格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計

齊延年

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西太原 030024)

1 工程概況

太原市某地下車庫，地下1層，建筑物采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，平面呈矩形。建筑物總高8．7 m，±0．00高程為786．65 m，室外標(biāo)高為－1．050 m，地基采用天然地基，基礎(chǔ)采用梁式筏板基礎(chǔ)，基底標(biāo)高－10．170 m。地下水位較高，地下水位在2．7 m～2．8 m之間，基坑支護(hù)采用鋼筋混凝土灌注樁+內(nèi)鋼支撐。降水工程采用深井降水。

施工中設(shè)置一臺5013型自升式塔式起重機(jī)，為了提高塔吊的利用率(土方開挖、鋼支撐施工時使用塔吊)，加快施工進(jìn)度，塔吊基礎(chǔ)采用格構(gòu)式塔吊基礎(chǔ)。

2 設(shè)計依據(jù)

GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006年版);GB 50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范;JGJ94-2008建筑樁基技術(shù)規(guī)范;JGJ/T 187-2009塔式起重機(jī)混凝土基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程;工程巖土工程勘察報告。5013自升式塔式起重機(jī)說明書。

3 計算參數(shù)

1)5013塔吊，在標(biāo)準(zhǔn)高度非工作狀態(tài)下，作用于基礎(chǔ)頂面的作用力為:垂直力V=430 kN，力矩M=1 910 kN·m，水平力H=85 kN。要求基礎(chǔ)承載力200 kPa。2)塔吊基礎(chǔ)設(shè)計尺寸為長4m×寬4m×厚1．25 m，C30混凝土，塔基基礎(chǔ)頂標(biāo)高－2．82 m(見圖1)。3)塔吊承臺下布設(shè)4根格構(gòu)柱，格構(gòu)柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L100×12，綴板采用360×250×10，間距650 mm。格構(gòu)柱凈長6．00 mm，格構(gòu)柱錨入灌注樁內(nèi) 2 400 mm，錨入塔吊基礎(chǔ)內(nèi)700 mm。4)格構(gòu)柱下設(shè)鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，樁徑800 mm，樁頂標(biāo)高 －10．07 m，樁長23．00m，樁距取2．40m。灌注樁縱筋為HRB335級16Φ18，全長貫通，周邊均勻配置，螺旋箍筋在格構(gòu)柱插入部位為φ8@100，其余φ8@200。加強(qiáng)筋為HRB335級Φ16@2 000。5)地質(zhì)狀況。根據(jù)該工程巖土工程勘察報告，地質(zhì)狀況見表1。

表1 工程地質(zhì)狀況

4 格構(gòu)柱驗(yàn)算

1)塔吊基礎(chǔ)自重:G=4m×4m×1．25m×25 kN/m3=500 kN。

2)格構(gòu)柱、基礎(chǔ)承臺所承受的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為:ωk=0．8βzμsμzω0=0．8 × 1．85 × 1．75 × 0．84 × 0．4 kN/m2=0．87 kN/m2。

圖1 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計尺寸

3)格構(gòu)柱、基礎(chǔ)承臺所承受的風(fēng)荷載產(chǎn)生水平力、對格構(gòu)柱產(chǎn)生的彎矩分別為:

當(dāng)塔身沿塔基軸線方向傾覆時:

當(dāng)塔身沿塔基對角線方向傾覆時:

4)當(dāng)塔身沿塔基軸線方向傾覆時，以塔基底面為受力分析對象，受力簡圖如圖2所示。

M風(fēng)+M+V ×1．2m+G ×1．2m －2Fb×2．4m+H ×7．25m=0(以A為基點(diǎn))。

得 Fa= －305 kN，F(xiàn)b=770 kN。

5)當(dāng)塔身沿塔基對角線方向傾覆時，豎向力V，G對格構(gòu)柱產(chǎn)生的壓力為F=(V+G)/4=(430 kN+500 kN)/4=232．5 kN。H，M對樁產(chǎn)生的力受力簡圖如圖3所示。

圖2 沿軸線傾覆受力簡圖

圖3 沿對角線傾覆受力簡圖

則:

F1+F2=0。

F1×1．697－F2×1．697+M風(fēng)+M+7．25 m ×H=0(以 C 為基點(diǎn))。

F1=766．8 kN，F(xiàn)2= －766．8 kN。

則樁Fa，F(xiàn)b受力為:

6)格構(gòu)柱整體穩(wěn)定性驗(yàn)算:

格構(gòu)柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L10×12，綴板采用360×250×10，間距按650 mm。

格構(gòu)柱長度L按6 m考慮。

則 λx=L/i=600/17．36=34．56。

λ1=40/1．95=20．51。

則格構(gòu)式軸心受壓構(gòu)件 λ0x= √(34．562+20．512)=40．19，查表得:

最大承載力 N=φfA=0．899×9 120×210=1 721．76 kN ＞1 352．52 kN(可以滿足設(shè)計要求)。

7)格構(gòu)柱分肢長細(xì)比驗(yàn)算:

可以滿足要求。

8)格構(gòu)柱綴件所受剪力:

9)綴板所受彎矩和剪力為:

