青年城（二期）塔吊基础施工方案塔吊基础计算.doc

塔吊基础方案

一、 工程概况
1、本工程位于松江区九亭镇，地块南临蒲汇塘河，东临沪亭路，西临横泾河，北临沪松公路并与地铁9#线车站一墙之隔，与9#线车站物业开发管理为一个整体。地块面积41162㎡，由3#、4#、5#、6#、7#、8#公寓楼及9#酒店、10#办公楼组成。
2、因地块面积巨大，根据塔吊平面布置应最大程度满足施工区域吊装需要，尽可能减少吊装盲区的原则，以及地下室工程施工中能充分利用塔吊来满足施工需要，按照施工组织总设计要求拟搭设6台附墙式塔吊，其中QTZ80B（工作幅度60M，额定起重力矩800KN.M）2台，QTZ80A（工作幅度55M，额定起重力矩800KN.M）4台，平面位置详附图。
3、拟建建筑物高度及层数
建筑物楼号
3
4
5
6
7
8
9
10
层数（层）
15
13
13
15
17
19
23
23
建筑物高度（m）
72.5
62.9
62.9
72.5
82.1
91.7
104.0
104.0

4、根据建筑物高度，1#塔吊位于3#楼西北侧位置，搭设高度为86M；2#塔吊位于9#楼南侧位置，搭设高度为114M；3#塔吊位于5#楼西北侧位置，搭设高度为77M，设水平限位装置；4#塔吊位于10#楼东南侧位置，搭设高度为114M；5#塔吊位于6#楼西北侧位置，搭设高度为100M，6#塔吊位于8#楼西北侧位置，搭设高度为100M。其中5#、6#塔吊为QTZ80B，其余4台为QTZ80A。
5、塔吊应在土方开挖前安装完毕，故采用型钢格构式非塔吊标准节插入钻孔灌注桩内，以保障塔吊安全、稳定和牢固可靠，且不妨碍地下室顶板混凝土的整体浇筑施工，有利于加快施工进度和确保工程质量。
6、本工程采用钻孔灌注桩筏板基础，基坑底标高为-8.000、-8.800、-9.100，本工程±0.000相当于绝对标高6.150m，自然地坪标高相对于绝对标高-1.45m。
7、根据本工程地质勘察报告，各土层极限摩阻力、端阻力标准值指标见下表：
层号
土层名称
埋深（m）
相对标高（m）
钻孔灌注桩
抗拔系数（λ）
Fs（KPa）
Fp（KPa）
1
灰色砂质粉土夹粉质粘土
13
-14.45
15

0.6
2
灰色粉质粘土
14
-15.45
15

0.6

灰色粘土
21
-22.45
20

0.6
1-1
灰色粉质粘土
26.5
-27.95
35

0.6
1-2
暗绿色粘土
30
-31.45
55
900
0.6

草黄色砂质粉土
34
-35.45
70
1800
0.6
1
灰黄色粉质粘土
36
-37.45
50

0.6
t
草黄～灰色粉砂
47
-48.45
75
2500
0.5
2
灰色粉质粘土夹粉砂
53
-54.45
45

0.6
1
灰色粉砂夹粉质粘土
65
-66.45
75
2000
0.5
2
灰色粉砂
75
-76.45
80
2500
0.5

灰色中粗砂
100
-101.45
90
3000
0.5

8、塔式起重机主要技术性能表

塔吊型号
QTZ80B
QTZ80A
序号
载荷名称
单位
数量
单位
数量
1
基础所受的垂直荷载
KN
587
KN
511
2
基础所受的水平荷载
KN
62
KN
72
3
基础所受的倾翻力矩
KN.M
1642
KN.M
1242
4
基础所受的扭矩
KN.M
310
KN.M
348
5
独立式整机重
T
40.83
T

6
平衡重
T
13.92
T
14.2
7
工作幅度
M
60
M
55
8
最大起重量
T
8
T
6
9
末端起重量
T
1
T
1.2
10
额定起重力矩
KN.M
800
KN.M
800
11
塔身截面
M
1.8×1.8
M
1.6×1.6
12
最大起升高度
独立式
M
47
M
40
13
附着式
M
160
M
140
14
装机总容量
KW
48
KW
KW

