塔吊基础设计专项方案－高层建筑专项施工规范、规程
[ 关键词：塔吊基础 发表日期：2012-07-29 09:30:03 ]
一、塔吊基础设计参考规范、规程
1）《建筑制图规范》GB/T50001-2001
2）《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）。
3）《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）；
4）《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）；
5）《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）；
6）《岩土工程勘察规范》 （GB50021-2001）
7）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）
8）《建筑边坡工程技术规范》 GB50330-2002
9）《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79-2002）；
10）《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）；
11）《建筑基坑支护技术规程》 JGJ120-99 12）《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》（JGJ/T 187-2009）；
二、塔吊基础的类型
塔吊基础形式应根据工程地质、荷载大小与塔吊稳定性要求、现场条件、技术经济指标，并结合塔吊厂商提供的《塔吊使用说明书》要求确定。 目前塔吊基础的结构类型主要有天然板式基础、桩基础（包括四桩、三桩、单桩基础）、十字交叉梁桩式基础、十字交叉梁板式基础、组合基础（由砼承台或型钢平台、格构式钢柱或钢管柱及灌注桩或钢管桩等组成）。 1 - 1 格 构 式 钢 柱 截 面 1 灌 注 桩混 凝 土 承 台塔 机 1 格 构 式 钢 柱组合式基础 m i n m a x 十字交叉式基础 板式基础 1 1 暗 梁 A L 板式暗梁基础
三、塔吊基础的设计原则
3.1 地基基础的设计等级划分 设计等级 建筑和地基类型 甲级 重要的工业与民用建筑物 30层以上的高层建筑 体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物 大面积的多层地下建筑物(如地下车库，商场.运动场等) 对地基变形有特殊要求的建筑物 复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡) 对原有工程影响较大的新建建筑物 场地和地基条件复杂的一般建筑物 位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙级 除甲级，丙级以外的工业与民用建筑物 丙级 场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物；次要的轻型建筑物
3.2 地基基础设计原则
1 .所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；
2 .设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形规定；
3. 《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）中表3.0.2所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情况之一时，仍应作变形验算：
1）地基承载力特征值小于130kpa，且体型复杂的建筑；
2）在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大，可能引起地基产生过大的不均匀沉降时； 3)软弱地基上的建筑物存在偏心荷载时；
4)相邻建筑距离过近，可能发生倾斜时；
5)地基内有厚度较大或厚薄不均的填土，其自重固结未完成时。
4.对经常受水平荷载作用的高层建筑、高耸结构和挡土墙等，以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物和构筑物，尚应验算其稳定性；
5.基坑工程应进行稳定验算；
6.当地下水埋藏较浅，建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，应进行抗浮验算。
3.3 地基基础设计步骤
由于影响地基基础设计的因素较多，一般是先假设后计算，往往需要反复几次才能完成，一般步骤如下：
1）选择地基基础方案，确定基础类型（包括材料和平面布置方式）；
2）确定基础埋置深度和地基承载力特征值、单桩承载力特征值；
3）根据地基承载力特征值计算基础底面尺寸；（桩基础：根据单装承载力特征值确定桩位布置及基础底面尺寸）
4）根据需要进行变形验算；
5）进行基础的结构设计；
6）绘制基础施工详图、提出施工说明；
3.4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。
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，不应计入风荷载和地震作用，相应的限值应为地基变形允许值。
3）计算挡土墙土压力、地基或斜坡稳定及稳定及滑坡推力时，荷载效应应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合，但其分项系数均为1.0。
