格構式塔吊基礎的設計

齊延年

(山西六建集團有限公司，山西太原 030024)

1 工程概況

太原市某地下車庫，地下1層，建筑物采用框架—剪力墻結構，平面呈矩形。建筑物總高8．7 m，±0．00高程為786．65 m，室外標高為－1．050 m，地基采用天然地基，基礎采用梁式筏板基礎，基底標高－10．170 m。地下水位較高，地下水位在2．7 m～2．8 m之間，基坑支護采用鋼筋混凝土灌注樁+內鋼支撐。降水工程采用深井降水。

施工中設置一臺5013型自升式塔式起重機，為了提高塔吊的利用率(土方開挖、鋼支撐施工時使用塔吊)，加快施工進度，塔吊基礎采用格構式塔吊基礎。

2 設計依據

GB 50009-2001建筑結構荷載規范(2006年版);GB 50010-2002混凝土結構設計規范;JGJ94-2008建筑樁基技術規范;JGJ/T 187-2009塔式起重機混凝土基礎技術規程;工程巖土工程勘察報告。5013自升式塔式起重機說明書。

3 計算參數

1)5013塔吊，在標準高度非工作狀態下，作用于基礎頂面的作用力為:垂直力V=430 kN，力矩M=1 910 kN·m，水平力H=85 kN。要求基礎承載力200 kPa。2)塔吊基礎設計尺寸為長4m×寬4m×厚1．25 m，C30混凝土，塔基基礎頂標高－2．82 m(見圖1)。3)塔吊承臺下布設4根格構柱，格構柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L100×12，綴板采用360×250×10，間距650 mm。格構柱凈長6．00 mm，格構柱錨入灌注樁內 2 400 mm，錨入塔吊基礎內700 mm。4)格構柱下設鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，樁徑800 mm，樁頂標高 －10．07 m，樁長23．00m，樁距取2．40m。灌注樁縱筋為HRB335級16Φ18，全長貫通，周邊均勻配置，螺旋箍筋在格構柱插入部位為φ8@100，其余φ8@200。加強筋為HRB335級Φ16@2 000。5)地質狀況。根據該工程巖土工程勘察報告，地質狀況見表1。

表1 工程地質狀況

4 格構柱驗算

1)塔吊基礎自重:G=4m×4m×1．25m×25 kN/m3=500 kN。

2)格構柱、基礎承臺所承受的風荷載標準值為:ωk=0．8βzμsμzω0=0．8 × 1．85 × 1．75 × 0．84 × 0．4 kN/m2=0．87 kN/m2。

圖1 塔吊基礎設計尺寸

3)格構柱、基礎承臺所承受的風荷載產生水平力、對格構柱產生的彎矩分別為:

當塔身沿塔基軸線方向傾覆時:

當塔身沿塔基對角線方向傾覆時:

4)當塔身沿塔基軸線方向傾覆時，以塔基底面為受力分析對象，受力簡圖如圖2所示。

M風+M+V ×1．2m+G ×1．2m －2Fb×2．4m+H ×7．25m=0(以A為基點)。

得 Fa= －305 kN，Fb=770 kN。

5)當塔身沿塔基對角線方向傾覆時，豎向力V，G對格構柱產生的壓力為F=(V+G)/4=(430 kN+500 kN)/4=232．5 kN。H，M對樁產生的力受力簡圖如圖3所示。

圖2 沿軸線傾覆受力簡圖

圖3 沿對角線傾覆受力簡圖

則:

F1+F2=0。

F1×1．697－F2×1．697+M風+M+7．25 m ×H=0(以 C 為基點)。

F1=766．8 kN，F2= －766．8 kN。

則樁Fa，Fb受力為:

6)格構柱整體穩定性驗算:

格構柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L10×12，綴板采用360×250×10，間距按650 mm。

格構柱長度L按6 m考慮。

則 λx=L/i=600/17．36=34．56。

λ1=40/1．95=20．51。

則格構式軸心受壓構件 λ0x= √(34．562+20．512)=40．19，查表得:

最大承載力 N=φfA=0．899×9 120×210=1 721．76 kN ＞1 352．52 kN(可以滿足設計要求)。

7)格構柱分肢長細比驗算:

可以滿足要求。

8)格構柱綴件所受剪力:

9)綴板所受彎矩和剪力為:

