塔吊基础设计方案二十一冶.docx
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塔吊基础设计方案二十一冶.docx
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塔吊基础设计方案二十一冶
目录
一、编制依据1
二、工程概况1
三、塔吊选择及布置3
四、塔吊基础设计4
五、质量、安全注意事项5
豪进新世纪花园(一期)工程塔吊基础设计方案
一、编制依据
1、QTZ63、QTZ80塔式起重机使用说明书
2、香港华艺设计顾问(深圳)有限公司提供的本工程基础设计图
3、华南理工大学建筑设计研究院勘察工程有限公司提供的本工程地质勘测报告
二、工程概况
1、建筑概况
工程总建筑面积约120000m2,占地面积约40000m2,为一群体建筑工程。
拟建的建筑场地位于广州市增城新塘镇新塘大道北侧、东江大道西侧,工程拟建若干栋低层别墅及若干栋高层住宅楼,其中F-1、F-2栋为21层,E栋为32层,D-3栋、D-2为28层,B-3、A-2栋为31层,G-8~15栋为8层,I-1~12栋为5层,商铺(M-1~2栋)为3层,除商铺外其它各栋均设1层地下室,局部设2层地下室。
工程长向约为240m,短向约190m。
2、工程地质概况
根据华南理工大学建筑设计研究院勘察工程有限公司提供的《广州新塘豪进半岛花园(一期)岩土工程详细勘察报告》显示,拟建场地属剥蚀残丘地貌和山前冲积地貌单元,场地西侧、南侧为山前冲积地貌,场地北部在小山包上,植被较发育,现状为果林地,南侧主要为菜地。
场地高差较大,呈北高南低地势。
与基坑开挖有关的地层岩性及野外特征自上而下依次描述为:
1、第四系人工填土
本次勘探揭示的地层按其物质组成和特征分为耕植土和素填土:
1)耕植土:
灰褐色,深灰色,湿,可塑状,成份为粉质粘土,粘性差,见少量植物根系,平均厚度为0.61m。
建议承载力特征值ƒak=70kPa
2)杂填土:
棕红色,杂色,结构松散,主要由建筑垃圾等堆填而成,孔隙间充填中粗砂,为近期堆填而成,层厚为2.7m。
建议承载力特征值ƒak=100kPa
2、第四系坡积土
1)粉质粘土:
灰黄色,棕红色,浅黄色,湿,可塑状,粘性好,含少量中粗砂颗粒。
为坡积土,平均厚度为3.64m。
建议承载力特征值ƒak=150kPa
3、第四系冲积土
1)淤泥质粉质粘土:
深灰色,灰色,很湿,流~软塑状,粘性较好,含少量粉细砂及有机质,稍经固结,有腥臭味,平均厚度为3.25m。
建议承载力特征值ƒak=55kPa
2)粉质粘土:
浅灰色,浅黄色,湿,可塑状,粘性好,含少量粉细砂粒,平均厚度为2.26m。
建议承载力特征值ƒak=150kPa
3)中砂:
灰黄色,黄色,饱和,稍密状为主,局部地段呈中密状,成份为石英,级配良好,呈次棱角状,成份为石英,含少量粘粒,平均厚度为2.47m。
建议承载力特征值ƒak=160kPa
4)粗砂:
灰黄色、灰白色,饱和,稍密~中密状,级配良好,呈次棱角状,成份为石英,含少量粘粒,平均厚度为3.19m。
建议承载力特征值ƒak=200kPa
4、第四系残积土
1)砂质粘性土:
灰黄色,黄褐色,稍湿,可塑状,粘性差,韧性一般,为花岗岩风化残积土,泡水易软化,平均厚度为3.28m。
建议承载力特征值ƒak=180kPa
2)砂质粘性土:
灰黄色,黄褐色,稍湿,硬塑状,粘性差,韧性一般,为花岗岩风化残积土,泡水易软化,平均厚度为3.90m。
建议承载力特征值ƒak=260kPa
5、燕山期花岗岩
勘探孔揭露范围内按其风化程度划分为:
全风化、强风化、中等风化、微风化岩。
1)全风化花岗岩:
灰黄色,岩石风化剧烈,岩芯呈坚硬土柱状,泡水易软化,部分钻孔底部为中风化花岗岩,平均厚度为4.04m。
建议承载力特征值ƒak=380kPa
2)强风化花岗岩:
灰黄色,岩石风化强烈,原岩结构已基本破坏,岩芯呈半岩半土状,泡水易软化,平均厚度为3.00m。
建议承载力特征值ƒak=600kPa
3)中等风化花岗岩:
灰色,中粗粒结构,块状构造,裂隙发育,岩芯呈块状为主,岩质坚硬。
岩体完整程度为破碎,岩体基本质量等级属Ⅳ类,平均厚度为1.56m。
