建設(shè)工程塔吊基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性及抗風研究

李秀麗

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

太原市某綜合服務(wù)大樓約30萬m2的工程，布局為“回”字形。長200 m，寬150 m，高38 m，地下3層，地上10層。施工面積大，基挖深，存在一定困難。工程內(nèi)塔機安裝如用汽車起重機，需要1 000 t，費用相當高。塔機群作業(yè)有干涉現(xiàn)象，必須分四個空間層面。工程外塔機需安裝在±0左右，不得安裝在基坑槽底。一是基坑深、護坡大，沒有位置;二是工程造價高，這樣塔機基礎(chǔ)承臺下鋼筋混凝土需懸空。

太原受西伯利亞冷空氣控制在冬春節(jié)風影響，年極端最大風速為25 m/s，對于建筑工程中塔吊起重設(shè)備有一定的影響，在工程使用中需要進行一定的驗算，以避免造成不必要的經(jīng)濟損失。

1 風荷載的計算

根據(jù)業(yè)主單位提供的風級風速換算表(見表1)及《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》［1］中的4.4.1條確定風荷載的大小。

表1 風級風速換算表

《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》中的4.4.1條規(guī)定，結(jié)構(gòu)物受到風的作用下的風荷載強度可按下式計算:

其中，W為風荷載強度，Pa;W0為基本風壓值，Pa;K1為風載體形系數(shù);K2為風壓高度變化系數(shù);K3為地形、地理條件系數(shù)。

針對本工程場地實際特點，取 K1=1.4，K2=1.0，K3=1.0。取風級8下的風速為18 m/s，風級9下的風速為22 m/s，風級10下的風速為26 m/s，風級11下的風速為30 m/s。計算得塔吊每延米的荷載強度見表2。

表2 風級與風荷載強度大小

2 塔吊整體穩(wěn)定性驗算

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及相關(guān)單位提供的資料，C6010塔吊高度為20 m，有效臂長12.5 m。塔吊基礎(chǔ)為鋼筋混凝土承臺及混凝土灌注樁，承臺尺寸為5 500 mm×5 500 mm×1 350 mm，混凝土灌注樁為5φ700 mm，具體塔吊平面示意圖及基礎(chǔ)平面見圖1，圖2。作用在塔吊基礎(chǔ)上的荷載為47.6 t，鋼筋混凝土基礎(chǔ)承受的壓力設(shè)計值N0=3 200 kN。

其中，N1為塔機對3號灌注樁產(chǎn)生的壓力;N2為M對3號灌注樁產(chǎn)生的壓力;N3為混凝土承臺對3號灌注樁產(chǎn)生的壓力。

圖1 塔吊平面示意圖

圖2 基礎(chǔ)平面示意圖

其中，h為混凝土基礎(chǔ)的高度;b為混凝土基礎(chǔ)的寬度;r為混凝土密度，r=2.4 t/m2。

即 N=9.52+124.4+98.01=231.93=2 319.3 kN。

N＜N0，所以整體穩(wěn)定?；A(chǔ)抗傾覆驗算如下:

當作用在塔吊上的風荷載為10級時，塔吊受到傾覆力矩為:

其中，P1為塔吊所吊重物的重量，按6 t計;L1為重物距離塔吊形心的距離。塔吊受到抗傾覆力矩為:

所以塔吊不會傾覆。

3 鋼筋混凝土灌注樁裸露剛度校核

參考《建筑結(jié)構(gòu)》［2］一書計算受壓構(gòu)件正截面承載力。

樁基灌注樁為 5根 φ700的圓柱，每根樁內(nèi)設(shè)鋼筋為16-φ16 mm。受壓構(gòu)件正截面承載力按下式計算:

其中，N為設(shè)計軸向力;φ為鋼筋混凝土受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù);fc為混凝土抗壓強度值，由表3可查，fc=9.6 N/mm2;A為構(gòu)件截面面積;fy'為縱向鋼筋的抗壓設(shè)計強度，取fy'=170 N/mm2;As'為全部縱向鋼筋的截面面積。

實際工程中使用的混凝土為C30，而計算中為保證混凝土中的土雜質(zhì)不影響其強度質(zhì)量，用C20計算，取值C20=9.6 N/mm2。

表3 混凝土強度設(shè)計值 N/mm2

由公式:N≤0.9φ(fcA+fy'As')得:φ≥N/0.9(fcA+fy'As')=1 349.4/［0.9 ×(9.6 ×3.14 ×3502+170 × 16 × 3.14 × 82)］=0.354。

φ=0.354小于根據(jù)長細比l0/d=10 000/700=14.29得出的φ=0.75(見表4)，所以混凝土樁裸露處剛度滿足要求。

4 鋼筋混凝土灌注樁強度校核

根據(jù)長細比 l0/d=10 000/700=14.29，由表4查得 φ =0.75。

得出鋼筋混凝土單個樁的承載力為286.15 t，且在由上至下挖基坑的同時進行抱箍作業(yè)，更加保證了樁基混凝土灌注樁的安全性(抱箍方式見塔機基礎(chǔ)技術(shù)資料)。

表4 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

即N=2 861.495＜N0=3 200 kN，所以鋼筋混凝土樁強度滿足要求。

5 結(jié)語

經(jīng)驗算塔吊在受到風荷載及重物作用基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性滿足工程要求，特殊要求下承臺及基礎(chǔ)的混凝土灌注樁裸露剛度及強度也滿足設(shè)計要求，并且在工程的實施中也證明了這一點，通過對建設(shè)工程塔吊基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性及抗風的研究，為工程的順利進行提供有力的保障。

［1］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范［S］.

［2］熊丹安，程志勇.建筑結(jié)構(gòu)［M］.廣州:華南理工大學出版社，2011.