塔吊基礎設計專項方案－高層建筑專項施工規范、規程
[ 關鍵詞：塔吊基礎 發表日期：2012-07-29 09:30:03 ]
一、塔吊基礎設計參考規范、規程
1）《建筑制圖規范》GB/T50001-2001
2）《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2001）。
3）《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）；
4）《混凝土結構設計規范》（GB 50010-2010）；
5）《鋼結構設計規范》（GB 50017-2003）；
6）《巖土工程勘察規范》 （GB50021-2001）
7）《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》（GB50202-2002）
8）《建筑邊坡工程技術規范》 GB50330-2002
9）《建筑地基處理技術規范》 （JGJ79-2002）；
10）《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）；
11）《建筑基坑支護技術規程》 JGJ120-99 12）《塔式起重機混凝土基礎工程技術規程》（JGJ/T 187-2009）；
二、塔吊基礎的類型
塔吊基礎形式應根據工程地質、荷載大小與塔吊穩定性要求、現場條件、技術經濟指標，并結合塔吊廠商提供的《塔吊使用說明書》要求確定。 目前塔吊基礎的結構類型主要有天然板式基礎、樁基礎（包括四樁、三樁、單樁基礎）、十字交叉梁樁式基礎、十字交叉梁板式基礎、組合基礎（由砼承臺或型鋼平臺、格構式鋼柱或鋼管柱及灌注樁或鋼管樁等組成）。 1 - 1 格 構 式 鋼 柱 截 面 1 灌 注 樁混 凝 土 承 臺塔 機 1 格 構 式 鋼 柱組合式基礎 m i n m a x 十字交叉式基礎 板式基礎 1 1 暗 梁 A L 板式暗梁基礎
三、塔吊基礎的設計原則
3.1 地基基礎的設計等級劃分 設計等級 建筑和地基類型 甲級 重要的工業與民用建筑物 30層以上的高層建筑 體型復雜，層數相差超過10層的高低層連成一體建筑物 大面積的多層地下建筑物(如地下車庫，商場.運動場等) 對地基變形有特殊要求的建筑物 復雜地質條件下的坡上建筑物(包括高邊坡) 對原有工程影響較大的新建建筑物 場地和地基條件復雜的一般建筑物 位于復雜地質條件及軟土地區的二層及二層以上地下室的基坑工程 乙級 除甲級，丙級以外的工業與民用建筑物 丙級 場地和地基條件簡單，荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物；次要的輕型建筑物
3.2 地基基礎設計原則
1 .所有建筑物的地基計算均應滿足承載力計算的有關規定；
2 .設計等級為甲級、乙級的建筑物，均應按地基變形規定；
3. 《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2002）中表3.0.2所列范圍內設計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算，如有下列情況之一時，仍應作變形驗算：
1）地基承載力特征值小于130kpa，且體型復雜的建筑；
2）在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大，可能引起地基產生過大的不均勻沉降時； 3)軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時；
4)相鄰建筑距離過近，可能發生傾斜時；
5)地基內有厚度較大或厚薄不均的填土，其自重固結未完成時。
4.對經常受水平荷載作用的高層建筑、高聳結構和擋土墻等，以及建造在斜坡上或邊坡附近的建筑物和構筑物，尚應驗算其穩定性；
5.基坑工程應進行穩定驗算；
6.當地下水埋藏較淺，建筑地下室或地下構筑物存在上浮問題時，應進行抗浮驗算。
3.3 地基基礎設計步驟
由于影響地基基礎設計的因素較多，一般是先假設后計算，往往需要反復幾次才能完成，一般步驟如下：