建议承载力特征值ƒak=20MPa
4)微风化花岗岩:
灰色、灰白色,中粗粒结构,块状构造,裂隙发育,岩芯呈短柱状为主,个别为长柱状,节长3~40cm不等,岩质坚硬,锤击声脆,RQD=15~60%,平均厚度为4.62m。
建议承载力特征值ƒak=55MPa
2、地下水特征
场地地下水主要赋存在冲积砂层和基岩裂隙中,受大气降水及地表水的补给。
本场地地下水不丰富。
地下水位埋深为0.15~4.30m,平均为1.44m;地下水位标高3.07~10.99m,平均为5.80m。
地下水对钢筋砼结构中的钢筋和砼结构具微腐蚀性。
三、塔吊选择及布置
1、塔吊选择
本工程拟配置五台塔吊,塔吊型号为QTZ63(4台)、QTZ80(1台),臂长55m~60m,塔吊主要性能及参数如下:
QTZ63、QTZ80型塔吊均为上回转自升式,有重、中、轻三档,最大起升速度为80m/min,最大起重量分别为6T、8T,最大幅度处起重量分别为1.3T、1.5T,起重臂长分别为55m、60m,平衡臂长为14m,起重力矩为650kN·m、800kN·m,独立式起升高度为38m,附着高度可达120m。
初次安装自由高度为30m,安装总高度约38m~100m。
该型号塔吊具有起升、变幅、回转机构,有起升高度限位,最大和最小幅度限位,回转限位,重量限位,力矩限位。
视野开阔,操作简单。
2、塔吊布置:
五台塔吊分别布置于F-2(1#)、D-3栋(2#)、B-3栋(3#)、地下室东北角(4#)、I-5栋(5#),以确保能满足本工程施工期间的材料运输。
具体定位如下,后附平面位置布置图。
四、塔吊基础设计
根据场地的工程地质条件、水文地质条件及现场平面布置要求进行塔吊安装位置的定位,另考虑到塔吊基础对土承载力的要求及基础的稳定性要求,1#、2#、3#、5#塔吊定位安装处土层均为粉质粘土层,不能满足塔吊基础承载力要求,因此塔吊基础均采用预应力高强管桩(φ500)基础,桩基受力均为端承受力。
4#塔吊定位安装处土层为全风化岩,能满足塔吊基础承载力要求,塔吊基础拟采用天然基础。
塔吊基础承台尺寸均采用5000×5000×1350mm,其中1#、2#塔吊基础承台面标高为4.65m,3#塔吊基础承台面标高为3.75m,4#塔吊基础承台面标高为7.70m,5#塔吊基础承台面标高为4.70m,预应力管桩伸入承台内100mm,基础桩平面布置图及桩头截桩后做法如下图示:
根据设计提供的预应力管桩桩基工程施工说明,本工程端承桩按设计要求收锤后,单桩竖向承载力特征值为2000kN;根据地勘报告提供的全风化岩建议承载力特征值为380kPa,均能满足塔吊基础承载力要求。
塔吊基础垫层砼采用100mm厚C15砼浇筑,基础砼采用C35P8(1#、2#、3#塔吊)、C35(4#、5#塔吊)砼浇筑,钢筋配筋详见配筋图。
五、质量、安全注意事项
1、基础砼必须一次浇筑完成,保湿养护7~15天,基础砼强度等级达到设计强度100%以上才能开始塔吊安装;
2、基础排水及防护:
在进行塔吊基础土方开挖时,在基础边设置集水坑,并用潜水泵及时将集水坑的水抽排至基础外;塔吊基础施工完成后,应保证基础周围的排水顺畅,不积水,以避免塔吊基础遭受水的浸泡(地下室内的塔吊基础顶面比相应地下室底板面高50mm,地下室外的塔吊基础比相应处地下室底板面高100mm)。
3、塔吊采用在砼基础内预埋地脚螺栓进行塔身的定位和塔身与基础的连接。
预埋地脚螺栓按设计要求下部采用钢筋绑扎固定,上部则采用角钢和钢管焊制定位架固定,在基础砼浇筑前应对定位架进行水平测量,校正高差及垂直度(平面度公差在2m×2m平面内小于3mm,垂直度小于2mm)并将定位架与基础钢筋焊接牢固,确保其水平误差满足塔吊安装要求,安装位置准确无误,并做好塔吊的接地预埋。
附件1:
塔吊桩基础承载力计算书
一.参数信息
塔吊型号:
QTZ80,自重(包括压重)F1=1033.90kN,最大起重荷载F2=80.00kN
塔吊倾覆力距M=2080.00kN.m,塔吊起重高度H=120.00m,塔身宽度B=1.8m
混凝土强度:
C35,钢筋级别:
Ⅱ级,承台长度Lc或宽度Bc=5.00m
桩直径d=0.50m,桩间距a=4.00m,承台厚度Hc=1.35m
