塔式起重机混凝土基础

塔式起重机混凝土基础工程技术规程JGJ/T187-2009介绍,1,目 录,1、塔式起重机混凝土基础工程技术规程 JGJ/T187-2009的编写背景 2、任务来源和编写过程 3、规程的主要技术内容和基本规定 4、规程的重点设计计算内容 5、规程的重点施工管理内容 6、塔机风荷载计算 7、塔机桩基础设计实例 8、十字型基础设计实例,2,1、塔式起重机混凝土基础工程技术规程JGJ/T187-2009的编写背景,1.1 工程建设发展需要 随着国家经济的快速发展，建筑工程施工技术迅速提高，作为主要建筑施工机械之一的塔式起重机（以下简称塔机）得到普遍应用，其中又以小车变幅的固定式塔机最受欢迎。然而目前施工工地的塔机在运行过程中出现过较多的事故，主要原因之一在于其基础的设计和施工较为草率，没有标准可遵循，塔机传到基础的荷载和基础的承载力计算都不够准确，导致地基基础破坏、塔机倾覆以及人员伤亡；而有些塔机基础设计人员由于依据或经验不足，设计的基础过于保守，浪费大量的建筑材料；塔机基础包括桩基在施工中存在马虎草率，没有可遵循的专门标准，也经常有事故发生；因此急需一部规范塔机基础工程设计施工的技术规程，从而减少以致杜绝全国各地因塔机基础设计施工依据或经验不足引起的人员伤亡，降低建设单位或施工单位的经济损失。,3,1.2 规范塔机基础的设计施工 目前各地的施工工地普遍按塔机制造商提供的塔机使用说明书中的基础荷载参数和基础图施工。该基础荷载参数和基础图的主要编制依据是国家标准塔式起重机设计规范GB/T13752-92，随着时代的进步加上我国幅员辽阔，该标准已不适应当前工程建设的需要。以风荷载为例，国家标准GB/T13752-92规定的基本风压为0.80kN/m2(离地面高度20m以下)、1.10 kN/m2（离地面高度20m以上）；显然，在五十年一遇的基本风压大于上述数值的地区，塔机基础的设计是不安全的，而基本风压小于上述数值的地区，则塔机基础的设计可能偏于保守。此外，塔机使用说明书中基础图统一规定地基承载力须不小于200 kN/m2也不符合因地制宜的科学应用原则。可见塔式起重机混凝土基础工程技术规程（以下简称规程）的编制及实施能规范塔机基础的设计施工，让国家和企业产生一定的经济效益和社会效益。,4,2、任务来源和编写过程,2.1任务来源 根据住房和城乡建设部建标2008102号文关于印发的通知，主编单位承担行业标准塔式起重机混凝土基础工程技术规程的编制任务，2008年8月10日在杭州召开了本规程第一次编制工作会议。 2.2编写过程 编制组进行了广泛的实际塔机及基础工程的调查、资料收集、分析研究，并参考了有关的国际标准和国外先进标准。在此基础上，编制组成员按照分工对正文和条文说明逐章逐条进行编制，形成了标准的初稿。然后编制组充分地讨论、修改补充，形成标准的讨论稿，在2008年12月召开编制组第二次编制工作会议，对标准讨论搞进行了充分的讨论修改，形成标准的征求意见稿。在“国家工程建设标准信息化信息网”上公开征求意见，同时发给国家与塔机基础有关的科研、设计、施工、生产、教学等单位和建设主管部门及专家征求意见，共收到反馈意见150条。编制组对反馈意见进行了汇总和处理，对标准进一步修改和完善，形成了标准送审稿。,5,6,3、规程的主要技术内容和基本规定,3.1 主要技术内容 本规程的主要技术内容是：1. 总则；2. 术语和符号；3. 基本规定；4. 地基计算；5. 板式和十字形基础；6. 桩基础；7. 组合式基础；8. 施工及质量验收。附录A、B。 3.2 基本规定 3.2.1 塔机的基础形式应根据工程地质、荷载大小与塔机稳定性要求、现场条件，并结合塔机制造商提供的塔机使用说明书的要求确定。常用的塔机固定式基础形式有矩形（包括方形）板式和十字形式、桩基及组合式基础。,7,3.2.2 塔机基础的设计应按独立状态下的工作状态和非工作状态的荷载分别计算。塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载，并应计入可变荷载的组合系数，其中起重荷载不应计入动力系数；非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。本条文是塔机基础设计的基本原则。 塔机在独立状态时，所承受的风荷载等水平荷载及倾覆力矩、扭矩对基础的作用效应最大；附着状态（安装附墙装置后）时，塔机虽然增加了标准节自重，但对基础设计起控制作用的各种水平荷载及倾覆力矩、扭矩等主要由附墙装置承担，故附着状态可不计算。 3.2.3 塔机工作状态的基本风压应按0.20 kN/m2取用，风荷载作用方向应按起重力矩同向计算；非工作状态的基本风压应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009中给出的50年一遇的风压取用，且不小于0.35kN/m2，风荷载作用方向应从平衡臂吹向起重臂；塔机的风荷载可按本规程附录A的规定进行简化计算。,8,按现行行业标准建筑机械使用安全技术规程JGJ33的规定，六级及以上大风应立即停止作业，相应的基本风压为0.12kN/m2；本规程取工作状态的基本风压为0.20kN/m2，再乘各项风荷载系数之积，大于现行国家标准塔式起重机设计规范GB/T13752规定的基本风压0.25kN/m2乘单一风力系数之积。 3.2.4 塔机基础及地基均应满足承载力计算的有关规定。