二、 塔吊布置原则
本工程作业面积大，综合考虑塔吊的作用半径、起吊重量、基础工程桩位布置、围檩支撑结构设计、房屋结构设计、经济性比较后，作出以下布置原则。
1. 塔吊布置在基坑内
2. 塔吊共6台，55m臂 4台，60m臂 2台
3. 塔吊选型：市沪淞建筑机械厂有限公司生产的QTZ80A（5512）及QTZ80B（6010）塔吊。
4. 具体位置详见《塔吊平面布置图》
5. 因塔吊布置在基坑内，考虑到土方开挖后安装困难。并为兼顾土方开挖垂直运输，塔吊需在基础开挖前投入正常使用。
6. 塔吊桩基础采用钻孔灌注桩
7. 桩上部钢支柱采用H型钢，上端标高-0.50m
8. 塔吊基础采用C30水下混凝土，Φ800钻孔灌注桩，上部H型钢格构非标准节插入桩内2500。塔吊标准节与型钢格构用高强度螺栓和盖板焊接连接固定。详见附图
三、 计算依据
1. 《地基基础设计规范》 DGJ08-11-1999
2. 《建筑桩技术规范》 JGJ94-94
3. 《混凝土结构设计规范》 GB50010-2002
4. 《建筑结构焊接规程》 JGJ80-91
5. 《建筑结构设计荷载规范》 GB50009-2001
6. 沪淞 建筑机械厂有限公司的QTZ80A、80B塔式起重机的《使用说明书》
7. 本工程平面图、结构图、围檩支撑图
四、 塔吊分项参数计算
塔吊是施工场地最重要的施工机械之一，其使用贯穿了整个工程。在这过程中间隔时间长，不可预见性因素多，为确保塔吊的安全，以下计算都按极限苛刻条件下能保证塔吊正常工作计算。即：塔吊设置在最大开挖深度处；型钢柱与混凝土灌注桩连接按光滑面锚固。（计算详值见计算表格）
1. 基础竖向极限承载力计算
F=F1+ F2
F ——基础竖向极限承载力 kn
F1——塔吊自重（包括压重） kn
F2——最大起吊重量 kn
2. 单桩抗压承载力、抗拔力计算
桩顶竖向力的计算(依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条)
（“+”计算结果为抗压，“-”为抗拔）
其中 Ni ——单桩桩顶竖向力设计值 kN
n ——单桩个数， n=4；
F ——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值 T
G ——塔吊基础重量 KN
Mx,My——承台底面的弯矩设计值 kN.m
xi,yi——单桩相对承台中心轴的XY方向距离 m
M ——塔吊的倾覆力矩 kN.m
3. 桩长以及桩径计算
桩采用钻孔灌注桩
Rk实际=fpAp+Up∑fsli>R＝Ni×ξ1
UP ＝πd
其中 Rk实际 ——实际钻孔灌注桩承载能力 KN
fpAp ——桩端面承载能力 KN
Up∑fsli ——桩侧摩擦阻力总和 KN
R ——单桩轴向承力安全值 KN
ξ1 ——桩安全系数 取2
d ——桩直径 m
4. 桩抗拔验算
Qk＝λRk实际
5. 桩配筋计算
桩身配筋率可取0.20%～0.65%（计算取上限0.65％）,抗压主筋不应少于6Φ10，箍筋采用不少于Φ6@300mm的螺旋箍筋，在桩顶5倍桩身直径范围内箍筋Φ6@100mm，每隔2m设一道2Φ12焊接加强箍筋。
As＝S桩截面×配筋率
n ＝4As/（πφ2）
其中 n ——竖筋根数 根
As——钢筋总截面积 m
Φ——竖筋直径 m
6. 桩上部钢支柱计算
钢支柱采用h×b×tw×t＝350×350×12×19，H型钢。
A＝hb-（b-tw）（h-2t）＝0.017㎡
1) 四柱整体验算
A总=4A
截面惯性矩Iz
回转半径 i＝（Iz/A总）0.5
构架长细比

查φ 

2) 单柱验算
Iz
i＝（Iz/A）0.5
井架长细比
查φ 

7. 钢支柱上部螺栓紧固水平钢板抗拔计算
H型钢上部螺栓紧固水平钢板采用500×500厚20，Q235钢板，采用电焊与下部H型钢焊接，焊接高度不小于6mm。
1) 焊接强度验算
160
σ——焊接强度
N——轴心最大拔力,等于塔吊拔力
——焊缝长度等于4478mm
——焊缝的抗拉抗压强度设计值，Q235等于160
8. 缀条计算
缀条采用12#槽钢 截面面积 A＝0.0015700 ㎡
V＝V1+V2
V1——塔吊水平力引起应力
V1＝F4/2
F4——塔吊水平力
V2——塔吊扭矩引起应力
V2＝Mn/2（D×1.414）
Mn——塔吊扭矩
D——桩间距
fv>V/A
fv——槽钢的抗剪强度，厚度小于16mm，取125
A ——槽钢截面积
9. 螺栓计算
采用φ30高强度螺栓,每肢2颗
A总=πd2
σ=N拔/ A总<295
螺栓抗剪验算
τ＝Mn A总/（2×桩间距/1.414）<fv=170KN/m㎡

