室内电影文化公园项目工程塔机基础方案.doc

XX室内电影文化公园项目工程

塔
机
基
础
方
案

一、 工程概括
1.1 工程名称：XX室内电影文化公园项目
1.2 工程地点：XX市沙湖边汉街西端，烟霞路以北、沙湖以南
1.3 项目规模：总建筑面积约10.1万平方米。
根据现场施工需求，为满足施工需求，决定选用5台MC200塔机以及3台MC320K16塔机作为现场垂直起吊运输工具。
二、编制依据
1、MC320K16 型自升式塔式起重机使用说明书；
2、MC200 型自升式塔式起重机使用说明书；
3、《混凝土结构设计规范》（GB50020——2002）；
4、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
5、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
6、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
三、塔机基础桩基大样图

根据施工要求，塔机基础桩基采用直径为800的灌注桩，桩间距为2.0m,桩入土质8-2层。
四、塔机12m无缝钢管与塔机桩基连接图（如下图）

现场施工采用格构柱总长为15m，插入桩基内部不得低于3m，具体施工加工基础图纸。
五、塔机基础计算书
根据现场施工情况，塔机基础采用格构柱-桩基基础形式，塔吊桩设计为钻孔灌注桩+钢格构的形式，钻孔灌注桩有效桩长是进入土壤中风化，达到建筑物所在持力层，其中格构柱长度15m，埋入至混凝土桩内3m，格构柱悬空净长为12m，根据该项目实际情况，在进行塔机基础验算时需分三次开挖，每次开挖4m，进行水平腹杆与斜腹杆的拼焊。
（1）未开挖前，格构柱与灌注桩组成的整体桩基基础进行受力验算
a. MC320K16塔吊的基本技术参数
a.1 塔吊的基本参数
塔身宽度B：2.0m， 自重F1：999.4kN，
最大起重荷载F2：160kN， 桩钢筋级别:II级钢，
桩直径：1.0m， 桩间距a：2.0m，
标准节长度：3m， 基础所受的水平力：173kN，
倾覆力矩：4888.82kN.m 地面粗糙度类别为：D类密集建筑群
塔机高度：40~70m左右
a.2 塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重（包括压重）F1=999.4 kN，塔吊最大起重荷载F2=160 kN，
根据建筑桩基设计规范中竖向力设计值公式：F=1.4（F1+F2）
其中有：F1为塔吊自身竖向力F1=999.4kN，
F2为塔吊最大起重荷载F2=160.0kN，
因此根据上述公式中有，作用于塔机桩基钢平台顶面的竖向力设计值F=1.4×(F1+F2)=1623.16kN，
塔吊倾覆力矩设计值为M1=1.4M=1.4×4888.92=6844.48kN·m
a.3 承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》（JGJ94-2008）的第5.1.1条，在实际情况中x、y轴是随机变化的，所以取最不利情况计算。

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=1623.16kN；
G──钢平台及格构柱的自重G=1.2×134.47 kN=161.36kN
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取6844.48kN·m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/21/2=1.42m
Ni──单桩桩顶竖向力设计值；
根据上述公式计算得到单桩桩顶竖向力设计值，
单桩承受的最大压力：
Nmax=(1623.16+161.36)/4+6844.48×1.42/2(2×1.422)=1651.19kN。
单桩承受的最小压力：
Nmin=(1623.16+161.36)/4-6844.48×1.42/2(2×1.422)=-241.17kN
经计算，塔机最小压力为负值，因此进行桩基计算时应验算塔机的抗拔能力，桩的抗拔能力设计值应大于该塔机计算值。
a.4 桩承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的第4.1.1条。
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1651.19kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；
A──桩的截面面积，A=7.85×105mm2。
则，1.00×1651.19kN=1.65×106N≤14.30×7.85×105=1.12×107N；
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！取配筋率为0.65％,根据现有材料，选用12φ25.
a.5 桩竖向极限承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的第5.3.10后注浆灌注桩计算；根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1651.19kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：
Quk=Qsk+Qgsk+Qgpk=µ∑qskLi+µ∑βsiqsikLgi+βpqpkAp
式中 Qsk ——后注浆非竖向增强段的总极限侧限力标准值；
Qgsk ——后注浆竖向增强段的总极限侧阻力标准值；
Qgpk——后注浆总极限端阻力标准值；
u——桩身周长；u=3.14m
lj ——后注浆非竖向增强段第j层土厚度；
lgi ——后注浆竖向增强段内第i层土厚度；
qsik 、qsjk 、qpk ——分别为后注浆竖向增强段第i层初始极限侧阻力标准值、非竖向增强段第j土层初始极限侧阻力标准值、初始极限端阻力标准值；
β、βp ——分别为后注浆侧阻力、端阻力增强系数；
根据现场实际在进行打桩，有效桩长达到8-2层，根据现场地质勘查报告有，