本条规定了地基基础设计的原则，各类塔机的地基基础均应满足承载力计算的有关规定，同时作出了可不做地基变形验算和稳定性验算的规定，将地基变形验算和稳定性验算控制在合适的范围。 3.2.5 地基基础设计时所采用的荷载效应最不利组合与相应的抗力限值应符合下列规定： 1 按地基承载力确定基础底面积及埋深或按单桩承载力确定桩数时，传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的标准组合。相应的抗力应采用地基承载力特征值或单桩承载力特征值；,9,2 计算地基变形时，传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合。相应的限值应为地基变形允许值； 3 计算基坑边坡或斜坡稳定性，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均取1.0； 4 在确定基础或桩承台高度、计算基础内力、确定配筋和验算材料强度时，传给基础的荷载效应组合和相应的基底反力，应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合计算，并应采用相应的分项系数； 3.2.6 塔机基础设计缺少计算资料时，可采用塔机制造商提供的塔机使用说明书的基础荷载，包括工作状态和非工作状态的垂直荷载、水平荷载、倾覆力矩、扭矩以及非工作状态的基本风压；若非工作状态时塔机现场的基本风压大于塔机使用说明书提供的基本风压，则应按本规程附录A的规定对风荷载予以换算。,10,塔机基础设计缺少计算资料指塔机制造商提供的塔机使用说明书中没有塔机各部分的构造、自重及重心位置的说明，即无法按本规程的规定分析计算塔机的荷载。非工作状态下塔机现场的基本风压大于塔机使用说明书提供的基本风压，应按本规程附录A的规定对风荷载引起的倾覆力矩予以换算，否则不安全；可采用简化的换算方法，将现场基本风压超出塔机使用说明书基本风压的差值按本规程附录A的规定进行计算，将计算所得的倾覆力矩、水平荷载分别与塔机使用说明书提供的倾覆力矩、水平荷载同向叠加。 3.2.7 塔机独立状态的计算高度H按基础顶面至锥形塔帽一半处高度或平头式塔机的臂架顶取值。,11,12,4.1 地基承载力计算 4.1.1 塔机在独立状态时，作用于基础的荷载应包括塔机作用于基础顶的竖向荷载标准值 、水平荷载标准值 、倾覆力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值 、扭矩荷载标准值 、以及基础及其上土的自重荷载标准值 见图4.1.1。,4、规程的重点设计计算内容,图4.1.1 基础荷载,13,4.1.2 矩形基础地基承载力计算应符合现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007-2002第5.2节的规定，此处不作详细解析。 当塔机基础为十字形时，可采用简化计算法，即倾覆力矩标准值 、水平荷载标准值 仅由其中一条形基础承载，基础底面的抵抗矩W宜计入节点加腋部分；竖向荷载仍由全部基础承载。 矩形板式和十字形基础各有优缺点，应因地制宜地选用。 基础偏心距应符合 。此条规定取自现行国家标准高耸结构设计规范GB50135，即考虑了塔机倾覆后果的严重性，比塔式起重机设计规范GB/T13752的规定 有所提高。 4.1.3 方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础应按双向偏心受压作用验算地基承载力，塔机倾覆力矩的作用方向应取基础对角线方向（图4.1.3），基础底面的压力应符合下列公式要求：,14,（a）偏心荷载在核心区内 （b）偏心荷载在核心区外 图4.1.3 双向偏心荷载作用下矩形基础的基底压力,15,（4.1.3-1）,1. 当偏心荷载合力作用点在核心区内时（ ）,（4.1.3-2）,（4.1.3-3）,（4.1.3-4）,16,式中：PK相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值； fa修正后的地基承载力特征值； Pmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值； Pmin相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最小压力值； Fk塔机作用于基础顶面的竖向荷载标准值； GK基础及其上土的自重标准值； A基础底面面积； Mkx、Mky相应于荷载效应标准组合时，作用于基础底面对x、y轴的力 矩值； Wx、Wy基础底面对x、y的抵抗矩。,17,2. 当偏心荷载合力作用点在核心区外时（ ）：,（4.1.3-5）,（4.1.3-6）,（4.1.3-7）,（4.1.3-8）,（4.1.3-9）,上述公式取自现行国家标准高耸结构设计规范GB50135-2006第7.2节规定。,18,式中：,h,相应于荷载效应标准组合时，作用于基础顶面的水平 荷载值； 偏心距； 方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础x 方向的底面边长； 方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础y 方向的底面边长； 基础的高度； 偏心荷载合力作用点至eb一侧x方向基础边缘的距离； 偏心荷载合力作用点至el一侧y方向基础边缘的距离； 偏心距在x方向的投影长度； 偏心距在y方向的投影长度。