混凝土预制拼装塔吊基础技术规程应用中的几点建议.doc

《混凝土预制拼装塔吊基础技术规程》应用中的几点建议
摘要：G2地块项目有八台塔机基础采用预制拼装塔基，本文从预制拼装塔基结构尺寸按规程结构计算方法，反推出塔基所能承受的最大倾覆力矩和地基所应具备的最小承载力，提出对规程规定的使用范围和地基承载力数值等应以预制拼装塔基结构参数确定，有利于预制拼装塔基在推广过程中的安全应用。
关键词：额定起重力；倾覆力矩；地基承载力；预制拼装塔吊基础
混凝土预制拼装塔吊基础是在工厂进行砼分块预制，运送工地后进行预应力张拉连接，构件之间采用高强预应力柔性连接技术，并通过抗剪件传递剪力，该项技术为国家专利，在江苏、山东、安徽、河南等省为建设科技推广项目，与现浇钢筋砼基础相比，具有安装时间短、资源无浪费、不会形成拆除垃圾等优点，2011年住房和城乡建设部将《混凝土预制拼装塔吊基础技术规程》批准为行业规范。
《混凝土预制拼装塔吊基础技术规程》总则中规定“本规程适用于小车变幅水平臂额定起重力不超过400KN.M的塔式起重机预制砼基础的设计、制作、拼装、验收和使用维护”。但实际施工中所使用的塔吊，例如最常用的臂长50M的QTZ63型，其额定起重力为630KN.M，显然不在规程规定的使用范围之内，而现实中多有QTZ63甚至QTZ80塔基使用拼装式基础，其安全性如何？
《混凝土预制拼装塔吊基础技术规程》设计中一节说明“预制塔机基础的地基承载力特征值不应低于80KN/M2”，通过对不同厂家提供的塔基地基承载力统计看，各厂家要求相差很大，最高的为250KPa，最小的只有80KPa，在实际应用中如果地基承载力较低时，到底是以规程、还是以厂家说明书要求取值？这涉及到地基承载力较低时，塔基地基需不需加固的问题。
本文认为在执行规程时，要有原则性，不只是简单地遵守规程条文，而是要把握规程条文的理论依据和科学实质，对具体问题做出切合实际的分析验算。
规程中塔吊基础的结构设计计算包括预制塔机基础的底面应力、抗倾覆验算、截面承载力计算、地基稳定性、地脚螺栓设计、拼装连接索，张拉局承载力。与计算相关的荷载值包括垂直荷载标准值、水平荷载标准值、弯矩标准值及扭矩标准值。可以看出额定起重力矩与塔基结构设计计算并无直接联系，并不足以做为是否可采用预制塔基的标准。塔吊基础的结构设计计算分两个层次，第一个层次包括预制塔机基础的底面应力、抗倾覆验算，只有满足了这两个条件，才有进行下步验算的必要。
1、 正确地选用荷载值，是保证计算结论正确的前提。涉及塔吊的参数有四个：垂直荷载标准值、水平荷载标准值、弯矩标准值及扭矩标准值。一般可在厂家说明书中查到，没有时可参照厂家说明书根据国家标准《塔式起重机设计规范》（GB/T13752）计算。
2、 需要说明的是塔吊基础的抗倾覆验算及底面应力采用的荷载值，应是塔吊最大独立安装高度时对应的值，超出独立安装高度后，塔机需加装塔身附着架，水平荷载通过附着杆传到具备一定强度的结构上，只要附着杆满足要求，倾覆力矩不再进行考虑。
在已知预制拼装塔基结构尺寸的情况下,可以通过反算的方法，目的是要推导出二个值，一个是拟采用拼装塔基抗倾覆力矩，一个是塔基地基承载力，与拟使用塔机说明书给定值相比较，即可确定是否能采用该预制拼装塔基。
如图所示比较常用的一种砼预制拼装多用塔机基础(适用于起重力矩400KN.m以下塔机)：