4）在确定基础或桩台高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时，上部结构传来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，采用相应的分项系数。 当需要验算基础裂缝宽度时，应按正常使用极限状态荷载效应标准组合。
5）基础设计安全等级、结构设计使用年限、结构重要性系数应按有关规范的规定采用，但结构重要性系数γ0不应小于1.0。 2）由永久荷载效应控制的组合 ： 注：1 基本组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 2 当对SQ1K无法明显判断时，轮次以各可变荷载效应为SQ1K，选其中最不利的荷载效应组合。 1）由可变荷载效应控制的组合： 式中 γ G——永久荷载的分项系数； γ Qi——第i个可变荷载的分项系数，其中γ Q1为可变荷载Q1的分项系数； SGK——按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值； SQik——按可变荷载标准值Qik计算的荷载效应值，其中SQ1k为诸可变荷载效应中起控制作用者； Ψci——可变荷载Qi的组合值系数，应分别按各章的规定采用； n——参与组合的可变荷载数。
四、荷载组合
4.1承载能力极限限状态荷载组合（《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）） 2）对于准永久组合，荷载效应组合的设计值S可按下式采用： 式中：Ψqi——可变荷载Qi的准永久值系数，应按各章的规定采用。 注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。 1)对于标准组合，荷载效应组合的设计值S应按下式采用： 注：组合中的设计值仅适用于荷载与荷载效应为线性的情况。
4.2正常使用极限状态荷载组合（《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2001）） 地基承载力标准值、地基承载力设计值是87年版老规范的表述方式，特征值是 2002年版新规范的表述方式 。
1）地基承载力标准值：在正常情况下，可能出现承载力最小值，系按标准方法试验、直接查规范承载力表，也可根据承载力基本值乘以回归修正系数即得。
2）地基承载力设计值：地基在保证稳定性的条件下，满足建筑物基础沉降要求的所能承受荷载的能力。可由塑性荷载直接，也可由极限荷载除以安全系数得到，或由地基承载力标准值经过基础宽度和埋深修正后确定。
3）地基承载力的特征值fak：正常使用极限状态计算时的地基承载力。即在发挥正常使用功能时地基所允许采用抗力的设计值。它是以概率理论为基础，也是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降计算值不超过允许值的地基承载力。
4）修正后的地基承载力特征值fa：考虑了影响承载力的各项因素后，由地基承载力特征值经过基础宽度和埋深修正后确定，最终采用的相应于正常使用极限状态下的设计值的地基允许承载力。 简而言之：“特征值”则为允许值，安全系数已包括在内,采用正常使用极限状态组合；若为“标准值”，则为极限值，应考虑相应的抗力分项系数，采用承载能力力极限组合。目前设计院习惯性提供标准值，大家一定要注意。
五、主要名词解释
5.1承载力标准值、设计值、特征值 及修正后特征值的理解
一、根据工程地质和水文地质条件确定 1）天然地基型，有软弱下卧层时，持力层得厚度需大于基础底宽的1/4（十字交叉型为对角线长度），其最小厚度应大于1~2m； 2）持力层在水平向的土性还应均匀，特别是选用移动式塔吊需注意此点； 3）基础宜埋置在地下水位以上，当必须埋在地下水位以下时，应采取地基土在施工时不受扰动的措施。 4）当持力层为粘性土等隔水层，而其下 有承压水时，需验算隔水层土的自重压力 应大于承压水的水压力，以避免出现持力 层被承压水冲坏。
二、作用在地基上的荷载大小和性质 （抗滑移等计算）
三、相邻建筑物的基础埋深；
四、地基土冻胀和融陷的影响。 1）基础埋深一般大于冻土深度，同时需计算冻胀力作用 六、基础埋置深度的确定 7.1承载力计算 七、天然地基基础地基计算 2）双向小偏心荷载作用（e≤b/6）： 3）单向大偏心荷载作用时（b/6＜e≤b/4）： a k k k f A G F p 3 k m a x k k k k a k k k f la G F p 2 . 1 3 ) ( 2 max a y yvk yk x xvk xk k k k k f W h F M W h F M A G F p 2 . 1 max min 注：负值区域不得大于基地宽度的1/4; 式中：fa—修正后的地基承载力特征值； Gk—基础自重和基础上部至地面的其他荷载；（标准值） A—基础地面面积，A=b*l； Fk,Fvk,Mvk,Tk—塔吊的最用在基础上的荷载；（标准值） e—偏心距，（ Mvk + Fvk*h ）/(Fk+Gk)； 注：根据地下水位标高，Gk需按浮容重考虑； 大偏心基地压力计算图 基础荷载 小偏心基地压力计算图 1）轴心荷载作用： 7.2软弱下卧层承载力计算
七、天然地基基础地基计算
1）名词解释 软弱下卧层：在地基受力范围内，持力层下有承载力明显低于持力层得土层。 2）验算公式：Pz+Pcz≤faz 式中：Pz--相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值； Pcz---软卧下卧层顶面处土的自重压力值； faz---软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。 3）Pz值的计算 矩形截面：Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztanθ )(l+2ztanθ ) 式中：l、b--矩形基础的两边； Pc--基础底面处土的自重压力值（如有）； θ --地基压力扩散线角，可按下表。 Es1/Es2 Z=0.25 b Z≥0.5b 3 6° 23° 5 10° 25° 10 20° 30° 注：1.Es1为上层土压缩模量；Es2为下层土压缩模量； 2.z/b<0.25时取θ =0°，必要时，宜由试验确定； z/b>0.50时θ 值不变。 扩散角法计算土中附加应力示意图 7.3修正后的地基承载力特征值