10. 桩水平力验算
由于地质报告未进行桩侧土水平抗力系数的比例系数 m试验，采用规范提供的经验值如下表所示。取8MN/m4 。

序 号
土 的 分 类
m（MN/m4）
1
流塑粘性土IL＞1、淤泥
3～5
2
软塑粘性土1＞IL＞0.5、粉砂
5～10
3
硬塑粘性土0.5＞IL＞0、细砂、中砂
10～20
4
坚硬、半坚硬粘性土IL＜0、粗砂
20～30
5
砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石
30～80
6
密实粗砂夹卵石，密实漂卵石
80～120
1) 基本资料：　　
桩类型：桩身配筋率ρg＜0.65%的灌注桩 桩顶约束情况：铰接、自由　
截面类型：圆形截面 桩身直径 d ＝ 800mm　
混凝土强度等级 C30 Ft ＝ 1.50N/mm Ec ＝ 30000N/mm　
桩身纵筋 As ＝ 3267mm 净保护层厚度 c ＝ 50mm　
钢筋弹性模量 Es ＝ 200000N/mm　
桩入土深度 h ＝ 23.000m　
桩侧土水平抗力系数的比例系数 m ＝ 8MN/m4　
桩顶竖向力 N ＝ 1000.0kN　
设计时执行的规范：　
《建筑桩基技术规范》（JGJ 94－94） 以下简称 桩基规范　
2) 单桩水平承载力设计值计算：　
(1)、桩身配筋率 ρg：　
ρg ＝ As / (π × d 2 / 4) ＝ 3267/(π×8002/4) ＝ 0.65%　
(2)、桩身换算截面受拉边缘的表面模量 Wo：　
扣除保护层的桩直径 do ＝ d - 2 × c ＝ 800-2×50 ＝ 700mm　
钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值
αE ＝ Es / Ec ＝ 200000/30000 ＝ 6.667　
Wo ＝ π × d / 32 × [d 2 + 2 × (αE - 1) × ρg × do 2]　
＝ π×0.800/32×[0.8002+2×(6.667-1)×0.65%×0.7002] ＝ 0.053m　
(3)、桩身换算截面积 An：　
An ＝ π × d 2 / 4 × [1 + (αE - 1) × ρg]　
＝ π×0.8002/4×[1+(6.667-1)×0.65%] ＝ 0.52m　
(4)、桩身抗弯刚度 EI：　
桩身换算截面惯性距 Io ＝ Wo × d / 2 ＝ 0.053×0.800/2 ＝ 0.0212m4　
对于钢筋混凝土桩，EI ＝ 0.85 × Ec × Io　
EI ＝ 0.85×30000×1000×0.0212 ＝ 541622.927kN/m　
(5)、桩的水平变形系数 α 按下式确定：　
α ＝ (m × bo / EI) 1 / 5 （桩基规范5.4.5）　
对于圆形桩，当直径 d ≤ 1m 时，bo ＝ 0.9 × (1.5 × d + 0.5)　
bo ＝ 0.9×(1.5×0.800+0.5) ＝ 1.530m　
α ＝ (8000×1.530/541622.927)1/5 ＝ 0.4686（1/m）　
(6)、桩顶（身）最大弯矩系数 νm：　
桩的换算埋深 αh ＝ 0.4686×25.000 ＝ 11.715　
查桩基规范表5.4.2得：νm ＝ 0.768　
(7)、其余参数：　
桩截面模量塑性系数 γm ＝ 2.00 （圆形截面）　
桩顶竖向力影响系数 ζN ＝ 0.5 （竖向压力）　
(8)、单桩水平承载力设计值 Rh：　
对于桩身配筋率ρg＜0.65%的灌注桩，可按下列公式计算单桩水平承载力设计值
Rh ＝ α × γm × ft × Wo / νm × (1.25 + 22 × ρg) × (1 ± ζN × N / γm / ft / An) （桩基规范5.4.2-1）　
＝0.469×2×1500×0.053/0.768×(1.25+22×0.65%)×(1+0.5×1000.0/2/1500/0.52)＝ 178.7kN　
四桩水平承载力
＝4×178.7kN＝714.8 kN>62KN
11、QTZ80B塔式起重机基础计算表
符号
意义
公式
单位
计算值

