浙江某住宅项目塔吊施工计算书.doc

浙江某住宅项目塔吊施工计算书
一、工程概况
本项目为一大型住宅小区工程，占地面积为40578平方米，总建筑面积122725㎡，由分为1#～10#住宅楼（15～16层，沿街部分底层商铺）和一座大型地下室组成。屋面标高45.2～47.7m，建筑物最高处标高为49.6m。
本工程设置6台QT60塔式起重机施工，其中2、3、10号楼处塔吊设在地下室内，采用四桩格构式基础；1、7、9号楼处塔吊采用四桩承台式基础，基础内预埋基础节。塔机安装均为61.5m，布置位置详见附图。
二、塔吊基本性能
四桩基础所用塔吊参数为：
塔吊型号为：QTZ60 塔吊自重为：434KN
最大起重量为：60t 塔吊额定起重力矩为：600kN·m
塔吊起升高度为：64.41m 塔身宽度为：1.6m塔吊固定基础载荷示意图

三、两种安装形式的基础设计及验算
厂家提供的塔吊基础受力荷载（6台塔吊均适用）
机 型
非工作状态砼基础所承受的荷载
QTZ60
FV（KN）
垂直荷载
Fh（KN）
水平荷载
M
（KN.M）
F1
(KN)
F2
(KN)
434
73.5
1796
727
944

根据塔吊基础的有关要求及本工程所处位置的实际情况，2、3、10号楼塔吊基础采用由四个角钢格构柱焊接组成的钢结构作为塔吊基础,承担塔吊的竖向荷载及倾覆力矩。基础结构以下则由φ800钻孔灌注桩承载，混凝土强度等级为C35。1、7、9号楼塔吊基础根据有关要求及本工程所处位置的实际情况，拟采用5000mm×5000mm×1250mm钢筋砼承台式基础,承担塔吊的竖向荷载及倾覆力矩。基础结构以下则由φ600钻孔灌注桩承载，混凝土强度等级为C35）。
(一)、格构式四桩基础设计
根据浙江省********院提供的《岩土工程勘察报告》，拟设计基本资料如下：桩径φ800，桩数n=4，有效桩长为32.35m ,桩顶标高: -5.65米。
因塔吊位置距ZK59号孔附近，根据地质资料现按照ZK59孔为依据进行计算。
a. 参数信息

1、塔吊型号:QTZ60,自重(包括压重)F1=434.00kN,最大起重荷载F2=60.00kN
2、塔吊倾覆力距M=1796.00kN.m,塔吊起重高度H=61.50m,塔身宽度B=1.60m
3、混凝土强度:C35,钢筋级别:Ⅱ级,
4、桩直径边长 d=0.80m,桩间距a=1.60m,
5、基础埋深D=0.00m,承台箍筋间距S=0mm,保护层厚度:50mm
6、根据厂家提供的基础图表示，螺栓位置中心间距为1.60m。为减少力对基础结构的破坏，应使螺栓位置中心尽量靠近桩的中心点，现设计桩中心点间距为1.60m。基础结构为由四个角钢格构柱焊接组成的钢结构。角钢格构柱锚入桩内3000，由四根L125×125×12等边角钢及10mm的钢板焊接而成，整个架体由L 90×90×10的角钢作为水平和斜腹杆连接成一体，节距为1620mm。
b、塔吊基础顶面的竖向力与弯矩计算
1. 塔吊自重(包括压重)F1=434.00kN
2. 塔吊最大起重荷载F2=60.00kN
作用于桩基承台顶面的竖向力 F=1.2×(F1+F2)=598.80kN
塔吊的倾覆力矩 M=1.4×1796.00=2514.40kN.m
c. 桩的轴向压力设计值计算
塔身未附着时，塔机非工作状态时基础所受的载荷最，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
1. 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)

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=598.80KN
G----钢构柱重量取100KN
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)；
Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:
最大压力：
N=(598.80+100 )/4+2514.40×(1.6×1.414/2)/[2×(1.6×1.414/2)2]=1284.69kN

最大拔力：
N=(592.80+100)/4-2514.40×(1.6/2)/[4×(1.6/2)2]=-612.55kN
2. 矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)