七、天然地基基础地基计算
1）当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，地基承载力修正公式： fa=fak+η bγ (b-3)+η dγ m(d-0.5) 式中：fak--地基承载力特征值； η b、η d--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002表5.2.4取值； γ --基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按 3m取值，大于6m按6m取值； γ m--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度； d--基础埋置深度(m)， 土面开始计。 1）地基变形特征： a）沉降量 b）沉降差（行走式塔吊） c）倾斜（独立塔吊） d）局部倾斜。
八、天然地基变形计算
2）建议： 1、由于独立式塔吊的特性，以及地质勘探的性质，一般情况下吊车基础下不会出现不均匀土层，无需进行沉降计算，但需把好基础设置、承载力计算、地基处理等相关工作。 2、对行走式塔吊，建议使用钢梁形式，便于出现不均匀沉降后可进行调整。
九、天然地基基础稳定性计算
1）当塔吊基础底标高接近边坡底或基坑底部，并符合下列要求之一时，可不作地基稳定性验算。 a）a不小于2.0m，c不大于1.0m，fak不小于130kN/m2，且地基持力层下无软弱下卧层； b）采用桩基础。 a b c d h β 基础位于边坡的示意 九、天然地基基础配筋计算 9.1抗冲切计算 F l ≤0.7β hp f t a m h 0 a m =(a t +a b )/2 F l =p j A l 式中：β hp ---受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，β hp取1.0.当h大于等于2000mm时，β hp取0.9，其间按线性内插法取用； f t ---混凝土轴心抗拉强度设计值； h 0 ---基础冲切破坏锥体的有效高度； am---冲切破坏锥体最不利一侧计算长度； at---冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长，当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽； a b ---冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长，当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内(图a、b)。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外(图c)， a b =l； p j ---扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力，对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力； A l ---冲切验算时取用的部分基底面积(图a、 b中的阴影面积ABCDEF，或图c中的阴影面积 ABCD)； F l ---相应于荷载效应基本组合时作用在A l 上的地基土净反力设计值。
九、天然地基基础配筋计算
9.2抗弯计算 m i n m a x 十字型基础基底压力示意图 板式基础基底压力示意图 M Ⅰ =1/12a 2 1 [(2l+a')(p max +p-2G/A)+(p max -p)l] M Ⅱ =1/48(l-a') 2 (2b+b')(p max +p min -2G/A) 式中： p max ,p min --相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大和最小地基反力设计值； a1--任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底边缘最大反力处的距离； p--相应于荷载效应基本组合时在任意截面Ⅰ-Ⅰ 处基础底面地基反力设计值（塔吊柱脚处）； G--考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重；当组合值由永久荷载控制时，G=1.35Gk,Gk为基础及其上土的标准自重。 9.3抗弯配筋计算 2 1 0 s c M f b h 计算公式： 1 1 2 s 1 / 2 s 0 s s y M A h f 最小配筋率：0.15%；
九、天然地基基础配筋计算
9.4 出图 1）基础尺寸：宽度×长度×高度，一般基础尺寸应为正方形基础； 2）基础埋置深度； 3）混凝土标号及钢筋级别； 4）垫层厚度及垫层标号；（一般情况下基础砼强度不低于C25，根据安规要求砼强度不低于C30； ） 5）基础配筋图（钢筋直径、级别、间距及形式）； 6）地脚螺栓型号、预埋件设置及接地要求按《塔吊基础说明书》采用。 注：制图需满足《建筑制图规范》（GB/T50001-2001）的标准； 10.1承载力计算 十、桩基基础地基计算 2）双向偏心荷载作用（水平荷载引起的弯矩也要考虑）： Qik=Fk+G k /n±M xkyi /∑y 2 i±M ykxi /∑x 2 i<1.2Ra 3）水平力作用下：Hik=Hk/n