,19,塔机倾覆力矩按塔身截面对角线作用最大，此时基础底面的抵抗矩W最小，故荷载效应最不利。 基础底面允许部分脱开地基土的面积不应大于底面全面积的1/4，可通过控制偏心距符合本条规定的要求：对矩形基础偏心距e不大于b/4；对方形基础和底面边长比小于或等于1.1的矩形基础偏心距e不大于0.21b（倾覆力矩沿塔身截面的对角线作用）。,20,4.2 板式和十字形基础,图4.2.1-（a）塔机的板式基础,图4.2.1-（b）塔机的十字形基础（加配重）,21,4.2.1 构造要求 1. 基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜采用坡形或台阶形截面的基础。 2. 基础的混凝土强度等级不应低于C25。 3. 基础配筋应符合现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的有关构造规定（含最小配筋率0.15%）。板式基础应在基础表层和底层配置直径不小于12mm、间距不大于200mm的钢筋，且上、下层主筋应用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接；十字形基础主筋应按梁式配筋，主筋直径不小于12mm，箍筋直径不小于8mm且间距不大于200mm，侧向构造纵筋的直径不小于10mm且间距不大于200mm。板式和十字形基础架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半。 4. 预埋于基础中的塔机基础节锚栓或预埋节，应符合塔机使用说明书规定的构造要求，并应有支盘式锚固措施。,22,5. 十字形基础的节点处应采用加腋构造，有利于基础的稳定和避免应力集中。,基础节,斜撑,锚栓,图4.2.1-（c） 塔机基础节形式,图4.2.1-（d）塔机预埋节形式,预埋节,23,4.2.2 基础计算 1.基础的配筋应按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010的有关规定进行受弯、受剪计算。 考虑一般塔机基础所受的扭矩 较小，例如QTZ63塔机的 等于228kNm，QTZ80塔机的 等于305kNm，ZJ6012塔机的 等于350kNm，ZJ7030塔机的等于660kNm，远小于混凝土基础1/4的开裂扭矩T；对方形基础长5m、宽5m、高1.2m，且混凝土强度等级为C25时，T为7880kNm。故简化设计中可不考虑扭矩的作用。 当塔机基础节设有斜撑时，可简化为无斜撑计算，但基础钢筋宜按对称式配置正负弯矩筋。本节所列公式中的荷载不包括基础及其上土的自重。净反力是指扣除基础及其上土自重后传至基础底面的压应力。,24,2.计算板式基础强度时，将塔机作用于基础的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面，计算受弯、受剪的最危险截面取柱边缘处（图4.2.2）。基底净反力采用按式（4.2.2）求得的基底平均压力设计值P：,（4.2.2）,图4.2.2 板式基础基底压力示意图,25,塔机的塔身是立体桁架式钢结构，力的作用机理和结构构造类同于格构式钢柱，故规定了塔机的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面。 倾覆力矩设计值M按基础主轴x、y方向分别作用，计算基底压力，再计算基础的内力、配筋。按公式（4.2.2）计算出塔机的塔身柱边基础截面的内力弯矩与精确计算值相比，误差一般在5%内。 3.计算十字形基础时，倾覆力矩设计值M和水平荷载设计值FV按其中任一条形基础纵向作用计算，竖向荷载设计值F仍由全部基础承受。,式中：Pmax按本规程第4.1节规定且采用荷载效应基本组合计算的基 底边缘的最大压力值； P1按本规程第4.1节规定且采用荷载效应基本组合计算的塔 机立柱边的基底压力值。,26,4.3 桩基础 4.3.1 构造要求 1. 桩基构造应符合现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94的规定。预埋件应按塔机使用说明书布置。 2. 基桩应按计算和构造要求配置钢筋。纵向钢筋的最小配筋率，分别对灌注桩、预制桩、预应力混凝土管桩作了规定。纵向钢筋最少根数和长度及保护层厚度作了规定，箍筋的构造要求也作了规定。 3. 承台宜采用截面高度不变的矩形板式或十字形梁式，截面高度不宜小于1000mm，且应满足塔机使用说明书的要求。基桩宜均匀对称布置，且不宜少于4根，以满足塔机任意方向倾覆力矩的作用。边桩中心至承台边缘的最小距离作了规定。,27,4. 板式承台基础上、下面均应根据计算或构造要求配筋，钢筋直径不应小于12mm，间距不应大于200mm，上、下层钢筋之间应设置竖向架立筋，宜沿对角线配置桩顶暗梁，塔机基础节的立柱应位于暗梁上。十字形承台应按两个方向的梁分别配筋，承受正、负弯矩的主筋应按计算配置，箍筋不宜小于8，间距不宜大于200mm。 5. 基桩主筋伸入承台基础的锚固长度应不小于35d（主筋直径），对于抗拔桩，桩顶主筋的锚固长度应按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010确定。