1、塔式起重机混凝土 基础设计,一、塔式起重机概况 二、塔式起重机的基础选型 三、规程的设计计算内容 四、塔机桩基础计算实例,一、塔式起重机概况 1、塔式起重机的分类,（1）按架设方式 塔机按架设方式分为快装式塔机和非快装式塔机。 （2）按变幅方式 1）小车变幅塔机 指通过起重小车沿起重臂运行进行变幅的塔式起重机。按臂架小车轨道与水平面的夹角大小又可分为水平臂小车变幅塔机和倾斜臂小车变幅塔机 2）动臂变幅塔机 指通过臂架俯仰运动进行变幅的塔式起重机。 （3）按臂架结构型式 1）小车变幅塔机 按臂架结构型式可分为：定长臂小车变幅塔机；伸缩臂小车变幅塔机；折臂小车变幅塔机 按臂架支承型式可分为：平头式
2、塔机和非平头式塔机。,某型小车变幅塔机示意图,某型动臂变幅式塔机示意图,定长臂小车变幅塔机,伸缩臂小车变幅塔机,折臂小车变幅塔机,2）动臂变幅塔机 动臂变幅塔机按臂架结构型式分为：定长臂动 臂变幅塔机和铰接臂动臂变幅塔机。,平头（锤式）塔机示意图,（4）按回转方式 1）上回转塔机 2）下回转塔机,上回转式塔式起重机的几种型式 a)塔帽式；b）转柱式；c）平台式 1-行走台车及横梁；2-门架；3-塔身；4-臂架；5-平衡臂架； 6-塔顶；7-塔帽；8- 转柱；9-人字架；10-转台,（5）按塔式起重机有无运行机构分（,1）移动式塔式起重机 2）固定式塔式起重机 附着式 内爬式,（6）按起重量分类
3、分为轻型塔式起重机、中型塔式起重机和重型塔式起重机,平头塔机,平头塔机主要特点： 1、取消了塔顶和起重臂拉杆，安装方便、快捷、省时。 2、由于起重臂更容易在空中拼装，降低了安装塔机时，对施工场地、安装设备的要求。 3、由于起重臂可在空中拆卸，平头塔机特别适合一些特殊工程的施工要求，如电力行业冷却塔、斜拉索大桥的施工。,动臂式塔机,动臂塔机的变幅是起重臂通过变幅机构钢丝绳的收放绕着铰点上下仰、俯来实现。1、起重臂上仰时，起升高度相应增加而不需要靠增加塔身标准节来实现，2、动臂塔机平衡臂（转台）的回转半径很短，起重臂上仰时，塔机工作幅度随之减小，因此十分有利于塔机灵活地避开空中的障碍物，减少施工工
4、地塔机群之间的相互干扰。3、动臂变幅式塔机的最大起重量比相同起重力矩的水平臂塔机的大，很适合那些一次起吊的重量比较大的施工。4、动臂塔机结构复杂，能耗高。 动臂塔机的适用范围： 1、动臂塔机主要用于工期要求紧、吊装量大的建筑施工。 2、起重量大的水电、火电建设工程。 3、某些国家和地区（如英国、美国加利福尼亚州、东南亚某些国家）对塔机臂架和平衡臂进入施工区域以外的空间有严格的法律规定，这些国家和地区只能使用动臂变幅式塔机。,2、塔式起重机型号分类及表示方法,为了促进企业品牌建设和与国际接轨，现行规范取消了对塔式起重机标识的要求，允许企业可以自定型号标识，但规定在企业的企业标准或相关资料中应有类
5、、组、型的标识说明，并规定“制造商应在塔式起重机产品技术资料、样本和产品显著部位标识产品型号”，用户可通过制造商的公开信息方便的理解制造商标识型号所表示的产品类别。同时，规格参数中“至少要包含塔机的最大起重力矩，单位为吨米（tm）”，最大起重力矩至少要园整到整数。通常，塔式起重机型号的编制方法可按如下方法来编制。,例1：如某厂生产的QTZ80表示如额定起重力矩为80tm的上回转自升式塔式起重机. 例2：目前国内有的塔机厂家根据国外标准，用塔机最大臂长（m）与臂端（最大幅度）处所能吊起的额定重量（KN）两个主参数来标记塔机的型号。如中联的QTZ100又一标记为TC5613，其意义： T -塔的英
