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塔式起重机安装基础设计摘要：塔式起重机械是建筑施工中广泛使用的起重设备，其安装基础的设计制作将直接影响到机械的使用安全，本文针对此情况进行了塔式起重机基础的设计，以期对今后的塔机安装施工提供借鉴。
关键词：塔式起重机安装；基础；设计1 概述固定式塔式起重机都需要安装在基础上，基础是将塔机所承载的载荷力和自身自重及风载力等传递到地基上的连接部分，基础的设计合理性以及施工质量直接关系到塔机的安全使用。
塔机基础一般分为带压重和不带压重两种，其中带压重的基础中不预埋任何构件，塔机底座直接放置于基础平面上（如FZQ2000Z型附着式塔式起重机），在底架上安放压重，满足抗倾覆稳定的要求，固定基础只承受水平剪力、水平扭矩和垂直压力，基础和连接件都可较小。
不带压重基础分为三种，固定脚式塔机基础（如STT293平臂式塔式起重机），将四个固定脚直接浇筑到基础中；地脚螺栓式塔机基础(如QTZ80塔式起重机)，将地脚螺栓事先浇筑在基础中，上面与十字梁或固定脚依靠高强螺母连接；预埋节式塔机基础（如ZSC60300平臂式塔式起重机），将预埋节事先浇筑到基础中，上面通过销轴与基础节连接。
不用压重的基础，塔身与预埋在基础里的连接件连接，则基础不仅要承受水平剪力、水平扭矩和垂直压力，还要承受较大的弯矩。
因此为承受这些载荷，基础要做得大些。
2 基础所承受载荷的计算、分析塔式起重机基础的设计要求必须满足塔机的稳定性、基础的强度要求和基础均匀沉降要求三个方面。
塔机稳定性是指塔机在能保持整机的稳定而不致倾翻的特性，它是保证塔机安全使用的重要因素之一。
它由稳定性系数M稳/M倾来表示，M稳为塔机的自重、基础重和平衡重所产生的保持塔机稳定的力矩；M倾为起着倾翻塔机作用的外力产生的力矩。
稳定系数随着工况的变化而变化，稳定系数越大表示塔机的稳定性越好。
塔机在设计时以考虑到各种不同工况下稳定性的要求，在设计塔机基础时其尺寸和质量必须满足稳定性要求。
塔机基础内部的结构应具有足够的强度，即能够承受各种工况下作用于基础上的垂直力、水平力及倾覆力矩。
固定式塔吊基础设计计算书由长沙中联重工的塔吊说明书得：支腿固定式基础荷载：初步取塔吊基础尺寸为5米×5米×1.5米，塔吊基础设计地基承载力为160Kpa/m2一、基础几何尺寸的确定1、塔式起重机基础受偏心荷载的作用，确定方形基础的几何尺寸：按照轴心受压，用下式估算基础底面积A0：A0≥F v /(f a-r G d)式中：A0—基础底面面积（m2）；f a—地基承载力，由实地勘探确定，此处由36#墩实验报告为220Kpa；r G—基础及其上覆土体的混合重度（KG/m3）；F v—作用在基础上的竖向荷载标准值（KN）；d—基础埋置深度（m）；f a=220；r G=511.2/5×5×1.5+24=37; F v=511.2;d=1.5;A0=511.2/(200-37)=3.14（m2）；取偏心荷载的基础底面积A1=1.1～1.4 A0，根据A1初步确定方形基础的边长b，同时b要满足大于等于塔吊标准节宽度乘以两倍基础厚度h。
取A1=1.3A0=4.08（m2）b=√4.08=2.02m，塔吊标准节乘以两倍的基础厚度h，=1.6×2×1.5=4.8（m）实际选择塔机基础宽度为5米＞4.8米＞2.02米，所以选择塔机基础尺寸5米×5米×1.5米符合设计要求。
2、固定式基础需满足整体抗倾覆要求：（F v+F g）×b/2≥Km式中F g—混凝土基础的重力（KN）,Fg=rb2h,其中r为混凝土容重，取24KN/m3，h为基础高度；M—作用在基础上的弯矩标准值（KN.m）；b—独立基础底边边长（m）；k—安全系数，一般取2；h—基础厚度（m）将各值代入到公式：F g=rb2h=24×5×5×1.5=900（KN）kM=2×1552=3104（KN.m）（F v+F g）×b/2=（511.2+900）×5/2=3528（KN.m）由于3528＞3104，所以塔机基础抗倾覆满足设计要求。