对预应力混凝土管桩和钢管桩，宜采用植于桩芯混凝土中不少于620的主筋锚入承台基础，桩芯混凝土长度不应小于2倍桩径，且不应小于1000mm。 4.3.2 桩基计算 1. 桩顶作用效应，应取沿矩形或方形承台对角线方向（即塔机塔身截面的对角线方向属荷载效应最危险方向）的倾覆力矩和水平荷载及竖向荷载进行计算，以角桩的受压或受拔为最不利。当采用十字形承台时，倾覆力矩和水平荷载的作用宜取其中任一条形承台按其纵向作用进行计算，竖向荷载按全部基桩承受进行计算。,28,2. 基桩的桩顶作用效应应按下列公式计算：,1） 轴心竖向力作用下：,（4.3.2-1）,2） 偏心竖向力作用下：,（4.3.2-2）,（4.3.2-3）,29,荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩的平均竖向力； 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最大竖向力； 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，角桩的最小竖向力； 荷载效应标准组合时，作用于桩基承台顶面的竖向力； 桩基承台及其上土的自重标准值，水下部分按浮重度计； 桩基中的桩数； 荷载效应标准组合时，沿矩形或方形承台的对角线方向、或沿 十字型承台中任一条形承台纵向作用于承台顶面的力矩； 荷载效应标准组合时，塔机作用于承台顶面的水平力； 承台的高度； 矩形承台对角线或十字型承台中任一条形承台两端基桩的轴线 距离。 桩基竖向承载力、单桩竖向承载力特征值、桩的抗拔承载力、桩身抗压或抗拔承载力等计算公式均同现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94，此处不作详细解析。,式中：,30,4.3.3 承台计算 受弯及受剪计算 1. 桩基承台应进行受弯、受剪承载力计算，将塔机作用于承台的4根塔身立柱所包围的面积作为柱截面，承台弯矩、剪力应按本规程第6.4.2条至6.4.3条规定计算，受弯、受剪承载力和配筋应按现行混凝土结构设计规范GB50010的规定进行计算。 2. 多桩矩形承台弯矩的计算截面取在塔机基础节塔身柱边，弯矩可按下列公式计算：,（4.3.31）,（4.3.32）,31,式中：Mx、My分别为绕x轴、y轴方向计算截面处的弯矩设计值； xi、yi分别为垂直y轴、x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离； Ni不计承台自重及其上土重，在荷载效应基本组合下的第i桩 的竖向反力设计值。,图4.3.3-1 承台弯矩计算示意,32,3. 对于十字形梁式承台和板式承台中暗梁的弯矩与剪力计算，可视基桩为不动铰支座，按简支梁或连续梁计算（图4.3.3-2、4.3.3-3），倾覆力矩设计值M按其中任一梁纵向作用，竖向荷载设计值F仍由全部基础承受。连续梁宜对称配置承受正、负弯矩的主筋；简支梁架立筋的截面积不宜小于受力筋截面积的一半。暗梁计算截面的宽度应不小于桩径。,图4.3.3-2 板式承台暗梁平面图,暗梁,33,塔机塔身截面对角线上两立柱对基础的集中荷载设计值Fmax、min可按下式计算。,图4.3.3-3 暗梁（1-1截面）计算简图,（4.3.3-3）,式中：F塔机荷载效应基本组合时作用于基础顶的竖向荷载； M塔机荷载效应基本组合时作用于基础顶的倾覆力矩； L1塔机塔身截面对角线上两立柱轴线间的距离。,34, 受冲切计算 1. 由于塔机基础节或预埋节有支盘式或横腹杆的特殊构造，故在承台厚度满足本规程的构造要求和塔机使用说明书的要求下，塔机立柱对承台的冲切可不验算。 2. 塔机的倾覆力矩沿矩形或方形承台的对角线方向作用时，角桩的桩顶作用力最大，且冲切破坏锥体的侧面积最小，故本规程规定了承台受角桩冲切的承载力计算公式。为简化计算，将塔机基础节的4根塔身立柱所包围的面积作为塔身柱截面。 对位于塔机塔身柱冲切破坏锥体以外的基桩，承台受角桩冲切的承载力可按下式计算（图4.3.3-4）：,35,图4.3.3-4 承台角桩冲切计算示意,36,荷载效应基本组合时，不计承台及其上土重的角桩桩顶的 竖向力设计值； 角桩冲切系数； 角桩内边缘至承台外边缘的水平距离； 从承台底角桩顶内边缘引45冲切线与承台顶面相交点至 角桩内边缘的水平距离；当塔机塔身柱边位于该45线以 内时，则取由塔机塔身柱边与桩内边缘连线为冲切锥体的 锥线；,式中：,（4.3.34）,（4.3.35）,（4.3.36）,37,当角桩轴线位于塔机塔身柱冲切破坏锥体以内时，且承台高度符合构造要求，可不进行承台受角桩冲切的承载力计算。,承台受冲切承载力截面高度影响系数，当h800mm时， 取1.0; h2000mm时， 取0.9；其间按线性内插法取值； 承台混凝土抗拉强度设计值； 承台外边缘的有效高度； 角桩冲跨比，其值应满足0.251.0， ， 。,38,4.4 组合式基础 组合式基础由混凝土承台或型钢平台、格构式钢柱或钢管柱及灌注桩或钢管桩等组成（图4.4.1-（a）。,图4.4.1-（a） 组合式基础立面示意图,39,图4.4.1-（b） 型钢平台组合式基础,图4.4.1-（c） 无平台组合式基础,40,4.4.1 构造要求 1.格构式304不锈钢板钢柱的布置应与下端的基桩轴线重合且宜采用焊接四肢组合式对称构件，截面轮廓尺寸不宜小于400mm400mm，分肢宜采用等边角钢，且不宜小于L90mm8mm；缀件宜采用缀板式，也可采用缀条（角钢）式。