钻孔灌注桩计算

G
桩上部钢支架总重

KN
60.0

m
标准节重

KN
9.3

b
标准节边长

M
1.8

N
标准节数量

节
20.0

F1
塔吊自重（包括平衡重）

KN
587.0

F2
最大起吊重量

KN
80.0

F3
标准节总重

KN
186.0

Mn
基础承受扭矩
F3=m×N
KN.m
310.0

M
倾覆力矩

KN.m
1642.0

F4
水平荷载

KN
62.0

钻孔灌注桩桩顶标高

m
-9.05

ξ1
桩安全系数

取
2.0

d
桩直径

m
0.80

D
桩间距
D=9d/4
m
1.800

l
取桩有效长度（最大开挖深度至桩底）

m
23

Ni
单桩承力设计值

KN
1177.090

N拔
抗拔力设计值

KN
-629.290

R
单桩轴向承力安全值

KN
2354.181

Up∑qsili
桩侧总极限摩擦阻力

KN
1666.301

qpAp
桩端点极限承载力

KN
904.779

Rk实际
取桩长度后实际承载力
Rk实际=fpAp+Up∑fsli
KN
2571.079
符合
Qk
取桩长度后实际抗拔力
Qk＝λRk
KN
1542.648
满足
桩配筋计算

根据桩径按内插法计算工程桩桩身配筋率(0.20%～0.65%)

取
0.65%

As
截面钢筋面积

m2
0.003267

Φ
竖筋直径

mm
20.000

n
竖筋数量
n=4As/（πΦ2）
根
10.4

箍筋取
Φ8@200mm的螺旋箍筋

桩上部钢立柱计算

H型钢规格
350×350×12×19

30

H
桩顶到钢构件上端长度

m
9.9

A
横截面面积

㎡
0.017

I合
四根立柱组合极惯性距
外部参照CAD自动计算
m4
0.056284

I单柱
单柱极惯性矩
外部参照CAD自动计算
m4
0.000068

i合
四根立柱组合回转半径
i=(I/4A)0.5
M
0.908611

i单柱
单柱回转半径
i=(I/A)0.5

0.062942

λ合
四根立柱组合长细比
λ＝H/i

10.840724
φ＝0.984
λ单柱
单柱长细比
λ＝H/i

23.831576
φ＝0.848
σ合
最大应力
σ＝Ni/Aφ
N/mm2
70.184816
满足
σ单柱
最大应力
σ＝Ni/Aφ
N/mm2
81.441
满足
钢构件插入桩深度（不计钢柱顶端阻力）

τ
钢筋和混凝土的粘结应力（光面钢筋取1.5～3.5）
kN/m2
1.5E+03

d
型钢等截面圆钢直径

m
0.147

h
插入桩长度
h=Ni/（τ×π×d）
m
1.696

型钢上部水平钢板焊接强度验算

σ
焊接强度

N/mm2
23.422
满足
N
塔吊拔力

N
629290.319

lw
焊缝长度

mm
4478.000

t
焊缝高度，等于6

mm
6.000

缀条计验算

规格
C12槽钢
面积(A)
mm2
1570

V1
塔吊水平力引起剪力
V1＝F4/2
KN
31.000

V2
扭矩引起的剪力
V2＝Mn/2（D×1.414）
KN
60.899

V
水平力和扭矩组合作用剪力
V＝V1+V2
KN
91.899

fv
槽钢抗剪强度
fv>V/A
N/mm2
58.534
满足
螺栓计算

塔吊每肢螺栓数

颗
3

d
螺栓直径

mm
30

A
螺栓截面积

m㎡
2121

σ
螺栓应力
σ＝N拔/A
N/mm2
297
满足
τ
剪力
τ＝Mn/（2×D×1.414）/A
N/mm2
28.718
满足
12、QTZ80A塔式起重机基础计算表
符号
意义
公式
单位
计算值

钻孔灌注桩计算

G
桩上部钢支架总重

KN
60.0

m
标准节重

KN
9.3

b
标准节边长

M
1.6

N
标准节数量

节
20.0

F1
塔吊自重（包括平衡重）

KN
587.0

F2
最大起吊重量

KN
60.0

F3
标准节总重

KN
186.0

Mn
基础承受扭矩
F3=m×N
KN.m
348.0

M
倾覆力矩

KN.m
1242.0

F4
水平荷载

KN
72.0

钻孔灌注桩桩顶标高

m
-9.05

ξ1
桩安全系数

取
2.0

d
桩直径

m
0.80

D
桩间距
D=2d
m
1.600

l
取桩有效长度（最大开挖深度至桩底）

m
23

Ni
单桩承力设计值

KN
1036.464

N拔
抗拔力设计值

KN
-500.664

R
单桩轴向承力安全值

KN
2072.929

Up∑qsili
桩侧总极限摩擦阻力

KN
1666.301

qpAp
桩端点极限承载力

KN
904.779

Rk实际
取桩长度后实际承载力
Rk实际=fpAp+Up∑fsli
KN
2571.079
符合
Qk
取桩长度后实际抗拔力
Qk＝λRk
KN
1542.648
满足
桩配筋计算