其中 Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n。
经过计算得到弯矩设计值：
N=(592.80+100)/4+2514.40×(1.6/2)/[4×(1.6/2)2]=958.95kN
Mx1=My1=2×598.95×(1.00-0.83)=326.04kN.m
桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1条
根据上述的计算得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1284.69kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中 0──建筑桩基重要性系数，取1.0；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；
A──桩的截面面积，A=0.503m2。
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!
桩通长配置取μ≥0.4%×3.14×402=20.10cm2
配10φ22，AS=38.01cm2>20.10cm2
定位箍Φ12@2000，螺旋箍Φ8@200，加密箍Φ8@100. 钢筋通长设置.
d.桩竖向极限承载力验算及桩长计算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3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=905.49kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：

其中 R──最大极限承载力；
Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:

Qpk──单桩总极限端阻力标准值:

ηs, ηp──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数，
γs, νp──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，
qsik──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk──极限端阻力标准值；
u──桩身的周长，u=2.513m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.503m2；
li──第i层土层的厚度；
各土层厚度及阻力极限值如下表:
序号 土厚度(m) 土侧阻力极限值(kPa) 土端阻力极限值(kPa) 土名称
1 0.55 20.00 0.00 杂填土
2 3.60 14.00 0.00 淤泥质粉质粘土 3 12.30 14.00 0.00 淤泥质粉质粘土 4 9.80 16.00 0.00 淤泥质粘土
5 6.40 56.00 1000.00 粉质粘土
由于桩的入土深度为32.35m,所以桩端是在第5层土层。
单桩竖向承载力验算:
R=2.51×(0.55×20.00×0.83+3.60×14.00×0.83+12.30×14.00×0.83+9.80×16.00×0.83+6.10×56.00×1.18)/1.67+1.24×1000.00×0.503/1.67=1.44×103kN>N=905.488kN；
故满足要求!
e.桩抗拔承载力验算
桩抗拔承载力验算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.7条
桩抗拔承载力应满足下列要求:

其中:

式中 Uk──基桩抗拔极限承载力标准值；
i──抗拔系数；
解得:
Ugk=9.60×(0.55×20×0.7+3.6×14×0.7+12.3×14×0.7+9.8×16×0.7+6.1×56×0.7)/4=1229.76kN
Ggp=9.6×32.35×22/4=1708.08kN
Uk=2.51×(3.87×13×0.7+5.7×25×0.7+2.8×11×0.7+1.6×22×0.7+5.3×26×0.7+8.4×23×0.7+2.9×32×0.7+1.4×44×0.7+2×50×0.7)=1286.12kN
Gp=2.51×32.35×25=2029.96kN
由于: 1229.76/1.67+1708.08>=612.55 满足要求!
由于: 1286.12/1.67+2029.96>=612.55 满足要求!
桩径
800
此处土方人工挖深
200
，
C15
垫层浇筑
螺旋箍与主筋焊接
角钢格构柱
10φ22
700
螺旋箍筋
φ8@200
钻孔灌注桩钢筋笼
2500
32350
地下室基础底板
10φ22
定位箍
钻孔灌注桩详图
φ12@2000
φ8@200
φ12@100
附加钢筋
（加强钢构柱与主筋的连接）

（二）、塔吊格构柱设计计算
已知条件：塔吊选用浙江省****有限公司生产的****牌QTZ60塔吊，根据厂家提供的作用在基础上的荷载标准值如下，因塔吊在非工作状态下且未安装附着装置时基础及构件所承受荷载最大，故在计算时以非工作状态时的参数为依据。
工况
塔吊垂直力F（KN）
水平力Fh（KN）
倾覆力距M（KN.m）
扭矩F（KN）
非工作状态
434
73.5
1796
0
塔吊型号：QTZ60，自重（包括压重）F1=434kN，最大起重荷载F2=60.00kN；
塔吊倾覆力距M=1796.00kN.m，塔吊臂长50.00m，塔身宽度B=1.6m；
混凝土强度：C35，钢筋级别II级，
桩直径d=0.8，桩间距a=1.60m,
单根格构柱由4根400×400单柱组成的2100×2100架体，高度为8.1米，单柱由4根L125×125×12的角钢及10mm的钢板焊接而成，整个架体由L90×90×10的角钢作为水平和斜腹杆连接成一体，节距为1620mm，角钢材料为Q235-A，（见下图）