1）選擇地基基礎方案，確定基礎類型（包括材料和平面布置方式）；
2）確定基礎埋置深度和地基承載力特征值、單樁承載力特征值；
3）根據地基承載力特征值計算基礎底面尺寸；（樁基礎：根據單裝承載力特征值確定樁位布置及基礎底面尺寸）
4）根據需要進行變形驗算；
5）進行基礎的結構設計；
6）繪制基礎施工詳圖、提出施工說明；
3.4地基基礎設計時，所采用的荷載效應最不利組合與相應的抗力限值規定
1）按地基承載力確定基礎底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數時，傳至基礎或承臺底面上的荷載應應按正常使用極限狀態下荷載效應的標準組合。相應的抗力應采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值。
2）計算地基變形時，傳至基礎底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態下荷載效應的準永久組合，不應計入風荷載和地震作用，相應的限值應為地基變形允許值。
3）計算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩定及穩定及滑坡推力時，荷載效應應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，但其分項系數均為1.0。
4）在確定基礎或樁臺高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應組合和相應的基底反力，應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，采用相應的分項系數。 當需要驗算基礎裂縫寬度時，應按正常使用極限狀態荷載效應標準組合。
5）基礎設計安全等級、結構設計使用年限、結構重要性系數應按有關規范的規定采用，但結構重要性系數γ0不應小于1.0。 2）由永久荷載效應控制的組合 ： 注：1 基本組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 2 當對SQ1K無法明顯判斷時，輪次以各可變荷載效應為SQ1K，選其中最不利的荷載效應組合。 1）由可變荷載效應控制的組合： 式中 γ G——永久荷載的分項系數； γ Qi——第i個可變荷載的分項系數，其中γ Q1為可變荷載Q1的分項系數； SGK——按永久荷載標準值Gk計算的荷載效應值； SQik——按可變荷載標準值Qik計算的荷載效應值，其中SQ1k為諸可變荷載效應中起控制作用者； Ψci——可變荷載Qi的組合值系數，應分別按各章的規定采用； n——參與組合的可變荷載數。
四、荷載組合
4.1承載能力極限限狀態荷載組合（《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2001）） 2）對于準永久組合，荷載效應組合的設計值S可按下式采用： 式中：Ψqi——可變荷載Qi的準永久值系數，應按各章的規定采用。 注：組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。 1)對于標準組合，荷載效應組合的設計值S應按下式采用： 注：組合中的設計值僅適用于荷載與荷載效應為線性的情況。
4.2正常使用極限狀態荷載組合（《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2001）） 地基承載力標準值、地基承載力設計值是87年版老規范的表述方式，特征值是 2002年版新規范的表述方式 。
1）地基承載力標準值：在正常情況下，可能出現承載力最小值，系按標準方法試驗、直接查規范承載力表，也可根據承載力基本值乘以回歸修正系數即得。
2）地基承載力設計值：地基在保證穩定性的條件下，滿足建筑物基礎沉降要求的所能承受荷載的能力。可由塑性荷載直接，也可由極限荷載除以安全系數得到，或由地基承載力標準值經過基礎寬度和埋深修正后確定。
