塔吊基础类型选择、风荷载、荷载组合和附墙等设计问题论述

　　目前，关于塔吊基础设计没有明确规范，各种设计文献介绍塔吊基础设计有关问题的亦不多见。我塔吊厂根据客户需要，对塔吊基础类型选择、风荷载、荷载组合和附墙等设计问题作比较详细论述，仅供参考。

1 塔吊基础类型选择

（1）塔吊基础类型

　　目前国内自升式附墙塔吊基础类型主要包括砼独立基础和桩基两大类。如果自然地基条件较好，选择砼独立基础比较合理，计算比较简单，费用较低；如果自然地基较差，包括回填土或淤泥质土较厚，承载能力较低，选择桩基比较安全可靠。选择桩基时，其桩基形式最好与工程桩类型相同，在施工工程桩时，一并将塔吊桩基与工程桩一起施工，节省桩机进退场费用。

（2）塔吊不均匀沉降影响

　　在桩基选择型时应考虑基础不均匀沉降塔吊的影响，因为塔吊对基础不均匀沉降极为敏感，塔吊安装规范对塔吊倾斜度要求甚高。因此，塔吊基础计算时应着重考虑沉降计算，并考虑高压电线与邻近建筑物等阻碍对塔吊使用的影响。

（3）注意事项

　　<1> 高层深基坑围护结构影响

　　城市高层建筑深基坑设有围护结构，包括挡土墙、砼灌注桩、水泥搅拌桩、锚杆和土钉墙等形式，由于塔吊基础与离建筑距离受到限制，塔吊基础往往与围护结构相重叠，如塔吊两个砼桩基落在水泥搅拌桩中，另两个在自然土中，这极易造成塔基不均匀沉降；在设计时应着重考虑这一点，应尽力加长塔吊桩基长度，防止不均匀沉降影响。

　　有的深基坑有水平支撑，当其水平支撑拆除时，基坑围护桩及顶圈梁将产生很大位移，这对塔吊基础影响很大，会导致塔吊瞬时间严重倾斜，如某工程深基坑钢筋砼水平支撑拆除时，塔吊桩基承台发生较大水平位移，其桩基上部（大约长 15m）与地基产生空隙，桩基承载能力瞬时急速下降，塔基平台产生倾斜，塔吊顶部倾斜值大大超过规范允许值。因此，塔吊基础设计时应考虑该因素的影响。

　　<2> 利用工程桩作塔吊桩基

　　由于受到各种条件限制，可以利用工程桩来作为 塔吊桩基（或利用一部份），此时应考虑工程桩承载力是否允许。由于高层建筑 主体施工时，室内地面墙体等装饰未施工，楼面活荷载也未加上，故工程桩承载力有一定的富余系数可满足塔吊基础传来荷载，必要时应与设计单位商讨。我公司施工的哈市联通大厦塔吊利用建筑物大雨蓬处四个工程桩，4 个桩顶部设置在十字交叉砼大梁作为塔吊承台，施工过程中，塔吊使用良好，顺利地完成施工任务。

　　<3> 软弱地基上独立基础设计

　　我公司施工的哈尔滨一个工程，设置一台塔吊，由于各种原因无法采用桩基作塔吊基础，只能采用砼独立基础，而其地质条件极差，持力层是淤泥质土，承载能力很低。我们采用扩大砼独立基础底面积办法进行设计，在施工期间使用情况良好，未发生不均匀沉降现象。通过该实例，我们认为在砼独立基面设计时，只要进行沉降计算，严格控制塔基沉降量，即使是承载能力很低的淤泥质土，也可以保证塔吊安全运行。

2 风荷载

（1）倾覆力矩与风荷载

　　国内生产的塔吊产品说明书中提供了塔吊自重，水平力和倾覆力矩等参数，但其中倾覆力矩是否包括风荷载，未加以说明，建议生产厂家的产品说明书应具体注明是否包括风荷载。（一般限塔机所受最大荷载的工况都应该包括风荷载）

（2）风荷载计算

　　根据《建筑结构荷载规范》（GJ9—87）的有关规定，风荷载值按下式计算：Wk=βz·?s·?E·Wo

　　式中

　　Wk——风荷载标准值，kN/m2；
　　Βz——z 高度处的风振系数；
　　Μs——风荷载体型系数；
　　?E——风压高度变化系数；
　　Wo——基本风压。
　　市地区的基本风压值取 Wo＝0.45kN/m2。

　　当塔吊附墙前高度为 40m 时， 市区高度变化系数 Wz＝1.24。风载体型系数按桁架公式计算。其中桁架的档风系数 φ=∑AC/Af·AcW 为珩架投影面积。计算风振系数∮，先计算塔吊立柱钢构架杆件自振周期 T，当塔吊高取 40m 时，根据经验公式 T=0.01H=0.01×40=0.4 秒。 按规范公式 βZ=1＋ξ·V·φZ/UZ 计算风振系数 βZ 设塔吊钢两立柱距离为 B，则塔吊立柱线荷载为：W=WK×B 风荷载对塔吊基础产生的力矩为：M 风=0.5W×H2

3 荷载分项系数与组合系数

（1）荷载分项系数

　　采用建筑结构设计规定，静荷载取 1.2，活荷载取 1.4。

（2）荷载组合系数

　　参考建筑结构框架剪力墙计算，取值如下：静荷载取 1.0；塔吊产品说明书中规定倾覆力矩取 1.0，风荷载取 0.8～1.0。

4 塔吊基础计算

（1）砼独立基础

　　由于塔吊主要荷载为倾覆力矩，且值较大，基础必须按下列公式计算。

　　<1> 防基础倾覆，偏心率 e 应满足：e＝M/（G1+G2）≤A/3 上式中 M 包括塔吊产品说明书中列出倾覆力矩、水平力产生弯矩和风荷载组合 产生弯矩，G1 与 G2 分别表示塔吊自重与砼基础自重，A 为基础塔吊边长。

　　<2> 地基容许承载力

　　① 偏心距 e≤A/6 时，Pmax=(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f
　　② 偏心距 e≤A/6 时，Pmax=2(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f

　　式中，A 与 B 为独立基础边长。W 为独立基础截面系数，f 为基础承载力标准值。计算时应分别按塔吊工作与非工作状态考虑，在塔吊安装与使用过程中几种不同结构形式分别进行计算。一般情况下，塔吊最为不利情况为塔吊未附墙时，塔吊实际高度，非工作状态情况。

（2）桩基

　　<1> 荷载 ①塔吊自重 P。②塔吊基础自重 Q。③塔基力矩 M，包括产品说明书中塔吊倾覆力矩，塔吊水平力作用产生的力矩和风荷载以及地震荷载产生力矩之和。若不考虑桩承台复合地基来进行计算，则桩基竖向承载荷重为：

　　N＝(P+Q)/n±MX·Yi/∑Yi2±MX·Xi/∑Xi2

　　式中，MX、MY 为 X 与 Y 方向总力矩，Xi、Yi 为第 i 桩至 X 或 Y 轴距离，n 为桩的数量。

　　<2> 桩基竖向承载力

　　按《建筑桩基技术规范》（JGJ94—94）中公式进行计算桩基竖向承载力 R，桩基荷载效应满足：roN≤R roNmax≤1.2R ro 为桩基重要性系数，取 1.0 或 1.1。