塔吊基础持力层及荷载力计算

　1、本工程选用QTZ80(ZJ6010)塔吊的基础持力层同主楼片筏基础持力层为③卵石层，地基承载力特征值为380KPa(考虑下卧层④凝灰熔岩残积黏性土，计算时地基承载力特征值取值为210KPa)。根据该型号塔吊说明书，砼基础的地基应能承受0.2Mpa以上的压力。故③卵石层符合作为塔吊基础地基的要求。

　 2、塔吊基础作荷载力验算。

　 塔吊基础承台平面尺寸设定为5500*5500mm，厚度为1250-1500mm（塔吊基础的厚度主要考虑相邻主体片筏基础厚度，并应大于等于1250 mm），砼强度等级为C35。塔吊基础承台垫层采用150mm厚C15素混凝土，每边比承台外边向外扩150mm。

　 1、塔吊的基本参数信息

　塔吊的独立高度：40.5 m；塔身宽度B：1.60*1.60m

　附着高度最高为:160 m；最大工作幅度为:60 m

　 基础承台厚度Hc：1250mm—1500mm，最大起重荷载F：80kN

　 基础承台宽度Bc：5.500 m，承台混凝土的保护层厚度：50mm

　砼基础载荷，以60米臂长时计：

　 工况

　Fv(KN)

　Fh(KN)

　M1(KN.m)

　M2(KN.m)

　Mk(KN.m)

　非工作

　504

　80

　1797

　0

　0

　工作

　632

　35

　1136

　1062

　334

　 Fv为基础所受的垂直载荷，Fh为基础所受的水平载荷，M1、M2为基础所受的倾翻力矩，Mk为扭矩。

　 2、塔吊基础承台计算

　非工作状态时候

　（1）参数信息

　塔吊型号：QTZ80，自重(包括压重)F1=504.00kN，最大起重荷载F2=80.00kN，塔吊倾覆力距M=1797.00kN.m，塔吊独立起重高度=40.50m，塔身宽度B=1.60m，混凝土强度等级：C30，基础厚度h=1.25m，基础宽度Bc=5.50m。持力层在为③卵石层，基础进入持力层不少于200mm，且土层均匀，视土层实际情况，塔吊承台面标高应高出底板面标高3~5cm(底板二次找平再行覆盖)。

　 （2）基础尺寸计算

　基础的厚度取：H=1.25m

　基础的宽度取：Bc=5.50m

　（3）塔吊基础承载力计算

　依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2条承载力计算。

　 计算简图：

　当不考虑附着时的基础设计值计算公式：

　当考虑附着时的基础设计值计算公式：

　当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

　 式中 F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=504+80=584kN

　 G──基础自重与基础上面的土的自重，G=26.5×Bc×Bc×Hc=1003kN；

　Bc──基础底面的宽度，取Bc=5.50m；

　W──基础底面的抵抗矩，W=Bc×Bc×Bc/6=27.73m3；

　M──倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和最大起重力距，M=1797.00+80x1.25=1897kN.m；