5 灌注樁承載力驗(yàn)算

根據(jù)地質(zhì)勘察報告，采用鉆孔灌注樁時，樁側(cè)阻力、端阻力特征值見表2。

表2 樁側(cè)阻力、端阻力特征值

樁頂標(biāo)高擬定于－10．17 m，相對于自然地坪約－9 m。

5．1 灌注樁受壓豎向極限承載力驗(yàn)算

樁徑800 mm，樁長23 m，單樁豎向抗壓承載力特征值為:

Quk=u∑qsikli+apskAp=3．14×0．8×(13×1．4+26×13+8．6 ×31)+3．14 ×0．4 ×0．4 ×325=2．512 × (18．2+338+266．6)+163．28=1 564．5+163．28=1 727．8 kN≥1 352．52 kN(可以滿足設(shè)計要求)。

5．2 灌注樁抗拔豎向極限承載力驗(yàn)算

Tuk=up=3．14×0．8×(13×1．4×0．6+26×13×0．6+8．6 ×31 ×0．75)=1 039．14 kN≥841．02 kN(可以滿足設(shè)計要求)。

5．3 灌注樁抗拔正截面受拉承載力驗(yàn)算

灌注樁配筋為HRB335級鋼筋混凝土16Φ18。

γ0Nd≤fyAy。

γ0Nd=1 × 841．02=841．02 kN ＜ fyAy=300 N/mm2×4 069．44 mm2=1 220．83 kN，滿足要求。

6 承臺計算

角樁軸線位于塔機(jī)塔身柱的沖切破壞錐體以內(nèi)，且承臺高度符合構(gòu)造要求，不進(jìn)行承臺角柱沖切的承載力驗(yàn)算。

沿塔吊基礎(chǔ)對角線設(shè)暗梁(見圖5)，暗梁配筋計算:暗梁截面800 mm×1 250 mm，混凝土強(qiáng)度為C30，鋼筋采用HRB335，混凝土保護(hù)層厚度30 mm。

計算簡圖見圖4。

圖4 暗梁計算簡圖

圖5 塔吊基礎(chǔ)對角線剖面圖

塔機(jī)對角線上立桿的荷載設(shè)計值:

6．1 受彎計算

A，B支座反力為:

最大彎矩在截面2位置:

彎矩設(shè)計值 M2=946．67 ×0．565=534．868 kN·m。

6．2 配筋計算(fcm彎曲抗壓設(shè)計強(qiáng)度16．5 N/mm2)

查表得 γs=0．985 8。

按單筋截面計算。

配 6Φ22 鋼筋 As=2 281 mm2＞1 519．81 mm2。

6．3 抗剪計算

最大剪力在B支座截面，剪力設(shè)計值V=946．67 kN。

ft=混凝土軸心抗拉強(qiáng)度1．5 N/mm2。

混凝土受剪承載力:

式中計算截面的剪跨比:λ =a/h0=0．565/1．19=0．474 ＜1．5，取 λ =1．5。

箍筋按構(gòu)造要求配置，φ8@200(四肢箍)。

則暗梁配筋為:頂部鋼筋為6Φ22，受力鋼筋為6Φ22，箍筋為φ8@200(四肢箍)。

承臺上下均配鋼筋網(wǎng)，Φ20雙向@165。豎向架立鋼筋φ14@495。

7 塔吊基礎(chǔ)說明

1)5013塔吊基礎(chǔ)尺寸為長4 m×寬4 m×厚1．25 m，C30混凝土，塔基基礎(chǔ)頂標(biāo)高－2．82 m，沿基礎(chǔ)對角線方向配置800×1 250暗梁，暗梁上部配6Φ22鋼筋，下配6Φ22鋼筋，箍筋 φ8@200(四肢箍)。承臺上下均配鋼筋網(wǎng)，Φ20雙向@165，豎向架立鋼筋φ14@495。

2)塔吊承臺下布設(shè)4根格構(gòu)柱，格構(gòu)柱截面尺寸為400 mm×400 mm，4L100×12，綴板采用360×250×10，間距650 mm。格構(gòu)柱凈長600 mm，格構(gòu)柱錨入灌注樁內(nèi)2 400 mm(并與灌注樁主筋焊接)，錨入塔吊基礎(chǔ)內(nèi)700 mm。

格構(gòu)柱間設(shè)水平撐及剪刀撐，均采用L100×12角鋼，焊縫不得小于6 mm。

格構(gòu)柱伸入工程承臺內(nèi)部時應(yīng)設(shè)止水鋼板，底部內(nèi)封閉。

3)格構(gòu)柱下設(shè)鋼筋混凝土灌注樁，C30混凝土，樁徑800 mm，樁頂標(biāo)高為 －10．07 m，樁長23．00 m，樁距取為 2．40 m。灌注樁縱筋為HRB335級16Φ18，全長貫通周邊均勻配置，螺旋箍筋在格構(gòu)柱插入部位為φ8@100，其余φ8@200。加強(qiáng)筋為HRB335級Φ16@2 000。

4)土方開挖過程中應(yīng)保護(hù)好組合式基礎(chǔ)的格構(gòu)式鋼柱，土方開挖至－10．27時，應(yīng)立即澆筑200 mm厚C15混凝土墊層(并摻入早強(qiáng)劑)，平面尺寸及位置同承臺基礎(chǔ)。