6、语第一个字母（Tower） ； C - 起重机英语第一个字母（Crane）； 56-最大臂长56m ； 13- 臂端起重量13KN（1.3吨） 。,3、塔式起重机的构成,任何一台塔式起重机，不论其技术性能还是构造上有什么差异，总可以将其分解为：金属结构、工作机构和驱动控制系统三个部分。,塔吊倒塌现场,塔吊倒塌现场,二、塔式起重机的基础选型,塔机的基础型式应根据工程地质、荷载大小与稳定性要求、现场条件、技术经济指标及塔机制造商提供的塔机使用说明书等条件确定。 塔机的混凝土基础形式有板式（矩形、方形等）、十字型、桩基及组合式基础。,组合式基础,十字交叉式基础,板式基础,桩基础,板式和十字形基础,塔
7、机的板式基础,塔机的十字形基础（加配重）,两本规范,塔式起重机混凝土基础工程技术规程（JGJ/T187-2009） 塔式起重机设计规范（GB/T5031-2008）,三、规程的设计计算内容,1、塔机基础设计荷载取值,塔机基础的设计应在独立状态下按工作状态和非工作状态的荷载分别计算。 塔机基础工作状态的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、起重荷载、风荷载、并考虑可变荷载的组合系数，其中起重荷载不考虑动力系数； 非工作状态下的荷载应包括塔机和基础的自重荷载、风荷载。 塔机工作状态的基本风压应按0.20 kN/m2取用，非工作状态的基本风压应按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009附录D.4中给出的
8、50年一遇的风压取用，且不小于0.30kN/m2，可参考（JGJ/T187-2009）附录A计算。,塔机基础设计无计算条件时，可采用塔机制造商的“塔机使用说明书”提供的基础荷载，包括工作状态和非工作状态的垂直荷载、水平荷载、倾翻力矩、扭矩以及非工作状态的基本风压，若塔机现场的基本风压大于“塔机使用说明书”提供的基本风压，则应予以换算。,塔机基础设计荷载取值,案例1,不满足JGJ/T 187-2009第4.1.2-3条要求,案例2,110tm的倾覆力矩比80tm的塔吊小,建议,塔吊混凝土独立基础设计必须满足抗倾覆和地基土容许承载能力要求，特别是抗倾覆要求，这是确保塔吊安全的主要前提。 厂方提供塔
9、吊使用说明书中的基础图纸只能作为参考，不能作为现场施工依据，应根据方方使用说明书内提供的倾覆力矩和自重等技术参数、该工程地质报告，以及以往设计经验对塔吊基础进行详细计算与设计。,2、地基承载力计算,塔机在独立状态时，作用于基础的荷载应包括塔机作用于基础顶的竖向荷载标准值Fk，塔机作用于基础顶的水平荷载标准值Fvk，塔机作用于基础顶的倾翻力矩（包括塔机自重、起重荷载、风荷载等引起的力矩）荷载标准值Mk，塔机作用于基础顶的扭矩荷载标准值Tk，基础及其上土的自重荷载标准值Gk。,基础平面尺寸的确定 参考厂方提供的塔机平面尺寸处步确定； 根据地基承载能力和变形要求复核塔机平面尺寸。 矩形基础地基承载能
10、力的验算,轴心荷载作用时,偏心荷载作用时,Pk相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值；,fa修正后的地基承载力特征值；,Pkmax相应于荷载效应标准组合时，基础底面边缘的最大压力值；,当偏心距,时，,按下式计算,偏心距e应按下式计算：,偏心距e应满足,3、地基变形的验算,地基主要受力层的承载力特征值fak 130kN/m2，可不进行地基变形验算。 地基主要受力层指塔机板式基础下为1.5b（b为基础截面宽度）；十字型基础下为3b（b为其中任一条形基础的截面宽度），且厚度不小于5m范围内的地基土层； 基础下的地基变形计算按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）第5.