二.塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算
1.塔吊自重(包括压重)F1=1033.90kN
2.塔吊最大起重荷载F2=80.00kN
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=1336.68kN
塔吊的倾覆力矩M=1.4×2080.00=2912.00kN.m
三.矩形承台弯矩的计算
计算简图:
管桩
管桩
图中x轴的方向是随机变化的,设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。
1.桩顶竖向力的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条)
其中n──单桩个数,n=4;
F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值,F=1.2×1113.90=1336.68kN;
G──桩基承台的自重,G=1.2×25.0×Bc×Bc×Hc=1012.50kN;
Mx,My──承台底面的弯矩设计值(kN.m);
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m);
Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:
最大压力:
N=(1336.68+1012.50)/4+2912.00×(4.00×1.414/2)/[2×(4.00×1.414/2)2]=1102.15kN
没有抗拔力!
2.矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m);
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m);
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN),Ni1=Ni-G/n。
经过计算得到弯矩设计值:
N=(1336.68+1012.50)/4+2912.00×(4.00/2)/[4×(4.00/2)2]=951.30kN
Mx1=My1=2×(951.30-1012.50/4)×(2.00-0.90)=1535.97kN.m
四.矩形承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
式中
1──系数,当混凝土强度不超过C50时,
1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,
1取为0.94,中间按线性内插法确定;
fc──混凝土抗压强度设计值;
h0──承台的计算高度。
fy──钢筋受拉强度设计值,fy=300N/mm2。
经过计算得
s=1535.97×106/(1.00×16.70×5000.00×1300.002)=0.011
=1-(1-2×0.011)0.5=0.011
s=1-0.011/2=0.995
Asx=Asy=1535.97×106/(0.995×1300.00×300.00)=3960.07mm2。
配Φ16@170=29×201.1=5831.9mm2(双层双向配筋)能满足要求。
五.矩形承台截面抗剪切计算
依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性,
记为V=1102.15kN我们考虑承台配置箍筋的情况,斜截面受剪承载力满足下面公式:
其中
0──建筑桩基重要性系数,取1.0;
──剪切系数,
=0.13;
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.70N/mm2;
b0──承台计算截面处的计算宽度,b0=5000mm;
h0──承台计算截面处的计算高度,h0=1300mm;
fy──钢筋受拉强度设计值,fy=300.00N/mm2;
经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋!