格构式钢柱伸入承台的长度不宜低于承台厚度的中心。 2.灌注桩的构造应符合现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94的规定，其截面尺寸应满足格构式钢柱插入基桩钢筋笼的要求。灌注桩在格构式钢柱插入部位的箍筋应加密，间距不应大于100mm。 3.格构式钢柱上端伸入混凝土承台的锚固长度应满足抗拔要求。下端伸入灌注桩的锚固长度不宜小于2.0m，且应与基桩纵筋焊接。 4.随着基坑土方的分层开挖，应在格构式钢柱外侧四周及时设置型钢支撑，将各格构式钢柱连接为整体（图4.4.1）。型钢支撑的截面积不宜小于格构式钢柱分肢的截面积。当格构式钢柱的计算高度（H0）超过8m时，宜设置水平型钢剪刀撑，其竖向间距不宜超过6m，其构造要求同竖向型钢支撑。设置竖向和水平向型钢支撑有利于抗塔机回转产生的扭矩。,41,4.4.2 组合式基础计算 1. 格构式钢柱应按轴心受压构件设计，并应符合下列公式规定： 1）格构式钢柱受压整体稳定性应符合下式要求：,（4.4.21）,格构式钢柱单柱最大轴心受压力设计值，应按本规程第 6.3节规定且取荷载效应的基本组合值计算； 构件毛截面面积，即分肢毛截面面积之和； 钢材抗拉、抗压强度设计值； 轴心受压构件的稳定系数，应根据构件的换算长细比 和钢材屈服强度按现行国家标准钢结构设计规范 GB50017-2003 的规定：按b类截面查表C-2取用。,式中：,42,2）格构式钢柱的换算长细比应符合下式要求：,（4.4.22）,格构式钢柱绕两主轴x、y的换算长细比中大值 （图4.4.2）； 轴心受压构件允许长细比，取150。,式中：,图4.4.2 格构式组合构件截面,43,3）格构式钢柱分肢的长细比应符合下列公式要求：,当缀件为缀板时：,，且,当缀件为缀条时：,（4.4.23）,（4.4.24）,格构式钢柱分肢对最小刚度轴1-1的长细比（图4.4.2）， 其计算长度应取两缀板间或横缀条间的净距离。,式中：,44,4）格构式轴心受压构件换算长细比 的计算详见现行国家标准钢结构设计规范GB50017。其中格构式钢柱构件的长细比（ 、 ）计算公式中的计算长度H。规定为承台厚度中心至格构式钢柱底端。,2. 缀件所受剪力应按下式计算：,（4.4.25）,为格构式钢柱四肢的毛截面面积之和， 钢材的抗拉、抗压强度设计值； 钢材的强度标准值（屈服强度）。,式中：,剪力V值可认为沿构件全长不变，此剪力应由构件两侧承受该剪力的缀件面平均分担。,45,3. 缀件设计应符合下列公式要求（图4.4.2-1、4.4.2-2）：,图4.4.2-1缀板式格构式钢柱立面示意,图4.4.2-2 缀条式格构式钢柱立面示意,46,1） 缀板按受弯构件设计，弯矩和剪力值按下式计算：,（4.4.36）,（4.4.37）,2） 斜缀条按轴心受压构件设计，轴向压力值按下式计算：,（4.4.38）,单个缀板承受的弯矩； 单个缀板承受的剪力； 单个斜缀条承受的轴向压力； 分肢型钢形心轴之间的距离； 格构式钢柱的一个节间长度，即相邻缀板轴线距离； 斜缀条和水平面的夹角。,式中：,47,5、规程的重点施工管理内容,5.1 基础的钢筋绑扎和预埋件安装后，应按设计要求检查验收，合格后方可浇捣混凝土，浇捣中不得碰撞、移位钢筋或预埋件，混凝土浇筑后应及时保湿养护。基础四周应回填土方并夯实，基础顶面一般不回填土方以方便拆除塔机。,图5.1-1 塔基预埋锚栓的定位架,5.1-2 塔机基础节和锚栓的连接,48,5.2 基础的钢筋绑扎后，应作隐蔽工程验收，包括塔机基础节的预埋件或预埋节，验收合格后方可浇筑混凝土。 5.3 安装塔机时基础混凝土应达到80%以上设计强度，塔机运行使用时基础混凝土应达到100%设计强度。 5.4 吊装组合式基础的格构式钢柱时，和灌注桩钢筋笼焊接后沉入，垂直度和上端偏位值容易疏忽失去控制，故作出垂直度和上端偏位值允许偏差的规定。 5.5 二手挖掘机对基坑开挖中应保护好组合式基础的格构式钢柱，开挖到设计标高后，应立即浇筑工程混凝土基础的垫层，宜在组合式基础的混凝土承台投影范围加厚垫层并掺入早强剂。格构式钢柱在底板厚度的中央位置，应在分肢型钢上焊接止水钢板。,49,图5.5 基坑中塔机的组合式基础,50,5.6 灌注桩施工过程中应进行下列检验： 5.6.1 灌注混凝土前，应按现行行业标准建筑桩基技术规范JGJ94的规定，对已成孔的中心位置、孔深、孔径、垂直度、孔底沉渣厚度进行检验； 5.6.2 应对钢筋笼安放的实际位置等进行检查，并填写相应质量检测、检查记录。 5.7 基础尺寸的允许偏差应符合本规程的规定。 5.8 地基基础其他施工质量验收的规定详见行业标准塔式起重机混凝土基础工程技术规程JGJ/T187，此处不再详述。,51,6、塔机风荷载计算,6.1.1 垂直于塔机表面上的风荷载标准值WK，应按下式计算：,（6.1-1）,式中0.8为风压修正系数。一般塔机在单位工程上的使用时间为23年，按30年一遇的基本风压计算已属安全（国家现行行业标准建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范JGJ130规定按30年一遇的基本风压计算，且乘以0.7修正系数。）本规程取50年一遇的基本风压w0，同时考虑风荷载的风振动力作用传至基础时将会削弱，故此对风压折减修正。