根据桩径按内插法计算工程桩桩身配筋率(0.20%～0.65%)

取
0.65%

As
截面钢筋面积

m2
0.003267

Φ
竖筋直径

mm
20.000

n
竖筋数量
n=4As/（πΦ2）
根
10.4

箍筋取
Φ8@200mm的螺旋箍筋

桩上部钢立柱计算

H型钢规格
350×350×12×19

30

H
桩顶到钢构件上端长度

m
9.9

A
横截面面积

㎡
0.017

I合
四根立柱组合极惯性距
外部参照CAD自动计算
m4
0.044694

I单柱
单柱极惯性矩
外部参照CAD自动计算
m4
0.000675

i合
四根立柱组合回转半径
i=(I/4A)0.5
M
0.809675

i单柱
单柱回转半径
i=(I/A)0.5

0.199039

λ合
四根立柱组合长细比
λ＝H/i

12.165374
φ＝0.978
λ单柱
单柱长细比
λ＝H/i

7.536206
φ＝0.99
σ合
最大应力
σ＝Ni/Aφ
N/mm2
62.179037
满足
σ单柱
最大应力
σ＝Ni/Aφ
N/mm2
61.425
满足
钢构件插入桩深度（不计钢柱顶端阻力）

τ
钢筋和混凝土的粘结应力（光面钢筋取1.5～3.5）
kN/m2
1.5E+03

d
型钢等截面圆钢直径

m
0.147

h
插入桩长度
h=Ni/（τ×π×d）
m
1.493

型钢上部水平钢板焊接强度验算

σ
焊接强度

N/mm2
18.634
满足
N
塔吊拔力

N
500664.356

lw
焊缝长度

mm
4478.000

t
焊缝高度，等于6

mm
6.000

缀条计验算

规格
C12槽钢
面积(A)
mm2
1570

V1
塔吊水平力引起剪力
V1＝F4/2
KN
36.000

V2
扭矩引起的剪力
V2＝Mn/2（D×1.414）
KN
76.909

V
水平力和扭矩组合作用剪力
V＝V1+V2
KN
112.909

fv
槽钢抗剪强度
fv>V/A
N/mm2
71.917
满足
螺栓计算

塔吊每肢螺栓数

颗
3

d
螺栓直径

mm
30

A
螺栓截面积

m㎡
2121

σ
螺栓应力
σ＝N拔/A
N/mm2
236
满足
τ
剪力
τ＝Mn/（2×D×1.414）/A
N/mm2
36.268
满足

五、材料选用及施工方法
根据计算塔吊基础选用
1、桩基选用C30水下混凝土Φ800钻孔灌注桩，桩长（自桩顶垫层面以上100至桩底）为23米，桩身配12Φ22主筋，φ8@200螺旋箍筋，桩顶以下3000采用φ8@100螺旋箍筋。2Φ12@2000焊接加强箍筋。QTZ80B（工作幅度60M，额定起重力矩800KN.M）2台，桩间距同标准节宽度为1800。QTZ80A（工作幅度55M，额定起重力矩800KN.M）4台，桩间距同标准节宽度为1600。
2、格构立柱采用Q235 H型钢350×350×12×19，锚入桩身≥2500，长度详附图。缀条选用12#槽钢，上下各设双拼12#槽钢，每隔1500设12#槽钢水平撑及缀条斜撑。以加强其稳定性。
3、塔身标准节与格构采用螺栓连接，为防止因H型钢立柱安装偏位，而造成塔身与格构产生较大剪力且安装困难，在格构顶部采用Q235 H型钢350×350×12×19十字水平梁。水平梁连接处用550×350×20加强板，与立柱处用牛腿焊接连接，立柱顶部用500×500×20钢板与标准节连接，采用2-M30螺栓及焊接固定。详附图
4、塔吊标准节安装之前应对立柱格构标高进行复核，并用气割割平后再焊接连接板，确保顶部水平，保证塔身垂直。
5、型钢格构立柱缀条随挖土进度焊接，以确保格构的稳定性。挖土完成后应尽快将露明铁件除锈，并刷防锈漆及与塔吊同色的保护漆。
6、格构立柱应与灌注桩钢筋焊接接地。
五、 附图