六.桩承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1条
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值,取其中最大值N=1102.15kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式:
其中
0──建筑桩基重要性系数,取1.0;
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.70N/mm2;
A──桩的截面面积,A=0.147m2。
经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋!
七.桩竖向极限承载力验算及桩长计算
桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3条
根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值,取其中最大值N=1102.15kN
桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式:
最大压力:
其中R──最大极限承载力;
Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:
Qpk──单桩总极限端阻力标准值:
Qck──相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值:
qck──承台底1/2承台宽度深度范围(≤5m)内地基土极限阻力标准值;
s,
p──分别为桩侧阻群桩效应系数,桩端阻群桩效应系数;
c──承台底土阻力群桩效应系数;按下式取值:
s,
p,
c──分别为桩侧阻力分项系数,桩端阻抗力分项系数,承台底土阻抗力分项系数;
qsk──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值,按下表取值;
qpk──极限端阻力标准值,按下表取值;
u──桩身的周长,u=1.571m;
Ap──桩端面积,取Ap=0.15m2;
li──第i层土层的厚度,取值如下表;
厚度及侧阻力标准值表如下:
序号土厚度(m)土侧阻力标准值(kPa)土端阻力标准值(kPa)土名称
12.9250粉粘土
24.8401000粘土
35.1803000全风化岩
41.11104500强风化岩
由于桩的入土深度为13.4m,所以桩端是在第4层土层。
最大压力验算:
R=1.57×(2.9×25×1+4.8×40×1+4.5×80×1+1.2×110×1)/1.65+1.10×4500.00×0.15/1.65+0.42×906.25/1.70=1388.90kN
上式计算的R的值大于最大压力1102.15kN,所以满足要求!
1#、2#、3#、5#塔吊基础平面及剖面图如下:
附件2:
塔吊天然基础承载力计算书
一.参数信息
塔吊型号:
QTZ63,自重(包括压重)F1=450.80kN,最大起重荷载F2=60.00kN
塔吊倾覆力距M=1395.08kN.m,塔吊起重高度H=40.00m,塔身宽度B=1.80m
混凝土强度等级:
C35,基础埋深D=0.00m,基础最小厚度h=1.35m,基础最小宽度Bc=5.00m,
二.基础最小尺寸计算
基础的最小厚度取:
H=1.35m,基础的最小宽度取:
Bc=5.00m
三.塔吊基础承载力计算
依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。
计算简图:
当不考虑附着时的基础设计值计算公式:
当考虑附着时的基础设计值计算公式:
当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式:
式中F──塔吊作用于基础的竖向力,它包括塔吊自重,压重和最大起重荷载,F=1.2×510.8=612.96kN;
G──基础自重与基础上面的土的自重,G=1.2×(25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×D)=1012.50kN;
Bc──基础底面的宽度,取Bc=5.00m;
W──基础底面的抵抗矩,W=Bc×Bc×Bc/6=20.83m3;
M──倾覆力矩,包括风荷载产生的力距和最大起重力距,M=1.4×1395.08=1953.11kN.m;
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m),按下式计算:
a=5.00/2-1953.11/(612.96+1012.50)=1.30m。
经过计算得到:
无附着的最大压力设计值Pmax=(612.96+1012.50)/5.002+1953.11/20.83=158.77kPa
无附着的最小压力设计值Pmin=(612.96+1012.50)/5.002-1953.11/20.83=0.00kPa
有附着的压力设计值P=(612.96+1012.50)/5.002=65.02kPa
偏心距较大时压力设计值Pkmax=2×(612.96+1012.50)/(3×5.00×1.30)=166.92kPa
四.地基基础承载力验算
地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第5.2.3条。
计算公式如下:
其中fa──修正后的地基承载力特征值(kN/m2);
fak──地基承载力特征值,取380.00kN/m2;
b──基础宽度地基承载力修正系数,取0.00;
d──基础埋深地基承载力修正系数,取0.00;
──基础底面以下土的重度,取20.00kN/m3;
γm──基础底面以上土的重度,取20.00kN/m3;
b──基础底面宽度,取5.00m;
d──基础埋深度,取0.00m。
解得地基承载力设计值fa=380.00kPa
实际计算取的地基承载力设计值为:
fa=380.00kPa
地基承载力特征值fa大于最大压力设计值Pmax=158.77kPa,满足要求!