直径800钻孔灌注桩有效长度持力层位于8-2时，单桩承载力可以达到2972kN。经计算桩基承载力满足要求。
a.6 桩基础抗拔验算
根据竖向力计算，必须满足241.17kN的抗拔能力，根据地勘报告可知，桩长与桩径比＞20，根据地勘报告抗拔系数取值0.7,；

经计算满足整体抗拔要求。
（2） 在进行土方开挖时，应分三次开挖，每次开挖深度为4m,在此种情况下，应考虑7m格构的相当于塔机基础节性质，因此在进行验算时，考虑7m格构全部焊接完成后需单独对基础桩基进行相关受力验算，及验算塔机桩的极限承载力、桩的抗拔能力以及钢构的强度验算,关于桩的承载与抗拔验算前面已经进行了验算，现只需对钢结构柱部分强度进行验算，包括十字梁支座受力验算、格构柱的整体稳定性、以及水平腹杆及斜辅杆受力验算及拼焊要求。
附件：塔机格构柱钢结构相关验算
在进行钢结构验算时，需要考虑支腿十字连接梁的承载验算（钢平台的抗弯能力验算）、钢格构的抗剪切验算，格构柱抗弯计算等等，结合实际施工情况，十字梁材料选用400*400*13*21的H型钢，材质为Q345B；在进行相关受力验算时，十字梁的构架载荷受力可以简化为简支梁中间集中受载的形式；相关验算如下：
1 支腿十字连接梁的承载验算
MC320K16型号塔机支腿承载力数据如下：

支腿受力参数如下表：

根据塔机参数有支脚最大反力为148t，安全系数K取值1.4，在进行塔机基础设计时应考虑塔机整体受力以及焊接局部受力进行验算；
2．十字梁的弯矩计算
根据钢结构受力原理分析，结合钢结构设计规范中有，十字梁的最大弯矩应满足如下：
Mmax = Pd * L / 4
其中：Pd为十字承载力结构的最大反作用力设计值148
L为十字承载杆件的有效长度，十字承载杆件长度为4m。
经计算Mmax=1480*4/4kN.m=1480kN.m
3．十字梁的强度及刚度验算
（1）最大弯矩产生的最大弯曲正应力根据钢结构设计规范有如下：
σmax=Mmax/(Iy*Wx)≤f
其中根据钢结构截面特性可以查出：Iy为22406.55cm4; Wx为3268.07cm3
σmax——为最大弯矩产生的最大弯曲应力
Mmax——十字梁上的最大弯矩（计算为2070kN.m）
f——抗弯设计值，根据钢结构设计规范取值305N/mm2
通过上式计算σmax=Mmax/(Iy*Wx)=154.06N/mm2≤305N/mm2
因此结构抗弯是满足设计要求。
（2）、支脚处剪应力，根据钢结构设计规范有如下公式：τA=τB=RA*Sx/(Ix*tw)≤fv
其中：τA、τB为支脚处的最大剪应力；RA为支脚所受最大剪切力；
抗剪设计值fv：125N/mm2
根据刚截面特性：Sx取711.2cm3；Ix取23850cm4；腹板厚度tw=13mm
经计算τA=τB=88.31N/mm2≤125N/mm2
因此满足设计要求。
4．MC200格构受力验算
4.1 钢柱设计及计算、
4.1.1钢柱截面设计
拟设计一四肢主玄杆-斜支撑式格构柱，为b 类截面。柱肢截面形式选用无缝钢管，材质为Q235B，水平扶杆与斜扶杆采用等边角钢，均为Q235B钢材，焊条采用E43型，柱计算长度为12m，柱承受轴心压力设计值为1651.19KN。
格构柱净截面面积初步估计:
根据<钢结构设计规范>附表查表得ϕ=0.807