塔式起重机抗倾覆计算及基础设计一、基础的设置:根据塔式起重机说明书基础设置要求的技术参数及对地基的要求选用基础设计图，基础尺寸采用5.5m ×5.5m ×1。
2m,基础砼标号为C35（7天和28天期龄各一组），要有砼检测报告，基础表面砼平整度要求≤1/1000，塔式起重机预埋螺栓材料选用40Cr 钢，承重板高出基础砼面5～8㎜左右，要有排水设施。
二、塔式起重机抗倾覆计算①、塔式起重机的地基为天然地基，必须稳妥可靠，在表面上平整夯实，夯实后的 基础的承压能力不小于200kPa,基础的总重量不得小于80T ，砼 标 号 不 得 小 于 C35，砼的捣 制应密实,塔式起重机采用预埋螺栓固定式。
②、参数信息：塔吊型号:QTZ5510，塔吊起升高度H ：37。
50m ，塔身宽度B ：1。
7m ， 自重F K ：453kN,基础承台厚度h ：1。
2m ，最大起重荷载Q ：60kN,基础承台宽度b ：5。
50m ，混凝土强度等级：C35。
③、塔式起重机在安装附着前,处于非工作状况时为最不利工况，按此工况进行设计计算。
塔式起重机受力分析图如下:根据《塔式起重机说明书》，作用在塔吊底座荷载标准值为:M K =1654kn ·m ，F K = 530KN ，Fv K =74。
9KN ，砼基础重量G K = 835KN④、塔式起重机抗倾覆稳定性验算：为防止塔机倾覆需满足下列条件：式中e-—-—- 偏心距，即地基反力的合力至基础中心的距离;MK-——-——相应于荷载效应标准组合时,作用于矩形基础顶面短边方向的力矩值；FvK-----—相应于荷载效应标准组合时，作用于矩形基础顶面短边方向的水平荷载;FK—————--塔机作用于基础顶面的竖向荷载标准值；h ------———基础的高度（h=1.2m）;GK——---—---—基础自重；b——--————-矩形基础底面的短边长度。
（b=5.5m)将上述塔式起重机各项数值MK 、FvK、FK、h、GK、b代入式①得：e =1.28＜ b/3=1.83m偏心距满足要求,抗倾覆满足要求。
塔式起重机基础工程设计施工手册第一章绪论1.1 工程背景塔式起重机是一种常用于建筑工地及其他工业领域的重型起重设备，其安装需要具备坚固稳定的基础工程。
本手册旨在对塔式起重机基础工程的设计施工进行详细的规范和指导，以确保其安全可靠的使用。
1.2 编制目的本手册的编制旨在规范和指导塔式起重机基础工程的设计施工，确保其符合相关国家标准和规范要求，提高工程质量，保障安全生产。
1.3 适用范围本手册适用于塔式起重机基础工程的设计和施工，包括但不限于建筑工地、港口、码头、仓储等领域。
第二章塔式起重机基础设计2.1 地质勘察在进行塔式起重机基础设计前，必须进行地质勘察，了解地质条件，包括地下水位、土层性质、承载力等，以便合理设计基础结构。
2.2 基础类型根据地质条件和起重机的规格要求，选择适当的基础类型，常见的基础类型包括桩基础、承台基础、钢筋混凝土基础等。
2.3 基础结构设计基础结构设计应符合相关国家标准和规范，包括地基承载力计算、基础尺寸确定、钢筋混凝土配筋等内容，确保基础结构承载能力和稳定性。
2.4 基础附属设施设计除了主体基础结构外，还应考虑基础附属设施的设计，如基础排水系统、基础防腐保护等，以确保基础工程的完整性和可靠性。
第三章塔式起重机基础施工3.1 施工准备进行基础施工前，必须进行充分的施工准备工作，包括制定施工方案、搭建施工场地、采购施工材料设备等。
3.2 基础施工工艺根据设计要求，严格按照基础施工工艺进行施工，包括基础开挖、钢筋安装、混凝土浇筑等环节，确保施工质量。
3.3 施工质量控制在施工过程中，严格控制施工质量，包括基础尺寸、混凝土强度、钢筋连接等，确保施工质量达标。
3.4 施工安全在施工过程中，严格执行施工安全规范，加强安全教育培训，配备必要的施工安全设施，确保施工安全。
第四章质量验收与安全监管4.1 基础质量验收在基础施工结束后，必须进行基础质量验收，包括基础结构的尺寸、强度、平整度等，确保基础质量合格。
塔式起重机基础设计1.引言2.地基选择塔式起重机的地基选择是基础设计中的首要任务。
