自升式附墻塔吊基礎設計探討

摘要：隨著我國經濟建設的不斷發展，各大中城市高層建筑不斷增多，塔式起重機的應用越來越廣泛；塔吊已成為高層建筑施工垂直運輸的主動脈。本文對塔吊基礎類型選擇、風荷載、荷載組合和附墻等設計有關問題作比較詳細論述，僅供參考。

關鍵詞：塔吊 設計 探討

0 引言

隨著我國經濟建設的不斷發展，各大中城市高層建筑不斷增多，塔式起重機的應用越來越廣泛；塔吊已成為高層建筑施工垂直運輸的主動脈。但是，目前塔吊基礎設計尚無規范可依，各種設計文獻介紹塔吊基礎設計有關問題的亦不多見，施工手冊[1][2]也未列出塔吊基礎設計章節，本文對塔吊基礎類型選擇、風荷載、荷載組合和附墻等設計有關問題作比較詳細論述，僅供參考。

1 塔吊基礎類型選擇

1.1 塔吊基礎類型 目前國內自升式附墻塔吊基礎類型主要包括砼獨立基礎和樁基兩大類。如果自然地基條件較好，選擇砼獨立基礎比較合理，計算比較簡單，費用較低；如果自然地基較差，包括回填土或淤泥質土較厚，承載能力較低，選擇樁基比較安全可靠。選擇樁基時，其樁基形式最好與工程樁類型相同，在施工工程樁時，一并將塔吊樁基與工程樁一起施工，節省樁機進退場費用。

1.2 塔吊不均勻沉降影響 在樁基選擇型時應考慮基礎不均勻沉降塔吊的影響，因為塔吊對基礎不均勻沉降極為敏感，塔吊安裝規范對塔吊傾斜度要求甚高。因此，塔吊基礎計算時應著重考慮沉降計算，并考慮高壓電線與鄰近建筑物等阻礙對塔吊使用的影響。

1.3 注意事項

1.3.1 高層深基坑圍護結構影響 城市高層建筑深基坑設有圍護結構，包括擋土墻、砼灌注樁、水泥攪拌樁、錨桿和土釘墻等形式，由于塔吊基礎與離建筑距離受到限制，塔吊基礎往往與圍護結構相重疊，如塔吊兩個砼樁基落在水泥攪拌樁中，另兩個在自然土中，這極易造成塔基不均勻沉降；在設計時應著重考慮這一點，應盡力加長塔吊樁基長度，防止不均勻沉降影響。有的深基坑有水平支撐，當其水平支撐拆除時，基坑圍護樁及頂圈梁將產生很大位移，這對塔吊基礎影響很大，會導致塔吊瞬時間嚴重傾斜，如某工程深基坑鋼筋砼水平支撐拆除時，塔吊樁基承臺發生較大水平位移，其樁基上部（大約長15m）與地基產生空隙，樁基承載能力瞬時急速下降，塔基平臺產生傾斜，塔吊頂部傾斜值大大超過規范允許值。因此，塔吊基礎設計時應考慮該因素的影響。

1.3.2 利用工程樁作塔吊樁基 由于受到各種條件限制，可以利用工程樁來作為塔吊樁基（或利用一部份），此時應考慮工程樁承載力是否允許。由于高層建筑主體施工時，室內地面墻體等裝飾未施工，樓面活荷載也未加上，故工程樁承載力有一定的富余系數可滿足塔吊基礎傳來荷載，必要時應與設計單位商討。我公司施工的哈市聯通大廈塔吊利用建筑物大雨蓬處四個工程樁，在4個樁頂部設置十字交叉砼大梁作為塔吊承臺，施工過程中，塔吊使用良好，順利地完成施工任務。