L125
×
125
×
12
-140×380×10四周
-200×380×10@400
φ800
1
1
40
厚钢板
钻孔灌注桩
地下室
基础底板
-40×500×500
角钢格构柱详图
-0.350
-5.95
-5.45
-40×500×500
说明：
1
、辍板与钢柱满焊
2
、二级焊缝、坡口焊、焊缝高度

1
1

底（顶）板面标高处焊止水片宽度
100
L125
×
125
×
12
四角
1-1
400
400
-200×380×10@400
水平支撑
\
斜撑
L90
×
90
×
10
8M30
高强度螺栓
(
预埋
)
-40×500×500
3号楼
塔吊基础结构平面图

-40×500×500
L90
×
90
×
10
塔吊基础结构立面图
角钢格构柱
-8.45
-0.350
坡口焊、焊缝高度
10
，二级焊缝

1、单柱情况：
已知：L125×125×12角钢
A=28.91cm2 I=423.16cm4 Zo=3.53cm
单柱惯性矩

1.2架体情况
已知架体截面积：
1.2.1架体惯性矩

1.2.2架体惯性半径(回转半径)

1.2.3架体截面模量

（注：Y为1/2架体截面尺寸）
1.2.4架体长细比
λ架=UL/i架=2×（1000+4000）/86.67=115.3

（注：Ax为架体截面中垂直于X轴各段L90×90×8.1缀条的截面积）
查表得。
1.2.5单柱长细比
单柱的长细比即两节点的距离L=1600mm；

查表得
注：λ1为单柱对最小刚度轴的长细比，其计算长度取缀板间的净距离L=200；。
2、整体强度计算
根据塔吊说明书,塔吊在非工作状态时基础承受的荷载最大,故本方案仅验算非工作状态时基础及构件的安全性即可
式中：N：最大轴向力（kN）=Fv+格构柱自重，取安全系数1.2
M：最大弯矩（kN.m）=M1+Fn×L,取安全系数1.4

已知：Fv=434+60=494kN N=（494+100）×1.2=712.8kN
M=(1796+73.5×8.1) ×1.4=3347.89kN.m
F=462.56cm2 Wx=Wy=W架=33088cm3 L为格构柱高度8.1m；
则σ=N/F+M/架=712.8×103/462.56×102+3347.89×106/33088×103=116.59N/mm2<{f}=215 N/mm2
满足要求！
3、整体稳定性计算
同理取非工作状态时验算.
欧拉临界力：
NEX=NEY=π2EA架/λ2架=π2×206×103×462.56×102×10-3/127.152=5817.04KN
已知：N=718.2KN M=3347.89kn*m
σ=N/ΨΧA架+βmxM/Wx{1-ΨΧ×N/N’EX}=718.2×103/462.56×102+3347.89×106/33088×103{1-0.401×712.8/5817.04}=121.92N/mm2<{f}=215 N/mm2
满足要求！
4、单柱稳定性计算
单柱最大压力（经验算非工作状态时最大）
NCMX=N/4+M/Xi=712.8/4+3347.89/1.6×0.707×2=1658KN
σ= NCMX/Ψ单A单=1658×103/0.995×115.64×102
=144.1N/mm2<{f}=215 N/mm2
满足要求！
本工程2、6号楼塔吊安装形式与3号相同，根据地质报告和现场安装要求，经计算，基础桩长及配筋按3号楼结构施工均满足要求，此方案中省略计算。
（三）、承台式四桩基础设计
本工程1、7、9号楼采用地下节形式塔机，承台下设四桩基础，基础及塔吊基本参数如下：
塔吊的基本参数信息
塔吊型号:QTZ60， 塔吊起升高度H=61.500m，
塔吊倾覆力矩M=1796kN.m， 混凝土强度等级:C35，
塔身宽度B=1.6m， 基础以上土的厚度D=1.400m，