一般来说，地基应具备良好的承载能力和稳定性。
根据地基的不同，可以选择桩基础或者浅基础。
对于较为软弱的地基，可以采用钢管桩等形式的深基础，而对于较为稳定的地基，则可以采用筏式浅基础。
3.基础形式塔式起重机的基础形式有多种选择，常见的有梅花式基础、单柱式基础和双柱式基础。
梅花式基础是最常用的一种形式，其特点是具有较高的稳定性和承载能力。
单柱式基础适用于较小的起重机，而双柱式基础适用于较大的起重机。
选择基础形式时还需考虑周围环境和工程要求等因素。
4.基础尺寸塔式起重机的基础尺寸是基础设计中的关键问题。
基础尺寸的大小直接关系到塔式起重机的承载能力和稳定性。
一般来说，基础尺寸应根据起重机的工作条件和额定承载力来确定，同时还需考虑周围交通、施工区域等因素。
在确定基础尺寸时，还需要进行充分的受力计算和结构分析。
5.基础设计要点塔式起重机基础设计的要点包括地基处理、基础的选择和设计、基础的施工等方面。
地基处理是确保地基承载能力和稳定性的重要措施，可以采用加固地基、加桩等方式。
基础的选择和设计需要根据具体情况进行，应综合考虑起重机尺寸、地基条件、施工工艺等因素。
基础的施工需要按照相关规范进行，确保施工质量和安全。
6.基础监测与维护塔式起重机基础设计完成后，还需要进行基础监测和维护工作。
基础监测可以采用传感器等设备进行，主要监测基础的沉降、倾斜等情况，及时发现并处理异常情况。
基础维护包括定期检查基础的状况、清除周围堆积物、防止基础破坏等工作，确保基础的安全可靠。
7.结论塔式起重机基础设计是确保起重机安全稳定工作的重要环节。
通过合理的地基选择、基础形式选择、基础尺寸确定以及基础设计、施工、监测维护等工作，可以保证塔式起重机的工作效果和安全可靠性。
同时，在进行基础设计时还需遵循相关规范和标准，确保设计合理、施工安全。
固定式塔式起重机桩基础的设计中天建设集团有限公司 徐荣华在高层房屋建筑施工中，为解决建筑材料和物件的垂直运输和水平运输，固定式塔式起重机得到了广泛的应用。
根据《塔式起重机设计规范》GB/T13752——92第4.6.3条规定：固定式塔式起重机基础的设计应满足抗倾翻稳定性和地基承载力的条件。
塔机在独立高度、在非工作工况受到暴风突袭时，基础所受的载荷最大，此状态最为不利，按此状态计算混凝土基础的抗倾翻稳定性（见下图一）：图一: 基础抗倾翻稳定性分析图3b G F hF Me KK hK K≤+∙+=(1)地基承载力按下列公式计算：][)2(3)(23)(2max B K K K K K P e b b G F blG F P ≤-+=+=(2)式中e ——偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离； M K ——荷载效应标准组合下作用在基础顶面上的弯矩标准值； F K ——荷载效应标准组合下作用在基础顶面上的垂直载荷标准值；F hK ——荷载效应标准组合下作用在基础顶面上的水平载荷标准值；G K ——相应于荷载效应标准组合时,混凝土基础的重力标准值； P kmax ——荷载效应标准组合下基础底面边缘的最大压应力； [P B ]——地面许用压应力，由实地勘探和基础处理情况确定，一般取P B =200~300KPa 。
按照现行《建筑地基基础设计规范》GB50007——2002,上述[P B ]=1.2f a ，f a 为修正后的地基承载力特征值。
上式（1）与抗倾翻稳定性安全系数K =1.5是等同的，推导如下：抗倾翻稳定性安全系数K=抗倾翻力矩/倾翻力矩=5.13)(2)(2)(=∙+∙+≥+∙+b G F bG F hF Mb G F K K K K hk KK K (对图一中A 点取矩)如果地基承载力不满足要求，则应对地基进行处理，当承载力高的土层埋置深度较浅时，可采用换填处理，当承载力高的土层埋置深度较深时，采用桩基础。
下面是塔机桩基础设计内容和一个设计实例。
一． 塔机桩基础及承台（基础）计算 1. 桩基竖向承载力计算 应同时满足下列两式： 平均竖向力标准值N K =R nG F KK ≤+最大竖向力标准值 N Kmax =Rxx h H MnG F jhK KK K2.1)(2max≤+++∑R ——单桩竖向承载力特征值。