　a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：

　a=5.50/2-1897/(584+1003)=1.56m。

　 经过计算得到：

　 无附着的最大压力设计值：

　 Pkmax=(584+1003)/5.5 ² +1897/27.73=120.88kPa

　无附着的最小压力设计值：

　 Pkmin=(584+1003)/5.5 ² -1897/27.73=-15.95kPa

　有附着的压力设计值 P=(584+310+1003)/5.5 ² =62.71kPa

　偏心距较大时压力设计值 Pkmax=2×(584+1003)/(3×5.50×1.56)=123.31kPa

　（4）地基基础承载力验算

　地基承载力特征值为：fak =210kPa

　地基承载力特征值fak大于最大压力设计值Pkmax=120.88kPa，满足要求！

　地基承载力特征值1.2×fak大于偏心距较大时的压力设计值Pkmax=123.31kPa，满足要求！

　（5）受冲切承载力验算

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.8条。

　 验算公式如下：

　 式中 hp──受冲切承载力截面高度影响系数，取 hp=0.9625；

　ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取 ft=1.43kPa；

　am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度：

　am=[1.50+(1.50 +2×1.19)]/2=2.69m；

　h0──承台的有效高度，取 h0=1.19m；

　Pj──最大压力设计值，取 Pj=123.31kPa；

　Fl──实际冲切承载力：

　Fl=1.2x123.31×(5.50+3.88)×1.56/2=1083kN。

　 允许冲切力：

　0.7×0.9625×1.43×2690×1190=3082.6kN

　实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！

　（6）塔吊稳定性验算

　塔吊有荷载时稳定性验算

　塔吊有荷载时，计算简图：

　塔吊有荷载时,稳定安全系数可按下式验算：

　 式中　K1──塔吊有荷载时稳定安全系数，允许稳定安全系数最小取1.15；

　G──起重机自重力(包括配重，压重),G=564(kN)；

　c──起重机重心至旋转中心的距离,c=1.19(m)；

　h0──起重机重心至支承平面距离, h0=6.00(m)；

　b──起重机旋转中心至倾覆边缘的距离,b=2.50(m)；

　Q──最大工作荷载,Q=46.50(kN)；

　g──重力加速度(m/s2),取9.81；

　v──起升速度,v=0.67(m/s)；

　t──制动时间,t=20(s)；

　a──起重机旋转中心至悬挂物重心的水平距离,a=30.00(m)；

　W1──作用在起重机上的风力,W1=7.00(kN)；

　W2──作用在荷载上的风力,W2=1.3.00(kN)；

　P1──自W1作用线至倾覆点的垂直距离,P1=8.00(m)；

　P2──自W2作用线至倾覆点的垂直距离,P2=2.50(m)；

　h──吊杆端部至支承平面的垂直距离,h=126.15(m)；

　n──起重机的旋转速度,n=1.0(r/min)；

　H──吊杆端部到重物最低位置时的重心距离，H＝119.16.50(m)；

　──起重机的倾斜角，=0.00(度)。

　 经过计算得到　K1=1.178

　由于K1>=1.15,所以当塔吊有荷载时，稳定安全系数满足要求!

　（7）承台配筋计算

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.11条。

　 1、抗弯计算，计算公式如下：

　 式中 a1──截面I-I至基底边缘的距离，取 a1=(Bc-B)/2=(5.5-1.5)/2=2m；

　 P──截面I-I处的基底反力：

　P=1.2x123.31×(3×1.56-2)/(3×1.56)=83.74kPa；

　a'──截面I-I在基底的投影长度,取 a'=1.5m。

　 经过计算得

　 M=2.0²×[(2×5.5+1.50)×(1.2x123.31+83.74-2×1.2x1003/5.5 ²)

　+(1.2x123.31-83.74)×5.50]/12=753.66kN.m。

　 2、配筋面积计算,公式如下：

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.12条。

　 As=753.66×106/(0.9×1190×360.00)=1955mm2。

　 工作状态时候

　（1）参数信息

　塔吊型号：QTZ80，自重(包括压重)F1=632.00kN，最大起重荷载F2=80.00kN，塔吊倾覆力距M1=1136.00kN.m，M2=1062.00kN.m塔吊独立起重高度=40.50m，塔身宽度B=1.60m，混凝土强度等级：C30，基础厚度h=1.25m，基础宽度Bc=5.50m。持力层在为③卵石层，基础进入持力层不少于200mm，且土层均匀，视土层实际情况，塔吊承台面标高应高出底板面标高3~5cm(底板二次找平再行覆盖)。

　 （2）基础尺寸计算

　基础的厚度取：H=1.25m

　基础的宽度取：Bc=5.50m

　（3）塔吊基础承载力计算

　依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2条承载力计算。

　 计算简图：

　当不考虑附着时的基础设计值计算公式：

　当考虑附着时的基础设计值计算公式：

　当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

　 式中 F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=632kN

　 G──基础自重与基础上面的土的自重，G=26.5×Bc×Bc×Hc=1003kN；

　Bc──基础底面的宽度，取Bc=5.50m；

　W──基础底面的抵抗矩，W=Bc×Bc×Bc/6=27.73m3；

　M──倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和最大起重力距，M=1136.00+35x1.25=1180kN.m；