1.3.3 軟弱地基上獨立基礎設計 我公司施工的哈爾濱一個工程，設置一臺塔吊，由于各種原因無法采用樁基作塔吊基礎，只能采用砼獨立基礎，而其地質條件極差，持力層是淤泥質土，承載能力很低。我們采用擴大砼獨立基礎底面積辦法進行設計，在施工期間使用情況良好，未發生不均勻沉降現象。通過該實例，我們認為在砼獨立基面設計時，只要進行沉降計算，嚴格控制塔基沉降量，即使是承載能力很低的淤泥質土，也可以保證塔吊安全運行。

2 風荷載

2.1 傾覆力矩與風荷載 國內生產的塔吊產品說明書中提供了塔吊自重，水平力和傾覆力矩等參數，但其中傾覆力矩是否包括風荷載，未加以說明，建議生產廠家的產品說明書應具體注明是否包括風荷載。（一般限塔機所受最大荷載的工況都應該包括風荷載）

2.2 風荷載計算 根據《建筑結構荷載規范》（GJ9—87）的有關規定，風荷載值按下式計算：

Wk=βz·μs·μE·Wo

式中Wk——風荷載標準值，kN/m²；

Βz——z高度處的風振系數；

Μs——風荷載體型系數；

μE——風壓高度變化系數；

Wo——基本風壓。kN/m²。

哈市地區的基本風壓值取Wo＝0.45kN/m²。當塔吊附墻前高度為40m時，市區高度變化系數Wz＝1.24。風載體型系數按桁架公式計算。其中桁架的檔風系數φ=∑AC/Af·AcW為珩架投影面積。計算風振系數∮，先計算塔吊立柱鋼構架桿件自振周期T，當塔吊高取40m時，根據經驗公式T=0.01H=0.01×40=0.4秒。按規范公式βZ=1＋ξ·V·φZ/UZ計算風振系數βZ

設塔吊鋼兩立柱距離為B，則塔吊立柱線荷載為：W=WK×B

風荷載對塔吊基礎產生的力矩為：M風=0.5W×H²

3 荷載分項系數與組合系數

3.1 荷載分項系數 采用建筑結構設計規定，靜荷載取1.2，活荷載取1.4。

3.2 荷載組合系數 參考建筑結構框架剪力墻計算，取值如下：靜荷載取1.0；塔吊產品說明書中規定傾覆力矩取1.0，風荷載取0.8～1.0。

4 塔吊基礎計算

4.1 砼獨立基礎 由于塔吊主要荷載為傾覆力矩，且值較大，基礎必須按下列公式計算。

4.1.1 防基礎傾覆，偏心率e應滿足：e＝M/（G1+G2）≤A/3

上式中M包括塔吊產品說明書中列出傾覆力矩、水平力產生彎矩和風荷載組合產生彎矩，G1與G2分別表示塔吊自重與砼基礎自重，A為基礎塔吊邊長。

4.1.2 地基容許承載力 ①偏心距e≤A/6時，Pmax=(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f ②偏心距e≤A/6時，Pmax=2(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f

上式中，A與B為獨立基礎邊長。W為獨立基礎截面系數，f為基礎承載力標準值。計算時應分別按塔吊工作與非工作狀態考慮，在塔吊安裝與使用過程中幾種不同結構形式分別進行計算。一般情況下，塔吊最為不利情況為塔吊未附墻時，塔吊實際高度，非工作狀態情況。

4.2 樁基

4.2.1 荷載 ①塔吊自重P。②塔吊基礎自重Q。③塔基力矩M，包括產品說明書中塔吊傾覆力矩，塔吊水平力作用產生的力矩和風荷載以及地震荷載產生力矩之和。

若不考慮樁承臺復合地基來進行計算，則樁基豎向承載荷重為

N＝(P+Q)/n±MX·Yi/∑Yi²±MX·Xi/∑Xi²

上式中，MX、MY為X與Y方向總力矩，Xi、Yi為第i樁至X或Y軸距離，n為樁的數量。

4.2.2 樁基豎向承載力 按《建筑樁基技術規范》（JGJ94—94）中公式進行計算樁基豎向承載力R，樁基荷載效應滿足：

roN≤R

roNmax≤1.2R

ro為樁基重要性系數，取1.0或1.1。