工程塔吊基础设计及群塔作业技术

工程塔吊基础设计及群塔作业技术摘要：结构施工期间塔吊的布置与使用直接关系到工程的安全、质量、工期的实施。该工程结构施工期间共计使用5台80t·m的塔吊，大多数塔臂相互交叉。塔吊基础采用PHC预应力管桩，通过对预应力管桩上施工的塔吊基座的选型、设计等严格控制，使塔吊基础达到安全、适用、经济的效果。为确保塔吊运行安全，施工中通过对群塔进行严格的高差控制，合理安排塔位顶升顺序，合理设计塔间距离，加强运行安全管理措施，确保整个工程的顺利施工。关键词：塔吊；基础设计；群塔作业技术1工程概况本工程结构类型为框架结构，工程采用泵送混凝土浇捣，基础采用静压预应力管桩。为了加快施工进度，保证工程如期竣工，经过项目部研究决定，对工程使用塔吊。2塔吊选型及塔吊参数2.1塔吊选型根据该工程的建筑面积、结构形式、工期要求等特点，以及建筑物外围可用场地较窄的具体情况，对塔吊选型及设计进行方案优化。塔吊布置时首先保证满足覆盖面的要求，然后根据材料及构件重量和塔吊的起重量确定塔吊型号。鉴于该工程的土方、钢筋、混凝土、模板及各种构件的垂直运输量大，作业半径大，并考虑到施工总进度要求及结构对机械布置的适宜性，要求塔式起重机的起重量大，提升速度快，提高功效，满足工期要求。经过对几个方案的慎重考虑和仔细研究并结合施工现场的具体情况，决定采用5台80t·m（臂长为55m）的塔吊。2.2塔吊参数该工程施工中，选择塔吊时主要考虑以下两个方面。2.2.1塔吊的主要参数应满足施工要求主要参数包括工作幅度、起升高度、起重量和起重力矩。塔吊的起升高度应不小于建筑物总高度加上构件（或吊斗、料笼）、吊索（吊物顶面及吊钩）和安全操作高度。当塔吊需要超过建筑物顶面的脚手架、施工电梯或其他障碍物时（其超越高度一般应不小于1m），尚应满足此最大超越高度的需要。起重量包括吊物、吊具和索具等作用于塔吊起重吊钩上的全部重量。塔吊工作时，以不超过其额定起重力矩为限。应当注意的是，大多数塔吊都不宜长时间地处于其额定起重力矩的工作状态之下，一般宜控制在其额定起重力矩的75％之下。这不仅对于确保塔吊的垂直运输作业的安全很重要，而且对于确保塔吊本身的安全和延长其使用寿命也很重要。2.2.2选用的塔吊使用费用应经济合理，有利于降低工程成本。根据工程具体情况及考虑各方面的因素，本工程2台塔吊全部采用章起QTZ80型，臂长为55m，其机械参数如下表：吊钩下工作状态非工作状态PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion·mkNkNkNkNkN·mkNkNkN34.45388910.720.0480.6674.6339976.767.7534.6713.9注：以上机械参数用于计算塔吊基础；吊钩下高度34.45m系指塔吊未附着前吊钩所能达到的最大高度。3塔吊定位与基础设计方案3.1塔吊定位的选择塔吊定位时，要考虑以下要求：（1）服范围要广，要尽量满足工作面的需要，减少服务死角。（2）要尽量避开建筑物的突起部位，减少对施工的影响。（3）塔身附着要安全、简单、方便。（4）要保证塔式起重机在拆除时的场地条件。3.2塔吊基础设计方案本工程施工场地紧凑且施工作业面大，为确保塔吊能最大限度地发挥作用，结合考虑结构安全及各种因素后，决定该塔吊基础设计方案如下：塔吊基础位置具体详见附图，基础形式采用四根静压预应力管桩支撑系统，预应力管桩规格为PHC500-100A型，管桩间距为3350mm，管桩顶设钢筋混凝土配重有梁板式承台基座。基座外围尺寸为4850mm×4850mm，厚为1150mm。基座内设置十字交叉的承重主梁，主梁断面尺寸b×h=800mm×1150mm，基座四周设拉梁，拉梁断面尺寸b×h=350mm×600mm，基座底板厚200mm，以上构件砼强度等级为C35，其余用C20素砼填实。固定塔吊用的地脚螺栓预埋在承重主梁内。主梁顶面标高（承台面标高）比现有场地地面标高下降1m。考虑到打桩过程可能对塔吊桩的影响，在桩顶承台施工前，必须对所有塔吊桩进行动测，以确保桩身的完整性。4塔吊基础计算4.1塔吊桩单桩承载力计算4.1.1土层状况分析ZK63如下表：预制桩地层编号地层名称厚度（m）极限桩侧摩阻力标准值qsik(kPa)极限桩端阻力标准值qpk(kPa)1杂填土3.925PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion注：该表中第7层厚度为塔吊桩尖所进入的长度。4.1.2塔吊基础单桩承载力计算根据地质状况及现场情况，塔吊桩采用直径500mm壁厚100mm的PHC预制管桩，桩身砼强度等级C80，采用第7层土（全风化花岗石）做为塔吊桩的持力层，桩尖进入该土层大于1.0m，塔吊桩按端承摩擦桩进行计算单桩承载力。塔吊桩在施工过程中，压桩力控制在4000kN，以压桩力控制为主，以桩长控制为辅。1、单桩竖向极限承载力标准值计算：qsik—桩周极限侧阻力标准值（kPa）qpk—桩端极限阻力标准值（kPa）u—桩身周长(m)AP—桩端面积（㎡）li—桩穿越第i层土的厚度(m)Quk—单桩竖向极限承载力标准值(kN)QSK—单桩总极限侧阻力标准值(kN)QPK—单桩极限端阻力标准值(kN)γ—单桩容许承载力安全系数，取1.6()kNQkNAqlquQQQQUKappkisikpkskuk3.233160.1337037301176255445.05.060000.1709.4603.3551.6755.6552.14128.3255.0====+=÷×××+×+×+×+×+×+×+×××=+=+=∑gpp单桩容许承载力为：2、塔吊桩数验算：根据支撑系统稳定性要求,暂取桩数n=4，桩心距3.350m。