11、3.5条规定，但荷载效应应按JGJ/T187-2009的3.0.5条规定确定。 基础下的地基变形允许值：最大沉降量为50mm，最大倾斜率为tan=0.001。为基础底面的倾斜角度。,基础的埋置深度应综合考虑工程地质、塔机的荷载大小以及相邻环境条件等因素确定。基础顶面标高不宜超出现场自然地面。在冻土地区的基础应采取构造措施避免基底及基侧受冻胀土的作用。 基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求，且不宜小于1000mm，不宜采用坡形或台阶形顶面的基础。 基础的混凝土强度等级不应低于C25，基础下的垫层混凝土强度等级不应低于C10，混凝土垫层厚度不宜小于100mm。 基础受力钢筋的直径不宜小于12mm，间
12、距不应大于200mm。板式基础宜在基础表层和底层对称式配置主筋，直径不宜小于12mm，且用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接； 十字型基础主筋宜按梁式上下对称配筋，箍筋直径不宜小于8mm，间距不宜大于200mm，侧向构造纵筋的直径不宜小于10mm，间距不宜大于200mm。 矩形基础的长边与短边长度之比不宜大于2，十字型基础的节点处应采用加腋构造。,4、板式或十字形基础,矩形基础的配筋,板式或十字形基础设计,基础的配筋应按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010有关规定进行受弯、受剪计算。设计中可不考虑扭矩的作用。 计算板式基础强度时，将塔机作用于基础的4根立柱所包围的面积作为塔身柱截面
13、，计算受弯、受剪的最危险截面取柱边缘处。基底净反力采用按下式求得的基底均布荷载设计值P：,P1采用荷载效应基本组合计算的塔机立柱边的基底压力值,板式或十字形基础设计,板形基础基底压力,十字形基础基底压力,当地基土为软弱土层，采用浅基础已不能满足塔机对地基承载力和变形的要求时，可采用桩基础。基桩可采用预制钢筋混凝土桩、混凝土灌注桩或钢管桩等 。 桩端持力层宜选择中低压缩性的粘性土、中密或密实的砂土或粉土等承载力较高的土层。桩端全断面进入持力层的深度，对于粘性土、粉土不宜小于3d，对于砂土不宜小于2.0d；当存在软弱下卧层时，桩端以下硬持力土层厚度不宜小于5d，并应验算下卧层的承载力。桩基计算包括
14、桩顶作用效应计算、桩基竖向抗压及抗拔承载力计算、桩身承载力计算、桩承台计算等。 桩基础设计应符合现行国家行业标准建筑桩基技术规范JGJ94-2008的规定。,5、桩基础 （1）构造要求,桩基构造应符合现行国家行业标准建筑桩基技术规范JGJ94-2008的规定。预埋件应按塔机使用说明书布置。桩身和承台的混凝土强度等级不得小于C25。 基桩应按计算和构造要求配置钢筋。纵向钢筋不应小于612，应沿桩周边均匀布置，其净距不应小于60mm。箍筋应采用螺旋式，直径不应小于6mm，间距宜为200300mm，桩顶以下5d范围内箍筋间距应加密不应大于100mm。当基桩属抗拔桩或端承桩，应等截面或变截面通长配筋。
15、 承台宜设计成不变截面高度的方形板式或十字型梁式，截面高度不宜小于1000mm，且应满足塔机使用说明书的要求。基桩宜按均匀对称式布置，且不宜少于4根，边桩中心至承台边缘的距离应不小于桩的直径或边长，且桩的外边缘至承台边缘的距离不小于200mm。,桩基础,板式承台基础上、下面均应根据计算或构造要求配筋，直径不小于12mm，间距不大于200mm，上、下层钢筋之间设置架立筋，宜沿对角线配置暗梁。十字型承台应按梁式配筋，宜按对称式配置正、负弯矩筋，箍筋不宜小于8200。 基桩嵌入承台的长度对桩径800mm的基桩不宜小于50mm，800mm的基桩不宜小于100mm。 基桩主筋应锚入承台基础，锚固长度按现
16、行国家标准混凝土结构设计规范GB50010确定。对预应力混凝土管桩和钢管桩，宜采用植于桩芯混凝土不少于20的主筋锚入承台基础。预应力管桩和钢管桩中的桩芯混凝土长度应按抗拔锚固计算且不小于1000mm，其强度等级宜比承台提高一级。,桩基础,（2）桩基的计算,桩顶作用效应计算时，应取沿矩形或方形承台对角线方向的倾翻力矩和水平荷载及竖向荷载进行计算。当采用十字型承台时，倾翻力矩和水平荷载的作用按其中任一条形承台纵向进行计算，竖向荷载由全部基桩承载。,轴心竖向力作用下,偏心竖向力作用下,L矩形承台对角线或十字型承台中任一条形承台两端基桩的轴线距离；,桩基的设计计算,桩基竖向承载力计算应符合,Ra单桩竖