2桩身承载力（抗压）计算psc cA f N ψ≤N ——相应于荷载效应基本组合时,桩顶轴向压力设计值; Ψc ——基桩成桩工艺系数，对干作业非挤土灌注桩取0.9,对泥浆护壁非挤土灌注桩取0.7~0.8,对混凝土预制桩取0.85； f c ——混凝土轴心抗压设计值; A ps ——桩身截面面积。
3.桩基抗拔承载力计算∑+≤pi i siK iK G l q N μλ21式中 N K ——按荷载效应标准组合计算时的基桩拔力； λi ——抗拔系数；q sik ——桩侧表面第i 层土的极限侧阻力标准值； μi ——桩周周长； l i ——桩身长度；G p ——基桩自重，地下水位以下取浮重力。
4.桩身承载力（抗拔）计算s y A f N ≤N ——荷载效应基本组合下桩顶轴向拉力设计值； f y ——钢筋抗拉强度设计值； A s ——钢筋的截面面积。
5.桩基水平承载力计算h hK iK R nF H ≤=R h ——单桩水平承载力特征值；n ——桩的根数。
6.承台受冲切承载力计算 7.承台受剪切承载力计算 8.承台受弯承载力计算 二.塔机基础设计实例 （一）设计依据 1.塔机资料根据建筑物高度选用山东华夏集团QTZ63固定式塔式起重机,塔身截面主弦杆外形尺寸1.6m ×1.6m ，独立式起重高度40 m ，最大工作幅度50m ，最大幅度处额定起重量1.3t ，塔机使用说明书提供的基础载荷表如下：基础载荷表K hK K n2.各土层厚度及物理指标（采用人工挖孔桩）见下表（二）塔机桩基础设计4根人工挖孔桩，桩身直径900ｍｍ，桩底扩大头直径1000ｍｍ，桩身纵向采用9根２级钢筋直径14ｍｍ（Aｓ=1387ｍｍ2），沿桩周均匀布置,箍筋φ8@200,桩长9ｍ,桩端进入持力层4-2层粘土夹碎石0.9ｍ,基础承台尺寸5ｍ×5ｍ×1.35ｍ，顶面标高-0.550ｍ，桩中心距3.2ｍ，桩及承台混凝土强度等级C25。
基础平面及立面见下图二、三。
图二: 基础平面图M KF KG KF hK图三: 基础立面图塔机在独立高度、在非工作工况受到暴风突袭时，基础所受的载荷最大，此状态最为不利，塔机使用说明书提供的基础载荷表即为此状态载荷数据，按此作为计算依据。
F K=431KN；G K=5×5×1.35×25=843.75KN；F hk=80KN；M K=1353.6 +80×1.35=1461.6KN·ｍ。
先根据土的物理指标计算单桩竖向承载力特征值R a ： R a =ψp q pa A p =（0.8/1）1/4 ×800×3.14×0.52=594KN 平均竖向力N K =KNR KN nG F a KK 5947.318475.843431=≤=+=+，满足要求。
M K 作用于过塔身对角线的竖向平面时，桩顶竖向力最大，其值为 N Kmax =KNxx h H MnG F jhK KKK 7.641)26.1(226.16.1461475.843431)(22max=⨯⨯⨯⨯++=+++∑＜1.2 R a =1.2×594=712.8KN ，满足要求。
2.桩身承载力（抗压）计算KNA f KN N ps c c 681045.014.3119009.03.8667.64135.12=⨯⨯⨯=≤=⨯=ψ桩身承载力（抗压）满足要求。
3.桩基抗拔承载力计算 桩基抗拔承载力=∑+pi i siK iG l q μλ21=21×0+3.14×0.452×9×25=143.1KN （不计桩侧摩阻力） N Kmin =KNxx h H MnG F jhK KKK 3.4)26.1(226.16.1461475.843431)(22max-=⨯⨯⨯⨯-+=+-+∑N Kmin 为负表示桩受向上的拔力，桩承受向上拔力4.3KN ＜143.1KN ，桩基抗拔承载力满足要求。
4.桩身承载力（抗拔）计算KNN A f KN N s y 1.41641610013873008.53.435.1==⨯=≤=⨯=桩身（抗拔）承载力满足要求。