为便于风荷载计算，,6.1 风荷载标准值计算,52,本规程的附录A对风荷载的各项系数以表格形式列出查用。,风振系数； 风荷载体型系数； 风压等效高度变化系数； 基本风压（kN/m2）。,6.1.2 塔机的风振系数 根据基本风压w0和塔机的计算高度H及地面粗糙度类别查本规程附录A表A.1.2即可得。 6.1.3 风荷载体型系数 按本规程附录A第A.1.3规定，当塔身为型钢或方钢管杆件时体型系数取1.95；当塔身为圆钢管杆件时体型系数根据基本风压w0和风压等效高度变化系数 查本规程附录表A.1.3即可得。 6.1.4 风压等效高度变化系数 ，根据塔机的计算高度H和地面粗糙度类别查本规程附录A表A.1.4即可得。附表A.1.4系根据风荷载作用于基础顶面的荷载效应相等的原则，列出相应的表格查取风压等效高度变化系数 。,53,图6.1.4-1 考虑高度变化 系数的实际风压图,图6.1.4-2 简化高度变化 系数的等效风压图,荷载效应相等原则就是，根据塔机的实际风压图（图6.1.4-1）计算出作用于基础顶面的合力和力矩，与根据简化的塔机等效风压图（图6.1.4-2）计算出作用于基础顶面的合力和力矩分别相等。本规程附录A列出风压等效高度变化系数 方便计算。,54,6.2 独立塔机工作状态时风荷载计算 6.2.1 工作状态时塔机风荷载的等效均布线荷载标准值按下列公式计算：,（6.2.11）,（6.2.12）,塔机工作状态时，风荷载的等效均布线荷载标准值（kN/m）； 塔机工作状态时，基本风压值取0.20 kN/m2； 塔身单片桁架结构迎风面积（m2）； 塔身前后片桁架的平均充实率； 塔身桁架结构宽度（m）； 塔机独立状态下计算高度（m）。,式中：,55,6.2.2 工作状态时，作用在塔机上风荷载的水平合力标准值应按下式计算：,（6.2.13）,6.2.3 工作状态时，作用在基础顶面风荷载的力矩标准值按下式计算：,（6.2.14）,Fsk作用在塔机上风荷载的水平合力标准值（kN）。,Msk风荷载作用在基础顶面的力矩标准值（kN m），应按起重力矩同方向计算。,56,6.3 独立塔机非工作状态时风荷载计算 6.3.1 非工作状态时塔机风荷载的等效均布线荷载标准值按下列公式计算：,（6.3.11）,（6.3.12）,非工作状态时，风荷载的等效均布线荷载标准值（kN/m）； 非工作状态时，风荷载标准值（kN/m2）； 非工作状态时的基本风压（kN/m2），应按当地50年一遇的 风压取用，且不小于0.35 kN/m2。,式中：,57,6.3.2 非工作状态时，作用在塔机上风荷载的水平合力标准值按下式计算：,（6.3.2）,6.3.3 非工作状态时，风荷载作用在基础顶面上的力矩标准值按下式计算：,（6.3.3）,风荷载作用在基础顶面上的力矩标准值（ kN m），应按从平衡臂吹向起重臂计算 。,6.3.4 风向系数 当风沿着塔机塔身方形截面对角线方向吹时，风荷载应乘以风向系数 ，即 取为风向着方形截面任一边作用时的1.2倍。,非工作状态时，作用在塔机上风荷载的水平合力标准值（kN）。,58,7、塔机桩基础计算实例,7.1 塔机及桩基概况 7.1.1 塔机概况 根据工程实况，采用塔机型号为QTZ60，塔身为方钢管桁架结构，塔身桁架结构宽度为1.6m，最大起重量为6t，最大起重力矩为69tm，最大吊物幅度50m，结构充实率0.35，独立状态塔机最大起吊高度40m，塔机计算高度43m（取至锥形塔帽的一半高度），现场为B类地面粗糙度。塔机以独立状态计算，分工作状态和非工作状态两种工况分别进行基础的受力分析。,59,7.1.2 桩基概况 根据现场的岩土工程勘察报告和工程桩的选型，塔基的基桩选用先张法预应力混凝土管桩PC-AB550(100)-11.10.9a，桩身的混凝土强度等级为C60，桩端持力层为可塑状态的粉质粘土，单桩竖向承载力特征值750kN，单桩竖向抗拔承载力特征值550kN，承台尺寸blh=480048001250mm，承台埋置深度为1.5m，承台顶面不覆土。塔机工作地点为深圳市，在丰水期的地下水位为自然地面下1m，桩基础平面示意图及AA剖面图如下：,60,暗梁,暗梁,图7.1.2 桩基平面示意图及AA剖面图,61,7.2 桩基所受荷载的计算分析 7.2.1 塔机竖向荷载,图7.2.1 QTZ60塔机竖向荷载简图,62,塔机QTZ60的竖向荷载简图如图7.2.1。图中各参数摘自浙江建机集团生产的QTZ60塔机使用说明书。各种型号规格的塔机荷载简图应按实画出并计算。,塔身自重； 起重臂自重； 小车和吊钩自重； 平衡臂自重； 平衡块自重； 最大起重荷载； 最小起重荷载； 塔机各分部重心至塔身中心的距离； 最大或最小起重荷载至塔身中心相应的最大距离。,图中：,63, 塔机所受风均布线荷载标准值（ ）,7.2.2 基础荷载组合,1. 自重荷载及起重荷载,1） 塔机自重标准值,2） 基础自重标准值,丰水期：,3） 起重荷载标准值,2. 风荷载计算 1） 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A）,64,2）非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A） 塔机所受风线荷载标准值（深圳市 ）, 塔机所受风荷载水平合力标准值, 基础顶面风荷载产生的力矩标准值, 塔机所受风荷载水平合力标准值, 基础顶面风荷载产生的力矩标准值,65,2） 最大起重荷载产生最大向前力矩标准值（ 较 产生的力矩大）,3. 