3）地基承載力的特征值fak：正常使用極限狀態計算時的地基承載力。即在發揮正常使用功能時地基所允許采用抗力的設計值。它是以概率理論為基礎，也是在保證地基穩定的條件下，使建筑物基礎沉降計算值不超過允許值的地基承載力。
4）修正后的地基承載力特征值fa：考慮了影響承載力的各項因素后，由地基承載力特征值經過基礎寬度和埋深修正后確定，最終采用的相應于正常使用極限狀態下的設計值的地基允許承載力。 簡而言之：“特征值”則為允許值，安全系數已包括在內,采用正常使用極限狀態組合；若為“標準值”，則為極限值，應考慮相應的抗力分項系數，采用承載能力力極限組合。目前設計院習慣性提供標準值，大家一定要注意。
五、主要名詞解釋
5.1承載力標準值、設計值、特征值 及修正后特征值的理解
一、根據工程地質和水文地質條件確定 1）天然地基型，有軟弱下臥層時，持力層得厚度需大于基礎底寬的1/4（十字交叉型為對角線長度），其最小厚度應大于1~2m； 2）持力層在水平向的土性還應均勻，特別是選用移動式塔吊需注意此點； 3）基礎宜埋置在地下水位以上，當必須埋在地下水位以下時，應采取地基土在施工時不受擾動的措施。 4）當持力層為粘性土等隔水層，而其下 有承壓水時，需驗算隔水層土的自重壓力 應大于承壓水的水壓力，以避免出現持力 層被承壓水沖壞。
二、作用在地基上的荷載大小和性質 （抗滑移等計算）
三、相鄰建筑物的基礎埋深；
四、地基土凍脹和融陷的影響。 1）基礎埋深一般大于凍土深度，同時需計算凍脹力作用 六、基礎埋置深度的確定 7.1承載力計算 七、天然地基基礎地基計算 2）雙向小偏心荷載作用（e≤b/6）： 3）單向大偏心荷載作用時（b/6＜e≤b/4）： a k k k f A G F p 3 k m a x k k k k a k k k f la G F p 2 . 1 3 ) ( 2 max a y yvk yk x xvk xk k k k k f W h F M W h F M A G F p 2 . 1 max min 注：負值區域不得大于基地寬度的1/4; 式中：fa—修正后的地基承載力特征值； Gk—基礎自重和基礎上部至地面的其他荷載；（標準值） A—基礎地面面積，A=b*l； Fk,Fvk,Mvk,Tk—塔吊的最用在基礎上的荷載；（標準值） e—偏心距，（ Mvk + Fvk*h ）/(Fk+Gk)； 注：根據地下水位標高，Gk需按浮容重考慮； 大偏心基地壓力計算圖 基礎荷載 小偏心基地壓力計算圖 1）軸心荷載作用： 7.2軟弱下臥層承載力計算
七、天然地基基礎地基計算
1）名詞解釋 軟弱下臥層：在地基受力范圍內，持力層下有承載力明顯低于持力層得土層。 2）驗算公式：Pz+Pcz≤faz 式中：Pz--相應于荷載效應標準組合時，軟弱下臥層頂面處的附加壓力值； Pcz---軟臥下臥層頂面處土的自重壓力值； faz---軟臥下臥層頂面處經深度修正后地基承載力特征值。 3）Pz值的計算 矩形截面：Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztanθ )(l+2ztanθ ) 式中：l、b--矩形基礎的兩邊； Pc--基礎底面處土的自重壓力值（如有）； θ --地基壓力擴散線角，可按下表。 Es1/Es2 Z=0.25 b Z≥0.5b 3 6° 23° 5 10° 25° 10 20° 30° 注：1.Es1為上層土壓縮模量；Es2為下層土壓縮模量； 2.z/b<0.25時取θ =0°，必要時，宜由試驗確定； z/b>0.50時θ 值不變。 擴散角法計算土中附加應力示意圖 7.3修正后的地基承載力特征值
七、天然地基基礎地基計算
1）當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，地基承載力修正公式： fa=fak+η bγ (b-3)+η dγ m(d-0.5) 式中：fak--地基承載力特征值； η b、η d--基礎寬度和埋深的地基承載力修正系數，按基底下土的類別查《建筑地基基礎設計規范》GB 50007-2002表5.2.4取值； γ --基礎底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； b--基礎底面寬度(m)，當基寬小于3m按 3m取值，大于6m按6m取值； γ m--基礎底面以上土的加權平均重度，地下水位以下取浮重度； d--基礎埋置深度(m)， 土面開始計。 1）地基變形特征： a）沉降量 b）沉降差（行走式塔吊） c）傾斜（獨立塔吊） d）局部傾斜。