先计算单桩水平承载力特征值R h ：桩身混凝土C25抗拉强度设计值f t =1.27N/mm 2=1270KN/m 2 桩截面模量塑性系数r m =2桩身配筋率ρg =1387/（3.14×4502）=0.002钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值αE =2×105 /（2.8×104）=7.14桩侧土水平抗力系数的比例系数m=24000KN/m 4 桩身计算宽度b 0=0.9 ×（1.5×0.9 + 0.5）=1.665m 扣除保护层厚度的桩直径d 0=0.9－2×0.05=0.8m 桩身换算截面受拉边缘的截面模量W 0=0729.0]8.0002.0)114.7(29.0[9.014.332122=⨯⨯-+⨯⨯m 3桩身抗弯刚度EI=0.85E C I 0 =0.85E C27069400828.00729.0108.285.02mKN d W ∙=⨯⨯⨯⨯=桩的水平变形系数1550565.0694008665.124000-=⨯==mEImb α桩长l=9m ，换算长度αl=0.565×9=5.085＞4，v m =0.768 桩身换算截面面积A n =22644.0]002.0)114.7(1[9.014.341m=⨯-+⨯⨯⨯桩基受拔时ζN =1.0，因ρg =0.002＜0.65%，故R h 计算如下：)1)(2225.1(75.00nt m K N g mt m h A f r N v w f r R ζρα-+=KN9.131)644.0127023.411)(002.02225.1(768.00729.012702565.075.0=⨯⨯⨯-⨯+⨯⨯⨯⨯=KNR KN nF H h hK iK 9.13120480=≤===,桩基水平承载力满足要求。
6.承台受冲切承载力计算先计算荷载效应基本组合值和基桩净反力设计值，假设桩基荷载效应基本组合值为永久荷载效应控制，则 F=1.35F K =1.35×431=581.9KNM=1.35M K =1.35×1461.6=1973.2KN ·m基桩最大净反力设计值和平均值分别为 N max =KNxx M nF j6.581)26.1(226.12.197349.58122max=⨯⨯⨯⨯+=∙+∑N=KNnF 5.14549.581==图四: 桩基础等效平面图I720（1）塔身弦杆边冲切承台高1.35m ，桩顶伸入承台100mm ，承台有效高度为h 0=1.35－0.1=1.25m ，圆形桩等效为方桩（方桩边长=0.8×900=720mm ）,见图四。
α0x =σ0y =0.440m ，λ0x =α0x /h o = 0.440/1.25=0.352，λ0y =α0y /h o =0.440/1.25=0.35252.12.0352.084.02.084.000=+=+=x x λβ 52.12.0352.084.02.084.000=+=+=y y λβ95.0)9.01(8002000135020009.0=---+=hp βF l =581.9－0=581.9KN25.1127095.0)440.06.1(52.14)]()([200000⨯⨯⨯+⨯=+++h f h b t hp x c y y c x βαβαβ=18705.6KN ＞F l =581.9KN ，塔身弦杆边抗冲切满足要求。
（2）角桩向上冲切 C 1=C 2=1.260m ，α1x =α0x =0.440m,λ1x =λ0x =0.352,α1y =α0y =0.440m,λ1y =λ0y =0.352,015.12.0352.056.02.056.011=+=+=x x λβ015.12.0352.056.02.056.011=+=+=y y λβ0111121)]2/()2/([h f C C t hp x y y x βαβαβ+++25.1127095.0)2/440.0260.1(015.12⨯⨯⨯+⨯⨯==4531KN ＞N max =581.6KN, 角桩向上抗冲切满足要求。