塔机的倾覆力矩 塔机自身产生的倾覆力矩，向前（起重臂方向）为正，向后为负。,1） 大臂自重产生的向前力矩标准值,3） 小车位于上述位置时的向前力矩标准值,4） 平衡臂产生的向后力矩标准值,5） 平衡重产生的向后力矩标准值,66,4. 综合分析、计算,1） 工作状态下塔机对基础顶面的作用, 标准组合的倾覆力矩标准值, 水平荷载标准值, 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,起重荷载：,2） 非工作状态下塔机对基础顶面的作用,67, 标准组合的倾覆力矩标准值,无起重荷载，小车收拢于塔身边，故没有力矩M2、M3。, 水平荷载标准值, 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）第3.2.4条规定，工作状态的荷载效应组合标准值（SK）按下式计算：,68,式中： 按永久荷载标准值计算的荷载效应值。 按可变荷载标准值计算的荷载效应值。,比较上述两种工况的计算，可知本例塔机在非工作状态时对基础传递的倾覆力矩最大，故应按非工作状态的荷载组合进行地基基础设计。控制工况下（非工作状态）的倾覆力矩标准值小于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值，原因是塔机制造商的提供值系按现行国家标准塔式起重机设计规范GB/T13754规定的基本风压0.80kN/m2（离地面高度20m以下）、1.10 kN/m2（离地面高度20m以上）计算。若塔机现场的基本风压不小于1.00kN/m2，按本规程规定进行计算的结果，倾覆力矩标准值大于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值。,69,7.3 桩基础设计,7.3.1 基桩承载力验算,倾覆力矩按最不利的对角线方向作用。,1. 基桩竖向承载力验算,取最不利的非工作状态荷载进行验算,1） 轴心竖向力作用下：,70,2） 偏心竖向力作用下：,为竖向拔力,基桩竖向承载力符合要求，按抗压桩暨抗拔桩设计。,71,2. 桩身轴心受压承载力验算,荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：,查国家标准图集03SG409得：,先张法预应力混凝土管桩PC-AB550(100)-11.10.9a桩身结构竖向 承载力设计值：,R=2700kN,桩身轴心受压承载力符合要求。,3. 桩身轴心受拔承载力验算,荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：,72,桩身轴心受拔承载力符合要求，预应力混凝土管桩的连接按国家标准图集03SG409等强度焊接，预应力混凝土管桩与承台的连接应符合本规程第6.2.6条规定。,7.3.2 桩基承台计算 计算承台受弯、受剪及受冲切承载力时，不计承台及其上土自重。 1. 承台受冲切验算 角桩轴线位于塔机塔身柱的冲切破坏锥体以内，且承台高度符合构造要求，故可不进行承台受角桩冲切的承载力验算。 2. 承台暗梁配筋计算,承台暗梁截面bh=6001250mm，混凝土强度等级为C25，钢筋采用HRB335，混凝土保护层厚度为50mm（即预应力管桩嵌入承台的长度）。,1） 荷载计算,塔机塔身截面对角线上立杆的荷载设计值,73,暗梁计算简图如下：,图8.3.2 暗梁计算简图,2） 受弯计算,A、B支座反力为：,（支座反力向下）；,（支座反力向上）。,最大弯矩在截面2位置，弯矩设计值：,根据现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002第7.2.1条规定，按强度等级为C25混凝土，钢筋为HRB335的矩形截面单筋梁计算，配筋为：,74,实配6 20，,，相差0.8%，符合要求。,3） 受剪计算,按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002第7.5.7条、第10.2.910.2.11条规定设计。,最大剪力在B支座截面，剪力设计值：,混凝土受剪承载力：,式中计算截面的剪跨比：,，取,，符合最小配筋率的规定。,75,7.3.3 桩承台配筋,1. 暗梁配筋截面简图如下图。,架立筋为 ，受力筋为 ，箍筋为8200（4肢箍）。,图7.3.3-1 暗梁截面配筋简图,箍筋按构造要求进行配筋，8200（4肢箍）。,76,图7.3.3-2 承台截面配筋简图,2. 承台基础上下面均配钢筋网12双向200。,77,8、十字型基础设计实例,8.1 塔机及地基基础概况 8.1.1 塔机概况 根据工程实况，采用塔机型号为QTZ60，塔身为方无缝钢管桁架结构，塔身桁架结构宽度为1.6m，最大起重量为6t，最大起重力矩为69tm，最大吊物幅度50m，结构充实率0.35，独立状态塔机最大起吊高度40m，塔机计算高度43m（取至锥形塔帽的一半高度），现场为B类地面粗糙度。塔机以独立状态计算，分工作状态和非工作状态两种工况分别进行基础的受力分析。 8.1.2 地基基础概况 根据现场的工程地质勘察报告，持力层地基为可塑状态的粉质粘土，地基承载力特征值160kPa，重度19.3kN/m3，地下水位在自然地面下2m以下，且无软弱下卧层，故采用天然地基上十字型基础，其中任一条形基础的尺寸为8500mm1100mm1250mm，节点加腋1000mm1000mm。