1—中心件；2—过渡件；3—端件
以淮安建机QT40塔机参数为例，最小垂直力430KN，最大倾覆力矩702KN.m，水平剪力18.4KN，预制塔机的自重及配重标准值440KN，塔基高度1.2m。
1、作用在预制塔机基础顶面的荷载应由塔式起重机生产厂家按现行国家标准《塔式起重机设计规范》GB/T13752提供。塔式起重机作用在基础顶面上的垂直荷载标准值、水平荷载标准值、弯矩标准值及扭矩标准值分别为、、、（图4.2.1-1）。

图1 基础顶面荷载标准值
2、对预制塔机基础的底面压力进行验算时，作用在基础底面上的荷载应采用标准组合。标准组合中取用的垂直荷载标准值和弯矩标准值应按下列公式计算：
（代入计算得：430+440=870KN）
（代入计算得： M +22.08）
式中：
——作用在基础底面上的垂直荷载标准值（kN）；
Gk
——预制塔机基础的自重及配重的标准值（kN）；

——预制塔机基础作用在其基础底面上的弯矩标准值(kN·m)；

——预制塔机基础梁截面高度（mm）。
3、对预制塔机基础进行抗倾覆验算时，应采用荷载基本组合设计值。倾覆力矩和抗倾覆力矩应按下列公式计算：
（代入计算得：2270.7KN.M）
（代入计算得：1.4 M+22.08）
（代入计算得：2.90m）
式中：Mstb
——预制塔机基础抵抗倾覆的力矩值(kN·m)；
Mdst
——塔式起重机作用在基础上的倾覆力矩值(kN·m)；
l0
——预制塔机基础最小的抗倾覆力臂(mm)；
0
——基础端件的宽度(mm)；
l
——预制塔机基础底面的长度(mm)。
预制塔机基础的抗倾覆稳定性应符合下式要求：
（代入计算得：2270.7/1.4 M+22.08）
故M≤795.19KN.M （淮安建机QT40塔机最大倾覆力矩702KN.m）
式中：kstb——抗倾覆稳定性系数:当预制塔机基础有埋深时，kstb应按不小于2.0取值；无埋深时，kstb应按不小于2.2取值。
4、预制塔机基础的地基承载力应符合下列规定：
1）塔式起重机在偏心荷载作用下基础底面的压力应按下式确定：
（代入计算得：870/9.42±724/5.27=229（-44）
式中：pk,max
——预制塔机基础底面边缘的最大压力标准值(kN/m2)；
pk,min
——预制塔机基础底面边缘的最小压力标准值(kN/m2)；
Wmin
——预制塔机基础的最小截面抵抗矩(m3)；
A
——预制塔机基础底面积(m2)。
2）基础底面的压力，应符合下列公式要求：

（代入计算得：190KPa，可见规程取值偏小，施工时需注意按计算值选地基承载力）
式中：pk,m
——预制塔机基础底面上的平均压力标准值(kN/m2)；
fa
——经过宽度和深度修正后的地基承载力特征值(kPa)。
当基底出现零应力区时，偏心距e应小于/4；偏心距e(m)应按下列公式计算：
（代入计算得：1.7m，满足要求）

现浇钢筋土塔基的设计，是根据塔吊参数确定塔基尺寸，而预制塔基是尺寸已定，反过来要校核其安全性，是对预制塔基的选择，这是选择混凝土预制拼装塔吊基础的思路。从计算过程中可以看出，能否使用拼装式基础，主要是由其抗倾覆力矩值控制的，从本文计算实例来看，对于一般的QT40塔机，QT40预制拼装塔吊基础抗倾覆能力已按近临界值，规程所做的范围限值起重力矩小于400KN.M，是偏于安全的，起重力矩大于400KN.M以上的塔吊使用拼装式塔基一定要慎重。而规程中对塔基地基承载力的要求过低，在使用前一定要根据参数值进行校核。
值得注意的是，随着混凝土预制拼装塔机基础技术的发展，适用于起重力矩大于400KN.m以上的拼装塔机基础已经在应用阶段，不同的拼装塔机基础其抗倾覆能力是不同的，使用前一定要按塔机生产厂家提供的参数值按上述计算方法进行校核，以确保使用安全。
参考文献：
[1]GB/T13752-92《塔式起重机设计规范》.
[2]GB5007-2002《建筑地基基础设计规范》.
[3]GB50135-2006《高耸结构设计规范》.

2012-10-16
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