A≥1651.19×103/0.807mm2×215mm2=9516.67mm2

hf——焊缝的厚度（12mm）
lw——焊缝的长度
经计算有τf=8701.31*2/0.7*300*12 N/mm2=6.91N/mm2
弯矩产生的剪应力应满足如下：
σf=6M/0.7Hfl2w
经计算有：σf=6*8.71*700*103/0.7*12*3002N/mm2=48.39N/mm2
焊接处产生的合应力σ=48.91N/mm2＜160N/mm2
因此满足设计要求。
4.3格构柱水平扶杆与斜扶杆受力验算
根据施工要求，水平扶杆与斜扶杆均采用等边角钢进行拼焊，在拼焊过程中要求杆件角度与结构柱受力处于同一水平线上，在焊接过程中，12m格构柱焊接扶杆时，分五节段进行；采用L110的等边角钢。扶杆焊接时，应遵循力的传递原则，在进行验算时，取与柱帽连接处的连接点进行验算，作为验算依据：
根据受力的作用因素有：该点所受的力为水平力与单脚竖向力的合力F=(156.55+1623.16/4)KN=444.93KN
焊接强度验算，仅取两长边焊缝的强度进行计算。根据公式：

其中：δ——焊接强度
N——等于塔吊拔力444.93kN
lw——焊缝长度等于(110+100×2)×2=660mm
fw——焊缝的抗拉抗压强度设计值，Q235为105N/mm2
经计算得：δ=444.93*103/660*12N/mm2=56.18N/mm2＜105N/mm2
因此水平扶杆的焊接强度符合要求。
4.4 水平腹杆与斜腹杆的焊接要求
腹杆的焊接要求应该遵循钢结构焊接规范相关标准。
六、塔机基础的施工
6.1 整体施工工艺流程
放出塔吊桩定位线——塔吊桩成孔——塔吊桩钢筋笼下放——塔吊桩格构柱安装与下放——塔吊桩混凝土浇筑——土方开挖至内支撑底——柱帽及钢平台的焊接——土方开挖至基底——缀条、缀板的焊接。
6.2.钢平台施工
1.主要施工方法
钢平台的焊接：钢平台焊接前须对四根格构柱的柱头调平。
2、钢平台施工质量保证措施
①电焊工必须经过岗位培训考试合格，取得省级以上认证机构核发的焊工特种作业操作证，并在有效使用期内，方可上岗作业。
②格构柱与钢筋笼的焊接应牢固，吊装及浇捣桩基混凝土过程中，在桩孔上部应有限位工具，并有专人负责。
③灌注桩混凝土的浇捣标高应严格控制，保证格构柱至少锚入桩内3m，埋入混凝土部分格构应焊加强筋，为保证无缝钢管内部得到有效填充，在无缝钢管上应开适当等径预留洞孔，详见附件图纸。
④焊接钢平台前，必须对四根格构柱进行调平，超高部分割除，调平后高差不得超过1cm。
⑤为保证柱帽及加劲板的焊接质量，柱帽下部应至少有0.8m 高度的操作面。
⑥焊接前，应清除构件表面油污、锈渍。
⑦ 严禁在雨天进行焊接作业。
⑧土方开挖过程中，应注意对格构柱的保护，避免碰撞。
3.塔机安装注意事项
（1）在现场土方开挖之前，塔机最高安装高度必须低于塔机独立高度15及15m以上。
（2）在开挖时，必须分三次进行开挖工作，每次开挖深度4m，开挖结束后必须用L110*10的等边角钢进行水平支撑与斜支撑焊接，后面开挖及施工与第一次工艺相同。待下面12m工字钢全部焊接结束后即可将塔机高度安装到独立高度。