基础埋置深度为1.5m，基础顶面不覆土。塔机工作地点为深圳市，塔机基础示意图如下：,78,图8.1.2 十字形基础平面示意图及A-A剖面图,79,8.2 基础所受荷载的计算分析,塔机QTZ60的竖向荷载简图如图8.2。图中各参数摘自浙江建机集团生产的QTZ60塔机的使用说明书。各种型号规格的塔机荷载简图应按实画出并计算。,图8.2 QTZ60塔机竖向荷载简图,80,1） 塔机所受风均布线荷载标准值（ ）,8.2.1 自重荷载及起重荷载,1. 塔机自重标准值,2. 基础自重标准值,3. 起重荷载标准值,8.2.2 风荷载计算 1. 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A）,81,2. 非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A） 1） 塔机所受风线荷载标准值（深圳市 ）,2） 塔机所受风荷载水平合力标准值,3） 基础顶面风荷载产生的力矩标准值,2） 塔机所受风荷载水平合力标准值,3） 基础顶面风荷载产生的力矩标准值,82,2. 最大起重荷载产生最大向前力矩标准值（ 较 产生的力矩大）,8.2.3 塔机的倾覆力矩 塔机自身产生的倾覆力矩，向前（起重臂方向）为正，向后为负。,1. 大臂自重产生的向前力矩标准值,3. 小车位于上述位置时的向前力矩标准值,4. 平衡臂产生的向后力矩标准值,5. 平衡重产生的向后力矩标准值,83,8.2.4 综合分析、计算,1. 工作状态下塔机对基础顶面的作用,1） 标准组合的倾覆力矩标准值,2） 水平荷载标准值,3） 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,起重荷载：,2. 非工作状态下塔机对基础顶面的作用,84,1） 标准组合的倾覆力矩标准值,无起重荷载，小车收拢于塔身边，故没有力矩M2、M3。,2） 水平荷载标准值,3） 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001（2006年版）第3.2.4条规定，工作状态的荷载效应组合标准值SK按下式计算：,85,式中： 按永久荷载标准值计算的荷载效应值。 按可变荷载标准值计算的荷载效应值。,3. 荷载比较分析 1） 比较上述两种工况的计算，可知本例塔机在非工作状态时对基础传递的倾覆力矩最大，故应按非工作状态的荷载组合进行地基基础设计。 2） 控制工况下（非工作状态）的倾覆力矩标准值小于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值，原因是塔机制造商的提供值系按现行国家标准塔式起重机设计规范GB/T13754规定的基本风压0.80kN/m2（离地面高度20m以下）、1.10 kN/m2（离地面高度20m以上）计算。若塔机现场的基本风压不小于1.00kN/m2，按本规程规定进行计算的结果，倾覆力矩标准值大于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值。,86,8.3 塔机基础设计 8.3.1 地基土承载力验算 1. 计算修正后的地基承载力特征值 十字形混凝土基础中条形基础平面尺寸及厚度为850011001250mm，基础埋置深度为1.5m。地基承载力特征值为160kN/m2，按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB500072002第5.2.4条规定计算修正后的地基承载力特征值：,2. 地基承载力验算,按本规程4.1.2条规定，对十字型基础，倾覆力矩由其中任一条形基础承载，竖向荷载由全基础承载。,条形加腋基础的竖向荷载：,87,式中： A0 条形加腋基础底面积，加腋面积按两个等腰梯形计算； A 全基础底面积。,由本规程的4.1.2条得,88,地基承载力、偏心距符合要求。,8.3.2 基础配筋计算,1. 塔身柱边截面基底压力标准值P1,图8.3.2 基础承台配筋计算简图,89,2 . 基础自重在基础底面产生的压力标准值,3. 基底均布荷载设计值,式中： 荷载分项系数，取1.35，即考虑荷载效应由标准组合转化为基本组合的简化荷载系数。,4. 1-1截面弯矩设计值M1,90,5 . 基础纵筋计算,根据现行国家标准混凝土结构设计规范GB500102002第7.2.1条规定，按强度等级为C25混凝土，钢筋为HRB335的矩形截面（bh=1100mm 1250mm）单筋梁计算，配筋为：,按本规程的5.2.3条规定，十字型混凝土基础，上部配置6 16，下部配置 6 22，下部纵向实际配受力筋截面积为：As=2281mm2，符合要求。,6. 基础箍筋计算,按现行国家标准混凝土结构设计规范GB500102002第7.5.3条、第10.2.9条、第10.2.11条设计：,1-1截面剪力设计值V1,，符合最小配筋率的要求。,91,8.3.3 基础配筋,1. 基础梁截面,图8.3.3-1 十字型基础截面配筋图,基础顶面纵筋配置为6 16钢筋。 基础加腋处，顶部与底部配置水平构造筋 12200mm、竖向构造箍筋8200，外侧纵向筋 10200。,箍筋按构造要求进行配筋，8200（4肢箍）。,92,2. 加腋截面,图8.3.3-2 加腋截面配筋（B-B剖面）,93,PKPM施工软件,