塔機(jī)鋼平臺基礎(chǔ)的設(shè)計應(yīng)用及施工工藝

劉志陽，王開發(fā)，孫齊超，金久富，才 冰

(1.撫順永茂建筑機(jī)械有限公司，遼寧 撫順 113000；2.中核華興達(dá)豐機(jī)械工程有限公司，上海 200331)

隨著基建項目的難度和城市空間利用率的提升，一些項目不得不選擇在空間狹小，且無法進(jìn)行樁基施工的場地進(jìn)行基建，對于一些無法制作板式基礎(chǔ)或者樁基的項目，鋼平臺基礎(chǔ)則成為大多項目考慮的方案，比如地鐵上方的建筑施工等。此時就需要借助鋼平臺基礎(chǔ)來滿足塔機(jī)的安裝與使用。本文以若干個項目中使用的鋼平臺基礎(chǔ)為例，對鋼平臺基礎(chǔ)在設(shè)計與施工中應(yīng)注意的問題進(jìn)行匯總；同時根據(jù)項目特點(diǎn)，對鋼平臺基礎(chǔ)的布置進(jìn)行分析?；诖?，將鋼平臺基礎(chǔ)應(yīng)用于現(xiàn)場，對鋼平臺基礎(chǔ)的制作過程中的關(guān)鍵施工工藝做出論述，為相類似項目中鋼平臺基礎(chǔ)的設(shè)計與施工提供一定的理論基礎(chǔ)與實踐經(jīng)驗。

1 鋼平臺基礎(chǔ)布置形式

鋼平臺基礎(chǔ)一般由鋼梁組合制作而成。根據(jù)現(xiàn)場場地的特點(diǎn)，主要分為井字型箱梁鋼平臺基礎(chǔ)、直角三角形箱梁鋼平臺基礎(chǔ)以及型鋼組合基礎(chǔ)。

井字型箱梁鋼平臺基礎(chǔ)與三角型箱梁鋼平臺基礎(chǔ)均由4 根鋼箱梁組成（圖1）。2 根鋼箱梁搭在建筑結(jié)構(gòu)上，剩余2 根則搭在前2 根鋼箱梁上，為塔機(jī)錨腳提供固定的空間。而型鋼的強(qiáng)度相較于箱梁較弱，因此型鋼組合基礎(chǔ)一般適用于小型塔機(jī)。

圖1 鋼平臺基礎(chǔ)組合形式

3 種基礎(chǔ)布置形式可采用不同的連接方式固定在建筑結(jié)構(gòu)上，目前大多采用埋件、鋼牛腿-埋件以及直接焊接的形式。若施工現(xiàn)場可提供預(yù)埋位置，則可以采用埋件或者埋件-牛腿的形式。若現(xiàn)場無法滿足預(yù)埋，則需要重新考慮鋼梁端部與建筑結(jié)構(gòu)的連接方式。當(dāng)現(xiàn)場為鋼柱時，可根據(jù)鋼柱的截面形狀設(shè)計鋼梁端部（圖2）。

圖2 鋼梁端部與建筑連接形式

圖2 中與鋼梁端部相連接的為鋼柱，且根據(jù)鋼平臺基礎(chǔ)的布置形式，鋼梁端部與鋼柱的焊接形式不同。若鋼梁的布置形式剛好與鋼柱垂直，則可以直接焊接，將鋼梁與鋼柱連接在一起；若鋼梁的布置與鋼柱不垂直，則需要根據(jù)鋼梁與鋼柱的角度來設(shè)計鋼梁的端部，此種形式的鋼梁端部采用V 形設(shè)計，與鋼柱三面焊接。

2 錨腳固定與載荷分析

對于鋼平臺基礎(chǔ)的塔機(jī)錨腳，一般采用焊接錨腳和高強(qiáng)螺栓錨腳。當(dāng)采用焊接錨腳時，需注意以下問題：①鋼梁在焊接前，鋼梁的定位需按照塔機(jī)錨腳的定位尺寸進(jìn)行布置，避免鋼梁焊接后的中心距無法安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)；②在設(shè)計鋼梁時，基礎(chǔ)鋼梁除滿足塔機(jī)基礎(chǔ)載荷外，鋼梁的上表面還需提供足夠的錨腳焊接空間，避免焊接錨腳的焊縫面積不足（圖3）。

圖3 焊接錨腳及布置

當(dāng)鋼平臺基礎(chǔ)采用高強(qiáng)螺栓錨腳時，除以上注意事項以外，由于高強(qiáng)螺栓與鋼梁上表面連接，還需考慮如何安裝高強(qiáng)螺栓。針對此難點(diǎn)，可以考慮在安裝高強(qiáng)螺栓的箱梁中部開孔。開孔的大小只需滿足高強(qiáng)螺栓的安裝與拆卸空間即可，不宜過大，過大則會損壞鋼梁的強(qiáng)度。

