钢格构柱塔机组合基础.doc

钢格构柱在塔机基础逆作法施工中的应用

因受施工场地限制及多层地下室施工需要，塔机往往不能按常规安装。
为了解决这一矛盾，实现塔机起重臂最大工作覆盖面，又满足地下室施工需要，使效能与经济效益双获益。可采取塔机基础逆作法来达到最佳安装位置。
逆作法施工步骤是：在选定的塔机位置上，打入四颗钻孔桩；将事先予制好的钢构柱与钻孔桩的钢筋笼焊接，上端露出地面；并在上端设置承压板（钢平台）或是浇捣钢筋混凝土连接块；安装塔机；再开挖土方；浇捣钢筋混凝土基础承台；塔机使用。
钢构柱在塔机与基础间起着承上启下的连接作用，应定性为塔身的延伸。故钢构柱的设计与制作必须参照塔机标准节的要求。
根据钢构柱的制作、安装（连接）及使用状况，特提出钢构柱应用中注意事项。
一、计算要点
钢构柱的设计、制作应参照标准《钢结构设计规范》GB50017—2003、《塔式起重机设计规范》GB/T13752—92。
1．钢构柱上端设计钢筋混凝土连接块方式：应进行钢筋混凝土块抗剪、预埋螺栓应力和凝结力及钢构柱抗压与稳定性验算。
（1）抗剪能力
Ncd=（M－G×B/2）/B
[Q]=0.75f1A
式中：M——弯矩 B——塔身标准节宽度
f1——混凝土剪切应力 A——冲切面积
（2）预埋螺栓的应力、凝结力
螺栓的上拔力Tmax=Ncd/n
式中：n——螺栓数量
螺栓与混凝土（C3O）的凝固力
Q＝πD×h1×fc
式中：D——螺栓直径
　　　h1——混凝土连接块重量
　　　fc——轴心抗压设计强度
（3）预埋螺栓的许用拉力
T′max=πD2/n×[бf]
建议采用塔机生产厂家提供的地下节，代替预埋螺栓。
（4）钢构柱抗压验算
单肢钢构柱顶的最大压力
N＝〔（M+H×h1）+W×L/2〕/2×L+G/4
式中：W——混凝土连接块重量
　　　L——钢构柱间距
　　　H——水平力
　　　G——塔机自重
钢构柱底部压力
N′＝N+G柱
式中：G柱——单肢钢构柱重量
　　　бf＝N′/（4/F）
式中：F——单肢角钢截面积
钢构柱抗压应力бf <[бf]满足承压要求。
（5）钢构柱稳定性验算
　①整体：б＝N/ΦoxA+Bmx×Mx/〔W1x（1－ΦoxN/NEX）〕+ByMy/W1y<f
NEx=NEy=Eiox/io2,
　io——对中点的回转半径。
式中：N＝1.3P+G，G——钢筋砼连接块重量。
　　Φox（Φox）——稳定系数
　　βmx——等效弯矩系数
　　W1x（W1y）——净截面抵抗矩
　　NEX——欧拉临界力
　　My——1.3M1
Iox（Ioy）——惯性矩
　　A——四个肢截面积（4×A1）
　②单肢稳定性验算
　N1/Φox1A1+βmxMx1/〔W1x（1－Φox1N1/NEX1）〕≤f
　式中：N1——N/4+ Mx/2b
　Φox1——稳定系数
　　　　A1——单肢截面积
　　　　Mx1——0.5 My1；My1——0.5 My
　　 NEX1——欧拉临界力
　　　　W1x——Ix1 /y1
　　钢构柱承载力由单肢稳定性控制。由于增加了钢筋混凝土连接块，重量增加20KN，单肢稳定性受到影响，施工企业应引起高度重视。
2、钢构柱上端设计承压板（钢平台）连接方式：应进行承受轴力，端面转角和最大挠度及焊缝连接强度验算。
（1）承受最大轴力验算
N＝A[б]
Np=N/K
∵P1、P2＝M/S±F/4
∴Np>P
式中：A——承压板面积
取安全系数K＝12mm
（2）承压板端面转角及最大挠度
（取：方形板面）
ΘA＝ΘB＝Pb2/（16×EI）　　f=Pb2/（48×EI）