自重F1=434kN， 基础承台厚度Hc=1.250m，
最大起重荷载F2=60kN， 基础承台5.0×5.0m，
桩钢筋级别:II级钢， 桩直径=0.600m，
桩间距a=3.5m， 承台箍筋间距S=190.000mm，
承台砼的保护层厚度=30.000mm。
1、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=434.00kN，
塔吊最大起重荷载F2=60.00kN，
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=592.80kN，
塔吊的倾覆力矩M=1.4×1796.00=2514.40kN。
2、矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
塔吊固定基础载荷示意图

图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
2、1 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。

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=592.80kN；
G──桩基承台的自重
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc/4+20×Bc×Bc×D/4)=
1.2×(25×5.00×5.00×1.25+20×5.00×5.00×
1.40)=1777.50kN；
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取2514.40kN.m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.75m；
Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)；
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，
最大压力：N=(592.80+1777.50)/4+2514.40×1.75/(4× 1.752)=951.78kN。
2、2 矩形承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。
其中 Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=0.95m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n=507.40kN/m2；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×507.40×0.95=964.06kN.m。
3、矩形承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。

式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时， α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，
α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2；
ho──承台的计算高度Hc-30.00=1220.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；

经过计算得：αs=964.06×106/(1.00×16.70×5000.00×1220.002)=0.008；
ξ =1-(1-2×0.008)0.5=0.008；
γs =1-0.008/2=0.996；
Asx =Asy =964.06×106/(0.996×1220.00×300.00)=2644.34mm2。
4、矩形承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，
记为V=951.78kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：

其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=5000mm；
ho──承台计算截面处的计算高度，ho=1220mm；
λ──计算截面的剪跨比，λx=ax/ho，λy=ay/ho，
此处，ax，ay为柱边（墙边）或承台变阶处
至x, y方向计算一排桩的桩边的水平距离，得(Bc/2-B/2)-(Bc/2-a/2)=950.00mm，
当 λ<0.3时，取λ=0.3；当 λ>3时,取λ=3， 满足0.3-3.0范围；
在0.3-3.0范围内按插值法取值。得λ=0.78；
β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/(λ+0.3)；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/(λ+1.5)，
得β=0.11；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=16.70N/mm2；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
S──箍筋的间距，S=190mm。
则，1.00×951.78=9.52×105N≤0.11×300.00×5000×1220=1.13×107N；
经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！本基础按塔吊厂家使用
说明书施工承台，在承台上下均配置双层Ф20@190mm钢筋网片，单支箍Ф20，共81根。
5、桩承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)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=951.78kN；
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=2.83×105mm2。
则，1.00×951775.00=9.52×105N≤14.30×2.83×105=4.04×106N；
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！本工程实际配筋采用10Ф16钢筋通长设置，详见附图。

6、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》(JGJ94-94)的第5.2.2-3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=951.78kN；

单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：

其中 R──最大极限承载力；
Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:

Qpk──单桩总极限端阻力标准值:

ηs, ηp──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数，
γs, νp──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，
qsik──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk──极限端阻力标准值；
u──桩身的周长，u=1.885m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.283m2；
li──第i层土层的厚度；
各土层厚度及阻力标准值如下表:
序号 土厚度(m) 土侧阻力标准值(kPa) 土端阻力标准值(kPa) 土名称
1 0.50 20.00 0.00 杂填土
2 6.10 14.00 0.00 淤泥质粉质粘土 3 13.40 14.00 0.00 淤泥质粉质粘土
4 6.40 16.00 0.00 淤泥质粘土
5 8.00 56.00 1000.00 粉质粘土
由于桩的入土深度为34.00m,所以桩端是在第5层土层。
单桩竖向承载力验算:

R=1.88×(0.50×20.00×0.99+6.10×14.00×0.99+13.40×14.00×0.99+6.40×16.00×0.99+7.60×56.00×1.01)/1.67+1.07×1000.00×0.283/1.67=1.10×103kN>N=951.775kN；
上式计算的R的值大于最大压力951.78kN,所以满足要求!
本工程1、9号楼塔吊安装形式与3号相同，根据地质报告和现场安装要求，经计算，基础桩长及配筋按3号楼结构施工均满足要求，此方案中省略计算。