土层的厚度。

群桩呈整体破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值： Tgk=（ulΣλiqsikli）/4=935.64kN；

ul－桩群外围周长，ul=4×（1.5+0.8）=9.2m； 经过计算得到：TUk=Σλiqsikuili＝1092.40kN； 桩基抗拔承载力公式： Nk≤ Tgk/2+Ggp Nk≤ Tuk/2+Gp

其中 Nk - 桩基上抗拔力设计值，Nk=674.05kN；

Ggp - 群桩基础所包围体积的桩土总自重设计值除以总桩数，Ggp =280.37kN； Gp - 基桩自重设计值，Gp =133.20kN； Tgk/2+Ggp=935.64/2+280.37=748.19kN> 362.539kN； Tuk/2+Gp=1092.4/2+133.204=679.403kN>362.539kN； 桩抗拔满足要求。

八、桩配筋计算

1、桩构造配筋计算

按照构造要求配筋。

As=πd2/4×0.65%=3.14×8002/4×0.65%=3267mm2

2、桩抗压钢筋计算

经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋！

3、桩受拉钢筋计算

经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋！ 配筋值：HRB335钢筋，11Φ20。实际配筋值3456.2 mm2。

二0一二年七月