　a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：

　a=5.50/2-1180/(632+1003)=2.03m。

　 经过计算得到：

　 无附着的最大压力设计值：

　 Pkmax=(632+1003)/5.5 ² +1180/27.73=96.6kPa

　无附着的最小压力设计值：

　 Pkmin=(632+1003)/5.5 ² -1180/27.73=11.50kPa

　有附着的压力设计值 P=(632+310+1003)/5.5 ² =64.30kPa

　（4）地基基础承载力验算

　地基承载力特征值为：fak =210kPa

　地基承载力特征值fak大于最大压力设计值Pkmax=96.6kPa，满足要求！

　（5）受冲切承载力验算

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.8条。

　 验算公式如下：

　 式中 hp──受冲切承载力截面高度影响系数，取 hp=0.9625；

　ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取 ft=1.43kPa；

　am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度：

　am=[1.50+(1.50 +2×1.19)]/2=2.69m；

　h0──承台的有效高度，取 h0=1.19m；

　Pj──最大压力设计值，取 Pj=96.6kPa；

　Fl──实际冲切承载力：

　Fl=1.2x96.6×(5.50+3.88)×2.03/2=1104kN。

　 允许冲切力：

　0.7×0.9625×1.43×2690×1190=3082.6kN

　实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！

　（6）承台配筋计算

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.11条。

　 1、抗弯计算，计算公式如下：

　 式中 a1──截面I-I至基底边缘的距离，取 a1=(Bc-B)/2=(5.5-1.5)/2=2m；

　 P──截面I-I处的基底反力：

　P=1.2x(11.5+(96.6-11.5)x(5.5-(5.5-1.5)/2)/5.5)=54.16kPa；

　a'──截面I-I在基底的投影长度,取 a'=1.5m。

　 经过计算得

　 M=2.0²×[(2×5.5+1.50)×(1.2x96.6+54.16-2×1.2x1003/5.5 ²)

　+(1.2x96.6-54.16)×5.50]/12=490.4kN.m。

　 2、配筋面积计算,公式如下：

　依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2011第8.2.12条。

　 As=490.4×106/(0.9×1190×360.00)=1272mm2。

　 由于最小配筋率为0.15%,所以最小总配筋面积为：(h×Bc) ×0.15％＝1250x5500x0.15%=10313mm2。

　 故本工程塔吊天然基础承台配筋采用为Ⅲ级钢双层双向φ20@165。拉钩φ14@600，马凳采用φ20钢筋制作间距1000。

　 为保证塔吊地脚螺栓的预埋，在承台对角线加600×1250十字交叉梁，配筋上下双层各5Φ25，中部隔500加腰筋5Φ16，箍筋Φ12@200。

　 塔吊基础承台与地下室底板连为一体处，要做好施工缝的处理，在塔吊基础施工时预留底板插筋，底板施工前，应将接缝处凿毛，清理干净并涂刷一层素水泥浆后才能进行混凝土浇捣，保证施工缝处防水效果。

　 位于地下室范围以内的塔吊基础，由于塔吊承台顶标高等于地下室底板顶标高，在塔吊部位地下室顶板预留3米×3米洞口，洞口四周预埋止水钢板，洞口与梁交接处，在梁下口距洞口边200mm处设置200mm*200mm素混凝土构造柱（详见下图），待塔吊拆除后另行浇筑预留洞口混凝土后，将素混凝土构造柱拆除。

　 3、承台截面主筋的计算

　本工程塔吊基础承台配筋情况：

　 1、1250mm厚承台上下层钢筋配筋：双层双向34C20＠165，拉钩φ14@165，马凳筋布置φ18@1000。

　 2、1300mm厚承台上下层钢筋配筋：双层双向35C 20＠160，拉钩φ14@160，马凳筋布置φ18@1000。

　 3、1400mm厚承台上下层钢筋配筋：双层双向37C 22＠150，拉钩φ14@150，马凳筋布置φ18@1000。

　 4、1500mm厚承台上下层钢筋配筋：双层双向40C 22＠140，拉钩φ时14@140，马凳筋布置φ18@1000。

　 根据本工程主楼片筏基础厚度，选用塔吊承台相应厚度及配筋。

　 本工程部分塔吊承台基础顶面置于底板结构面,当底板梁/板穿过塔吊基础承台时，应预埋底板梁/板的钢筋。做法：在承台施工时，应在塔吊基础承台与底板梁交接处预插底板梁/板的受力筋，锚入承台内一个1.5倍的锚固长度，外露长度1.50m/0.50m，错开设置。承台与底板交接处设置止水钢板(止水钢板规格同地下室规定)，基础承台四周与底板交接部位施工缝应做凿毛处理并涂刷素水泥浆一道。具体见塔吊基础与承台连接大样详附图1。