17、向承载力特征值,=0.50.8（砂性土，桩入土较浅时取低值；粘性土和粉土，桩入土较深时取高值）；,桩基的设计计算,桩的抗拔设计应满足,按荷载效应标准组合计算的基桩拔力,单桩竖向抗拔承载力特征值；,抗拔系数。当无试验资料且桩的入土深度不小于6.0m时，可根据土质和桩的入土深度，取,桩身的有效重力标准值（kN），水下部分按浮重度计。,桩基的设计计算,轴心受压桩桩身承载力应符合,桩基的设计计算,轴心受拔桩桩身承载力应符合,（3）承台的设计计算,桩基承台应进行受弯、受剪承载力计算，将塔机作用于承台的4根立柱所包围的面积作为柱截面，受弯、受剪承载力和配筋应按现行混凝土结构设计规范GB50010的规定进行
18、计算。 对于十字型梁式承台和板式承台中的暗梁的弯矩与剪力计算，可视基桩为不动铰支座，按简支梁或连续梁计算，倾翻力矩M按其中任一梁纵向作用，竖向荷载F仍由全部基础承受，宜按对称式配置正、负弯矩筋及箍筋。,承台的设计计算,板式承台弯矩计算示意图,十字型梁式承台和板式承台中的暗梁计算简图,承台的设计计算,桩基承台厚度应满足基桩对承台的冲切承载力要求。,角桩冲切系数：,角桩冲跨比：,hp承台受冲切承载力截面高度影响系数。,承台的设计计算,45,四、塔机桩基础计算实例,1、 塔机及桩基概况 （1） 塔机概况 根据工程实况，采用塔机型号为QTZ60，塔身为方钢管桁架结构，塔身桁架结构宽度为1.6m，最大起
19、重量为6t，最大起重力矩为69tm，最大吊物幅度50m，结构充实率0.35，独立状态塔机最大起吊高度40m，塔机计算高度43m（取至锥形塔帽的一半高度），现场为B类地面粗糙度。塔机以独立状态计算，分工作状态和非工作状态两种工况分别进行基础的受力分析。,46,（2） 桩基概况 根据现场的岩土工程勘察报告和工程桩的选型，塔基的基桩选用先张法预应力混凝土管桩PC-AB550(100)-11.10.9a，桩身的混凝土强度等级为C60，桩端持力层为可塑状态的粉质粘土，单桩竖向承载力特征值750kN，单桩竖向抗拔承载力特征值550kN，承台尺寸blh=480048001250mm，承台埋置深度为1.5m，
20、承台顶面不覆土。塔机工作地点为深圳市，在丰水期的地下水位为自然地面下1m，桩基础平面示意图及AA剖面图如下：,47,暗梁,暗梁,桩基平面示意图及AA剖面图,48,2、桩基所受荷载的计算分析 塔机竖向荷载,QTZ60塔机竖向荷载简图,49,塔机QTZ60的竖向荷载简图如图。图中各参数摘自浙江建机集团生产的QTZ60塔机使用说明书。各种型号规格的塔机荷载简图应按实画出并计算。,塔身自重； 起重臂自重； 小车和吊钩自重； 平衡臂自重； 平衡块自重； 最大起重荷载； 最小起重荷载； 塔机各分部重心至塔身中心的距离； 最大或最小起重荷载至塔身中心相应的最大距离。,图中：,50, 塔机所受风均布线荷载标准
21、值（ ）,基础荷载组合,1. 自重荷载及起重荷载,1） 塔机自重标准值,2） 基础自重标准值,丰水期：,3） 起重荷载标准值,2. 风荷载计算 1） 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A）,51,2）非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值（见本规程附录A） 塔机所受风线荷载标准值（深圳市 ）, 塔机所受风荷载水平合力标准值, 基础顶面风荷载产生的力矩标准值, 塔机所受风荷载水平合力标准值, 基础顶面风荷载产生的力矩标准值,52,2） 最大起重荷载产生最大向前力矩标准值（ 较 产生的力矩大）,3. 塔机的倾覆力矩 塔机自身产生的倾覆力矩，向前（起重臂方向）