地基承载力特征值1.2×fa大于偏心距较大时的压力设计值Pkmax=166.92kPa,满足要求!
五.受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。
验算公式如下:
式中
hp──受冲切承载力截面高度影响系数,取
hp=0.95;
ft──混凝土轴心抗拉强度设计值,取ft=1.57kPa;
am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:
am=[1.80+(1.80+2×1.30)]/2=3.10m;
h0──承台的有效高度,取h0=1.3m;
Pj──最大压力设计值,取Pj=166.92kPa;
Fl──实际冲切承载力:
Fl=166.92×(5.00+4.40)×0.30/2=235.35kN。
允许冲切力:
0.7×0.95×1.57×3100×1300=4207521.50N=4207.52kN
实际冲切力不大于允许冲切力设计值,所以能满足要求!
六.承台配筋计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。
1.抗弯计算,计算公式如下:
式中a1──截面I-I至基底边缘的距离,取a1=1.60m;
P──截面I-I处的基底反力:
P=166.92×(3×1.30-1.60)/(3×1.30)=98.35kPa;
a'──截面I-I在基底的投影长度,取a'=1.80m。
经过计算得M=1.602×[(2×5.00+1.80)×(166.92+98.35-2×1012.50/5.002)+(166.92-98.35)×5.00]/12=537.00kN.m。
2.配筋面积计算,公式如下:
依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
式中
1──系数,当混凝土强度不超过C50时,
1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,
1取为0.94,期间按线性内插法确定;
fc──混凝土抗压强度设计值;
h0──承台的计算高度。
经过计算得
s=537.00×106/(1.00×16.70×5.00×103×13002)=0.004
=1-(1-2×0.004)0.5=0.004
s=1-0.004/2=0.998
As=537.00×106/(0.998×1300×300.00)=1379.56mm2。
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:
10125mm2。
故取As=10125mm2。
配Φ22@185=27×380.1=10262.7mm2(双层双向配筋)能满足要求。
4#塔吊基础平面及剖面图如下:
4、1#、2#、3#塔吊基础与地下室底板连接处理
1#、2#、3#塔吊基础需结合本工程地下室结构设计,拟将塔吊基础与周边承台及地下室底板结合施工。
根据上述计算,1#、2#、3#基础尺寸均采用5000×5000×1350mm。
基础厚度为1.35m,基础面标高为4.65m、3.75m,基础底标高定为3.25m、2.35m,即基础面高出地下室底板面50mm。
由于塔吊基础须先于地下室底板施工,基础周边与底板结合处施工缝均采用快易收口网做模板,同时采用钢板止水带止水。
基础平面及剖面见下图。
3、1#、2#、3#塔吊穿地下室顶板留洞处理
由于塔吊标准节需穿过地下室顶板安装,因此需在地下室顶板对应位置预留2000×2000mm孔洞,洞口四周按设计要求进行结构加强,并安装快易收口网模板和钢板止水带进行止水。
洞口处板钢筋按设计和规范要求进行预留。
见下图。
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