5 灌注樁承載力驗算

根據地質勘察報告，采用鉆孔灌注樁時，樁側阻力、端阻力特征值見表2。

表2 樁側阻力、端阻力特征值

樁頂標高擬定于－10．17 m，相對于自然地坪約－9 m。

5．1 灌注樁受壓豎向極限承載力驗算

樁徑800 mm，樁長23 m，單樁豎向抗壓承載力特征值為:

Quk=u∑qsikli+apskAp=3．14×0．8×(13×1．4+26×13+8．6 ×31)+3．14 ×0．4 ×0．4 ×325=2．512 × (18．2+338+266．6)+163．28=1 564．5+163．28=1 727．8 kN≥1 352．52 kN(可以滿足設計要求)。

5．2 灌注樁抗拔豎向極限承載力驗算

Tuk=up=3．14×0．8×(13×1．4×0．6+26×13×0．6+8．6 ×31 ×0．75)=1 039．14 kN≥841．02 kN(可以滿足設計要求)。

5．3 灌注樁抗拔正截面受拉承載力驗算

灌注樁配筋為HRB335級鋼筋混凝土16Φ18。

γ0Nd≤fyAy。

γ0Nd=1 × 841．02=841．02 kN ＜ fyAy=300 N/mm2×4 069．44 mm2=1 220．83 kN，滿足要求。

6 承臺計算

角樁軸線位于塔機塔身柱的沖切破壞錐體以內，且承臺高度符合構造要求，不進行承臺角柱沖切的承載力驗算。

沿塔吊基礎對角線設暗梁(見圖5)，暗梁配筋計算:暗梁截面800 mm×1 250 mm，混凝土強度為C30，鋼筋采用HRB335，混凝土保護層厚度30 mm。

計算簡圖見圖4。

圖4 暗梁計算簡圖

圖5 塔吊基礎對角線剖面圖

塔機對角線上立桿的荷載設計值:

6．1 受彎計算

A，B支座反力為:

最大彎矩在截面2位置:

彎矩設計值 M2=946．67 ×0．565=534．868 kN·m。

6．2 配筋計算(fcm彎曲抗壓設計強度16．5 N/mm2)

查表得 γs=0．985 8。

按單筋截面計算。

配 6Φ22 鋼筋 As=2 281 mm2＞1 519．81 mm2。

6．3 抗剪計算

最大剪力在B支座截面，剪力設計值V=946．67 kN。

ft=混凝土軸心抗拉強度1．5 N/mm2。

混凝土受剪承載力:

式中計算截面的剪跨比:λ =a/h0=0．565/1．19=0．474 ＜1．5，取 λ =1．5。

箍筋按構造要求配置，φ8@200(四肢箍)。

則暗梁配筋為:頂部鋼筋為6Φ22，受力鋼筋為6Φ22，箍筋為φ8@200(四肢箍)。

承臺上下均配鋼筋網，Φ20雙向@165。豎向架立鋼筋φ14@495。

7 塔吊基礎說明

1)5013塔吊基礎尺寸為長4 m×寬4 m×厚1．25 m，C30混凝土，塔基基礎頂標高－2．82 m，沿基礎對角線方向配置800×1 250暗梁，暗梁上部配6Φ22鋼筋，下配6Φ22鋼筋，箍筋 φ8@200(四肢箍)。承臺上下均配鋼筋網，Φ20雙向@165，豎向架立鋼筋φ14@495。

2)塔吊承臺下布設4根格構柱，格構柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L100×12，綴板采用360×250×10，間距650 mm。格構柱凈長600 mm，格構柱錨入灌注樁內2 400 mm(并與灌注樁主筋焊接)，錨入塔吊基礎內700 mm。

格構柱間設水平撐及剪刀撐，均采用L100×12角鋼，焊縫不得小于6 mm。

格構柱伸入工程承臺內部時應設止水鋼板，底部內封閉。

3)格構柱下設鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，樁徑800 mm，樁頂標高為 －10．07 m，樁長23．00 m，樁距取為 2．40 m。灌注樁縱筋為HRB335級16Φ18，全長貫通周邊均勻配置，螺旋箍筋在格構柱插入部位為φ8@100，其余φ8@200。加強筋為HRB335級Φ16@2 000。

4)土方開挖過程中應保護好組合式基礎的格構式鋼柱，土方開挖至－10．27時，應立即澆筑200 mm厚C15混凝土墊層(并摻入早強劑)，平面尺寸及位置同承臺基礎。