高強(qiáng)螺栓的大小根據(jù)塔機(jī)每個錨腳所受最大載荷來確定，即抗剪與拉壓。當(dāng)采用鋼平臺基礎(chǔ)時，塔機(jī)每個錨腳的受力可按照以下計算方法進(jìn)行計算。計算工況一共有兩大類，一是起重臂平行或者垂直于基礎(chǔ)鋼梁，二是起重臂與基礎(chǔ)鋼梁呈45°角時，共計8 種工況，以井字形鋼平臺基礎(chǔ)為例，如圖4 所示。

圖4 鋼平臺基礎(chǔ)工況分析

以工況1 為例，當(dāng)起重臂平行于基礎(chǔ)橫向鋼梁指向工況1 時：錨腳A與D受壓，錨腳B與C受拉，可得

當(dāng)起重臂指向工況2 時，傾覆力矩繞AC軸作用，此時錨腳D承受壓力，錨腳B點(diǎn)承受拉力，錨腳A點(diǎn)與D點(diǎn)承擔(dān)塔機(jī)1/4 的重量，可得：

式中：FA為錨腳A處的拉壓力；G為塔機(jī)重量；M為塔機(jī)傾覆力矩；LAB為錨腳A和錨腳B的中心距；V為每個錨腳所受水平力；FV為塔機(jī)所受水平力；

同理可得其他6 種工況下錨腳的載荷，可對錨腳上的焊縫或者連接高強(qiáng)螺栓進(jìn)行設(shè)計與復(fù)核。從上述公式中可以得出，起重臂在朝向錨腳對角線時，鋼平臺基礎(chǔ)受力最大。

3 鋼平臺基礎(chǔ)的設(shè)計搭建

鋼平臺基礎(chǔ)由箱梁組合而成，根據(jù)塔機(jī)4 個錨腳處的載荷，可以對鋼平臺基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計與搭建。鋼平臺基礎(chǔ)的箱梁強(qiáng)度與剛度需滿足錨腳處的載荷，對于箱梁的計算校核，一般采用有限元分析的方法。根據(jù)現(xiàn)場實際場地，布置4 根箱梁的搭接形式，隨后建立有限元分析模型，對整個鋼平臺基礎(chǔ)進(jìn)行受力分析，強(qiáng)度分析如圖5 所示。

圖5 鋼平臺基礎(chǔ)有限元分析

為保證各種工況下鋼平臺基礎(chǔ)的安全使用，分析應(yīng)綜合考慮以上8 種工況，取8 種工況中應(yīng)力與變形量的最大值來設(shè)計箱梁的截面尺寸。

在鋼平臺基礎(chǔ)搭建時，鋼梁端部與埋件或者牛腿面板的連接采用角焊縫連接，下層鋼梁與上層鋼梁的連接同樣采用角焊縫連接，考慮到連接處會產(chǎn)生扭矩及水平剪力，對焊縫造成不利影響，此時連接處可采用兩側(cè)焊接加筋板的形式抵消扭矩及水平剪力的影響，增加鋼平臺基礎(chǔ)連接處的安全性?，F(xiàn)場施工如圖6 所示。

圖6 鋼平臺基礎(chǔ)連接處加筋板

4 發(fā)展方向展望

隨著目前模塊化、輕量化及綠色環(huán)保施工理念的深入，今后鋼平臺基礎(chǔ)的發(fā)展方向可從以下3 個方面入手：①采用模塊化的鋼平臺基礎(chǔ)，即根據(jù)塔機(jī)的噸位，就可以快速選擇合適的鋼平臺基礎(chǔ)，避免選擇過大的鋼平臺基礎(chǔ)浪費(fèi)材料或者過小的鋼平臺基礎(chǔ)安全性不足；②鋼梁與鋼梁、建筑結(jié)構(gòu)的連接由原來的焊接轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚赃B接，現(xiàn)場施工可通過活性連接快速組裝或者拆卸鋼平臺基礎(chǔ)；③鋼平臺基礎(chǔ)的定位更加便捷，實現(xiàn)一次吊裝定位就可實現(xiàn)安裝塔機(jī)錨腳及標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的需求，極大的方便現(xiàn)場的施工。

5 結(jié)語

以若干個項目中鋼平臺基礎(chǔ)的應(yīng)用為例，對鋼平臺基礎(chǔ)應(yīng)用的條件進(jìn)行分析總結(jié)，在此基礎(chǔ)上對現(xiàn)階段鋼平臺基礎(chǔ)的布置形式、錨腳固定、載荷分析與鋼平臺基礎(chǔ)的設(shè)計搭建進(jìn)行詳細(xì)的描述，并對目前鋼平臺基礎(chǔ)現(xiàn)場施工及設(shè)計中存在的難點(diǎn)進(jìn)行探討和歸納，指出了鋼平臺基礎(chǔ)的未來發(fā)展方向，為其他類似項目中鋼平臺基礎(chǔ)的設(shè)計與施工提供了方法指導(dǎo)和實踐依據(jù)。