按矩形截面：I＝hb2/12
式中：E——材料弹性模量
　　　b——承压板宽度
承压板厚取δ40～50mm，一般足够承受塔机传至的最大抗拔与承压力。
（3）承压板与格构柱连接强度
钢格构柱应由专业厂家制作，成品后运往工地，钢构柱插入钻孔桩后，露出端顶部设置承压板，经校水平后与格构柱连接，焊接后四块承压板的平面板不大于1/1000。
①钢构柱上端内角焊上四颗螺栓（直径等同塔机标准节螺栓且由工厂完成焊接），与承压板相连紧固。常规塔机标准节每角采用一颗或二颗螺栓，故用四颗螺栓，使实际计算净截面比塔机标准节连接大1～1.5倍。四颗螺栓的焊缝连接强度：
N/∑βfhfL<fw
式中：βf——动荷载系数
　　　　hf——焊缝高度
　　　　L——焊缝长度。
　②用四条角钢将承压板与格构柱焊连；用平焊代替仰焊，提高焊接质量，并增加焊缝长度。
施工企业应高度重视承压板（钢平台）与钢构柱的焊连，应设法增加焊缝长度、用平焊代替仰焊，保证焊接质量和焊缝连接强度，确保塔机的使用安全。
二、 施工要点
1。钻孔桩的直径应大于或等于φ800mm，四颗钻孔桩的位置按所选塔机塔身（标准节）截面尺寸定位。
2．钻孔桩应入持力层（一般不易采用磨擦桩）且控制垂直度偏差在规范要求内。
3．钢构柱应在工厂制作，成品后运往工地。现场焊接水平杆与斜撑杆（柱间支撑）等构件，必须持有焊接上岗证，原则上仍应由生产厂家派员施焊。
4．钢构柱（下端）与钻孔桩的钢筋笼搭接长度应大于或等于2米，并需增加箍筋和主筋数量，确保焊接质量。吊（插）入桩孔时，应控制钢构柱的垂直与水平二个方向的偏位。特别需防止浇捣混凝土后钢构柱的偏位，施工方案中必须有防偏位措施（采用模具等定位方法）。
5．单肢钢构柱内部需留有足够空间，浇捣混凝土中应采取有效手段保证混凝土的填充率达到95%以上。
6．开挖土方时，塔机钢构柱周围的土方应分层开挖，钢构柱之间的水平与斜撑杆（或柱间支撑），连接板等构件，必须跟随挖土深度而及时设置并焊接。
7．钢构柱露出端顶部设置承压板的，校水平后进行承压板刚性定位，焊接后四块承压板的上表面平面度不大于1/500。
8．钢构柱露出端顶部设置钢筋混凝土连接块的，预埋地下节露出端应保证350mm，端面的4根主弦杆平面度不大于1/1000（可先将基础节与地下节装配好，在基础节两个方向中心线上挂锤线）。
三、注意事项
1．混凝土标号应大于或等于C30.
2．钢构柱应由金属构件制造厂或塔机生产厂家制作，钢构柱的强度和稳定性必须大于塔身标准节。
3．钢构柱所选构件材质应等同塔机标准节材质，其型号规格应等同或大于塔机标准节所用材料。
4．塔机不论有或无钢构柱，都必须浇捣砼基础承台，并严格履行先浇捣塔机砼基础（承台），塔机再使用的原则。
5．塔机独立高度计算：未做地下室底板前，从钢构柱下端塔机砼基础承台表面开始至塔机吊钩的距离。浇捣地下室底板后，即从地下室底板表面开始至塔机吊钩的距离。
6．需考虑独立高度安全系数，对使用说明书规定的独立高度H，再乘0.9安全系数。
7．塔机检测报告应增加钢构柱检测内容；塔机备案（登记）资料应增加钢构柱隐蔽工程检查与验收资料。
8．塔机使用中，要经常观察钢筋混凝土连接块的变形情况；经常观察地脚螺栓松动情况，随时拧紧；经常观察塔机的垂直度，发现超差及时纠正。
9．严格按照塔机基础逆作法施工专项方案规定的步骤、措施、要求实施。
10．塔机生产厂家应关注钢构柱在塔机基础逆作法施工中的应用，对施工企业提供技术指导和帮助。

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