由塔吊工作状态（不利状态）下基础所受荷载P=388kN和承台自重G验算桩数：承台自重G＝4.85×4.85×1.15×25=676.3kN1.2×（388+676.3）PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion=——————-———=0.55＜4,取桩数n=4满足要求。2331.34.1.3塔吊桩竖向承载力及抗倾覆验算：1.塔吊桩竖向承载力验算：取Ｘ轴与Ｘ１轴进行验算，取两者大值：①对Ｘ轴工作状态：MX=910.7+20×1.15=933.7kN·mＰX=(P+G)/n±Mx·Xi/ΣXi2=(388+676.3)/4±933.7×1.675/(2×1.6752)=266±1564/5.6=266±278=544kN(↓)=-12kN(↑)非工作状态：MX=976.7+67.7×1.15=1054.6kN·mPx=(P+G)/n±Mx·Xi/ΣXi2=(339+676.3)/4±1054.6×1.675/(2×1.6752)=568.6kN(↓)=-60.98kN(↑)②对X1轴工作状态：Px=(P+G)/n±Mx·Xi/ΣXi2=(388+676.3)/4±933.7×1.675×2½/(1.675×2½)2=660.2kN(↓)=-128.2kN(↑)非工作状态：Px=(P+G)/n±Mx·Xi/ΣXi2=(339+676.3)/4±1054.6×1.675×2½/(1.675×2½)2=699.0kN(↓)=-191.4kN(↑)故单桩所受最大压力Pmax（压）=699kNQa=2331.3kN单桩所受最大拔力Pmax(拉)=191.4kN[QSK/2=2554/2=1277kN]满足要求。[注：单桩抗拔力按单桩总极限侧阻力值的一半予以估算]2.抗倾覆验算最大倾覆力矩由上计算可得：Mmax=1054.6kN·m对X轴抗倾覆力矩M=（339+676.3）/4×2×3.35=1700.6kN·m1054.6kN·m对X1轴抗倾覆力矩33503350xxPDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion=(339+676.3)/4×(3.35×2½+2×½×3.35×2½)=2405.1kN·m1054.6kN·m满足要求。4.2承台配筋计算按有梁板式承台计算，塔吊基座计算平面示意图如下。主梁1塔吊支点CADBФ500桩位拉梁（1）主梁L1配筋计算（计算简图如下）砼强度等级为C35,fc=16.7N/mm2,fy=300N/mm2主梁L1断面b×h=800㎜×1150㎜，h0=1150-70=1080mm（按不利状态下X′-X′平面内）其中：q=1.2×25×0.8×1.15=27.6kN/mF=1.2×339/4=101.7kNM=1.4×976.7+1.4×67.7×1.15=1476.4kN·m弯矩M1=ql2/8+F·a±0.5×M=27.6×4.7372/8+101.7×1.167±0.5×1476.4=196.1±738.2=934.3kN·m-542.1kN·m弯矩M2=M3=0.5×q·l·a·(1-a/l)+F·a±(1-a/l)·M=0.5×27.6×4.737×1.167×(1-1.167/4.737)+101.7×1.167±（1-1.167/4.737）×1476.4=57.5+118.7±1112.7=1288.9kN·m231106110611167116712021202qMFFPDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion·m故最大正弯矩M=1288.9kN·m最大负弯矩M=-936.5kN·m梁底配筋计算:αs=M/(fc·b·h02)=1288.9×106/(16.7×800×10802)=0.0827γs=[1+(1-2αs)0.5]/2=0.957AS=M/(γs·fy·h0)=1288.9×106/(0.957×300×1080)=4156.8mm2梁底配9Ф25，AS=4418mm2梁面配筋计算：αs=M/(fc·b·h02)=936.5×106/(16.7×800×10802)=0.060γs=[1+(1-2αs)0.5]/2=0.969AS=M/(γs·fy·h0)=936.5×106/(0.969×300×1080)=2982.9mm2梁面配6Φ25，AS=2945mm2(2)主梁L1剪切计算最大剪力:Qmax=F+0.5·q·l+M/l=101.7+0.5×27.6×4.737+1476.4/4.737=478.7kN梁箍筋配φ8@200（四肢箍）,fyv=210N/mm2,Asv=4×50.3=201.2mm2Vcs=0.7·ft·b·ho+1.25·fyv·Asv/s·ho=0.7×1.57×800×1080+1.25×210×201.2/200×1080=1234.7kN＞478.7kN满足要求（3）不利状态下四周拉梁L2及基座板配筋：拉梁L2断面尺寸b×h=350㎜×600㎜,上下各配4Φ20，梁箍筋配φ8@200（四肢箍）。基座板厚200㎜，配Φ10@150双层双向钢网筋。具体配筋详见下页塔吊基座配筋图4Ф204Ф209Ф254Ф204Ф20Ф8@200板筋双层双向Ф10@150素砼填实Ф8@2006Ф254Ф14Ф8@200拉钩Ф8@300塔吊基座配筋图5塔吊顶升及高度控制PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversion群塔顶升的注意事项随着主体结构的不断升高，要求塔吊不断顶升。在群塔施工现场，塔吊顶升不是某一塔吊的孤立行动，必须考虑群体的协调。顶升的要求首先来自于低塔位工作区，但由于塔吊高差的限制