22、为正，向后为负。,1） 大臂自重产生的向前力矩标准值,3） 小车位于上述位置时的向前力矩标准值,4） 平衡臂产生的向后力矩标准值,5） 平衡重产生的向后力矩标准值,53,4. 综合分析、计算,1） 工作状态下塔机对基础顶面的作用, 标准组合的倾覆力矩标准值, 水平荷载标准值, 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,起重荷载：,2） 非工作状态下塔机对基础顶面的作用,54, 标准组合的倾覆力矩标准值,无起重荷载，小车收拢于塔身边，故没有力矩M2、M3。, 水平荷载标准值, 竖向荷载标准值,塔机自重：,基础自重：,根据现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009-2001第3.2.4条规定，工作状
23、态的荷载效应组合标准值（SK）按下式计算：,55,式中： 按永久荷载标准值计算的荷载效应值。按可变荷载标准值计算的荷载效应值。,比较上述两种工况的计算，可知本例塔机在非工作状态时对基础传递的倾覆力矩最大，故应按非工作状态的荷载组合进行地基基础设计。控制工况下（非工作状态）的倾覆力矩标准值小于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值，原因是塔机制造商的提供值系按现行国家标准塔式起重机设计规范GB/T13754规定的基本风压0.80kN/m2（离地面高度20m以下）、1.10 kN/m2（离地面高度20m以上）计算。若塔机现场的基本风压不小于1.00kN/m2，按本规程规定进行计算的结果，倾
24、覆力矩标准值大于塔机制造商的“塔式起重机使用说明书”中所提供值。,56,3、 桩基础设计,（1） 基桩承载力验算,倾覆力矩按最不利的对角线方向作用。,1）基桩竖向承载力验算,取最不利的非工作状态荷载进行验算, 轴心竖向力作用下：,57,偏心竖向力作用下：,为竖向拔力,基桩竖向承载力符合要求，按抗压桩暨抗拔桩设计。,58,2） 桩身轴心受压承载力验算,荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：,查国家标准图集03SG409得：,先张法预应力混凝土管桩PC-AB550(100)-11.10.9a桩身结构竖向 承载力设计值：,R=2700kN,桩身轴心受压承载力符合要求。,3）桩身轴心受拔承载力验算,
25、荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：,59,桩身轴心受拔承载力符合要求，预应力混凝土管桩的连接按国家标准图集03SG409等强度焊接，预应力混凝土管桩与承台的连接应符合本规程第6.2.6条规定。,（2）承台计算计算承台受弯、受剪及受冲切承载力时，不计承台及其上土自重。1）承台受冲切验算角桩轴线位于塔机塔身柱的冲切破坏锥体以内，且承台高度符合构造要求，故可不进行承台受角桩冲切的承载力验算。2） 承台暗梁配筋计算,承台暗梁截面bh=6001250mm，混凝土强度等级为C25，钢筋采用HRB335，混凝土保护层厚度为50mm（即预应力管桩嵌入承台的长度）。,荷载计算,塔机塔身截面对角线上立杆的荷
26、载设计值,60,暗梁计算简图如下：,暗梁计算简图, 受弯计算,A、B支座反力为：,（支座反力向下）；,（支座反力向上）。,最大弯矩在截面2位置，弯矩设计值：,根据现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002第7.2.1条规定，按强度等级为C25混凝土，钢筋为HRB335的矩形截面单筋梁计算，配筋为：,61,实配6 20，,，相差0.8%，符合要求。, 受剪计算,按现行国家标准混凝土结构设计规范GB50010-2002第7.5.7条、第10.2.910.2.11条规定设计。,最大剪力在B支座截面，剪力设计值：,混凝土受剪承载力：,式中计算截面的剪跨比：,，取,，符合最小配筋率的规定。,62,（3 ） 桩承台配筋,1）暗梁配筋截面简图如下图。,架立筋为 ，受力筋为 ，箍筋为8200（4肢箍）。,暗梁截面配筋简图,箍筋按构造要求进行配筋，8200（4肢箍）。,63,承台截面配筋简图,2）承台基础上下面均配钢筋网12双向200。,
