塔吊基础设计计算

塔式起重机方形独立基础得设计计算

余世章余婷媛

《内容提要》文章通过对天然基础得塔吊基础设计,详细论述整个基础得设计过程,经济适用,安全可靠、结构合理,思路清晰,论述精辟有据;在现场施工中,有着十分重要得指导意义。

关键词:塔机、偏心距、工况、一元三次方程、核心区、基底压力。

一、序言

随着建筑业迅猛发展,塔式起重机(简称塔机)在建筑市场中就是必不可少得一项重要垂直运输机械设备;塔机基础设计,在建筑行业中就是属于重大危险源得范畴,正因为如此,塔机基础设计得到各使用单位得高度重视;本人通过网络查阅过许多塔机基础设计方案,除采用桩基外,塔基按独立基础所设计得方形基础,绝大部分都按厂家说明书所提供得基础尺寸进行配筋,按规范设计计算得为数不多,厂家所提供基础大小数据有些就是不满足规范要求,而塔机基础配筋绝大多数情况就是配筋过大,浪费较为严重;厂家说明书所提供数据表明,地基承载力特征值小得基础外形尺寸就较大,承载力特征值较大,基础尺寸就相应得小点,似乎瞧起来这种做法就是正确得,其实并非如此。

塔机基础型式方形等截面最为普遍,下面通过一些规范限定得条件,对方形截面独立基础规范化得设计,很有参考与实用价值。下面举例采用中联重科得塔吊类型进行论述与阐明。

二、塔吊基础设计步骤

2.1、确定塔吊型号

首先根据施工总平面图,根据建筑物外形尺寸(长、宽、高)、及材料堆放场地与钢筋加工场地,根据塔机覆盖率情况,按塔机说明书中得主要参数确定塔机型号。

2.2、根据塔机型号确定荷载

厂家说明书中都有荷载说明,按塔吊自由独立高度条件提供两组数据(中联重科),一组为工作状态(工况)荷载,另一组为非工作状态(非工况)荷载,确定出一组最不利得工况荷载。

2.3、确定塔吊基础厚度h

根据说明书中塔机安装说明,基础固定塔基及有两种形式,一种就是地脚螺栓,另一种就是埋入固定支腿式;因此根据塔机地脚螺栓锚固长度与支腿得埋深,可以确定塔机基础厚度h。

2.4、基础外形尺寸得确定

根据荷载大小与基础厚度h,确定独立方形基础得边长尺寸。

2.5、基础配筋计算

求出内力进行基础配筋计算,并根据《规范》得构造要求进行配筋与验算。

2.6、基础冲切、螺杆(支腿)受拉或局部受压得验算

三、方形独立基础尺寸得确定

3、1方形基础宽度B得上限值

根据上面塔机基础计算步骤可以瞧出,塔机基础尺寸得确定就是方形基础得计算关键。利用偏心距限定条件,可求出基础最小截面尺寸。

根据偏心距e(荷载按标准组合):

对于偏心受压方形基础:

当e=

Gk

Fk Fvh Mk ++∠B/6时,基底压力呈梯形分布; 当e=Gk Fk Fvh Mk ++≥B/6时,基底压力呈三角形分布; B 为方形基础宽度,在基础设计时,为了使基础截面尺寸不至于过大,造成不必要浪费,因此可取上限值 e ≥b/6;

即:Gk

Fk Fvh Mk ++≥B/6………………………………………(1) 3、2方形基础宽度B 得下限值

由《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第6.7.5条第4款,对于挡土墙大偏心受压构件,偏心距e ≤B/4;而《高耸结构设计规范》GB50135-2006第7、1、2条第5款: 基础底面允许部分脱开地基土得面积应不大于底面全面积得1/4。对于方形基础,最不利情况,由条件可得出双向偏心距,当e x =e y =B/4时,由《高耸规范》7、2、3-4式,

可得a x a y =0、125B 2。

按《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-20094、1、2条第三款可得偏心距e ≤B/4。这里需要特别强调指出,偏心距e ≤B/4与“基础底面允许部分脱开地基土得面积应不大于底面全面积得1/4”就是不同两个概念。

故可得:e=Gk

Fk Fvh Mk ++≤B/4………………………………………(2) 3、3按最不利位置确定方形基础宽度B

大家明白,对于方形基础任一轴得惯性矩为a 4/12,而对角线得W 近似值0、118a 3为最小值(一般采用W=a 3/6);《塔式起重机砼基础工

程技术规程》JGJ187-2009第4.1.3条:方形基础与底面边长比小于或

等于1、1得矩形基础应按双向偏心受压作用验算地基承载力,塔机倾

覆力矩得作用方向应取基础对角线方向,基础底面得压力(偏心荷载

在核心区外)应符合下列公式要求:

3.3.1、当偏心荷载作用时,p k,max=1、

2f a、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、、(3)

3.3.2、当偏心荷载作用在核心区外时,(p kmin∠0,见图b)

a y---合力作用点至e y一侧基础边缘得距离,按(b/2-e y);

e x--- x方向得偏心距;按 M kx/(F k+G k)

e y--- y方向得偏心距; 按 M ky/(F k+G k)

根据上式,对方形基础,取:e x=e y,即:M kx=M ky=M k/20、5=0、707M k

由于a x a y≥0、125B2故有 a x=a y≥0、354B

从 a x=a y=(B/2-e x) ≥0、354B 得出:e x=e y≤0、146B

e=( e x2+e y2)05=1、4142*0、146B=0、206B≈B/5 (6)

(c) 双向偏心基底脱开时基地压力

3、4 方形基础宽度B 得确定

3.4.1 方形基础宽度B 得范围

由(1)及(2)式,得:B/6≤e=Gk

Fk Fvh Mk ++≤B/4…、、(7) 设塔吊基础长与宽均为为B,且令:B=y …………、、、(8)

由(7)可得出两个一元三次方程,从而解出y 取值范围。

3.4.2 方形基础最小宽度B

由于塔机倾覆力矩按塔身截面对角线作用最大,此时基础底面得抵抗矩W 最小,故荷载效应为最不利状态。从(6)式可得: e=Gk

Fk Fvh Mk ++≤0、206B …………………………(9) 由(9)可得一元三次方程,同理可以求出y 值,此时y 值就就是宽度B 得最小值。这里需要说明,为了简化计算,也便于记忆,我们可取e=B/5,此时y 值与(7)得y 平均值就是不同得,这就是因为它们之间不就是简单得线性关系。

基础底面允许部分脱开地基土得面积不应大于底面全面积得1/4,对矩形基础偏心距e 不大于b/4;对方形基础与底面边长比小于或等于1、1得矩形基础偏心距e 不大于0、206b(倾覆力矩沿塔身截面得对角线作用)。