八、天然地基變形計算
2）建議： 1、由于獨立式塔吊的特性，以及地質勘探的性質，一般情況下吊車基礎下不會出現不均勻土層，無需進行沉降計算，但需把好基礎設置、承載力計算、地基處理等相關工作。 2、對行走式塔吊，建議使用鋼梁形式，便于出現不均勻沉降后可進行調整。
九、天然地基基礎穩定性計算
1）當塔吊基礎底標高接近邊坡底或基坑底部，并符合下列要求之一時，可不作地基穩定性驗算。 a）a不小于2.0m，c不大于1.0m，fak不小于130kN/m2，且地基持力層下無軟弱下臥層； b）采用樁基礎。 a b c d h β 基礎位于邊坡的示意 九、天然地基基礎配筋計算 9.1抗沖切計算 F l ≤0.7β hp f t a m h 0 a m =(a t +a b )/2 F l =p j A l 式中：β hp ---受沖切承載力截面高度影響系數，當h不大于800mm時，β hp取1.0.當h大于等于2000mm時，β hp取0.9，其間按線性內插法取用； f t ---混凝土軸心抗拉強度設計值； h 0 ---基礎沖切破壞錐體的有效高度； am---沖切破壞錐體最不利一側計算長度； at---沖切破壞錐體最不利一側斜截面的上邊長，當計算柱與基礎交接處的受沖切承載力時，取柱寬；當計算基礎變階處的受沖切承載力時，取上階寬； a b ---沖切破壞錐體最不利一側斜截面在基礎底面積范圍內的下邊長，當沖切破壞錐體的底面落在基礎底面以內(圖a、b)。當沖切破壞錐體的底面在l方向落在基礎底面以外(圖c)， a b =l； p j ---扣除基礎自重及其上土重后相應于荷載效應基本組合時的地基土單位面積凈反力，對偏心受壓基礎可取基礎邊緣處最大地基土單位面積凈反力； A l ---沖切驗算時取用的部分基底面積(圖a、 b中的陰影面積ABCDEF，或圖c中的陰影面積 ABCD)； F l ---相應于荷載效應基本組合時作用在A l 上的地基土凈反力設計值。
九、天然地基基礎配筋計算
9.2抗彎計算 m i n m a x 十字型基礎基底壓力示意圖 板式基礎基底壓力示意圖 M Ⅰ =1/12a 2 1 [(2l+a')(p max +p-2G/A)+(p max -p)l] M Ⅱ =1/48(l-a') 2 (2b+b')(p max +p min -2G/A) 式中： p max ,p min --相應于荷載效應基本組合時的基礎底面邊緣最大和最小地基反力設計值； a1--任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底邊緣最大反力處的距離； p--相應于荷載效應基本組合時在任意截面Ⅰ-Ⅰ 處基礎底面地基反力設計值（塔吊柱腳處）； G--考慮荷載分項系數的基礎自重及其上的土自重；當組合值由永久荷載控制時，G=1.35Gk,Gk為基礎及其上土的標準自重。 9.3抗彎配筋計算 2 1 0 s c M f b h 計算公式： 1 1 2 s 1 / 2 s 0 s s y M A h f 最小配筋率：0.15%；
九、天然地基基礎配筋計算
9.4 出圖 1）基礎尺寸：寬度×長度×高度，一般基礎尺寸應為正方形基礎； 2）基礎埋置深度； 3）混凝土標號及鋼筋級別； 4）墊層厚度及墊層標號；（一般情況下基礎砼強度不低于C25，根據安規要求砼強度不低于C30； ） 5）基礎配筋圖（鋼筋直徑、級別、間距及形式）； 6）地腳螺栓型號、預埋件設置及接地要求按《塔吊基礎說明書》采用。 注：制圖需滿足《建筑制圖規范》（GB/T50001-2001）的標準； 10.1承載力計算 十、樁基基礎地基計算 2）雙向偏心荷載作用（水平荷載引起的彎矩也要考慮）： Qik=Fk+G k /n±M xkyi /∑y 2 i±M ykxi /∑x 2 i<1.2Ra 3）水平力作用下：Hik=Hk/n