固定式塔式起重机基础设计及计算

一． 塔机桩基础及承台（基础）计算 1. 桩基竖向承载力计算 应同时满足下列两式： 平均竖向力标准值NK=

FKGK

n

R GKn

(M

HhKh)xmax

最大竖向力标准值 NKmax=FK



K

x

2j

1.2R

R——单桩竖向承载力特征值。 2桩身承载力（抗压）计算

N

c

fcAps

N——相应于荷载效应基本组合时,桩顶轴向压力设计值; Ψc——基桩成桩工艺系数，对干作业非挤土灌注桩取0.9,对泥浆护壁非挤土灌注桩取0.85；

fc Aps——桩身截面面积。 3.桩基抗拔承载力计算

NK

1

2

i

qsiKiliGp

式中 NK——按荷载效应标准组合计算时的基桩拔力； λi——抗拔系数；

qsik——桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值； μi——桩周周长； li——桩身长度；

Gp——基桩自重，地下水位以下取浮重力。

1

4.桩身承载力（抗拔）计算

NfyAs

N——荷载效应基本组合下桩顶轴向拉力设计值； fy——钢筋抗拉强度设计值； As——钢筋的截面面积。 5.桩基水平承载力计算

HiK

FhKn

Rh

Rh——单桩水平承载力特征值；

n——桩的根数。 6.承台受冲切承载力计算 7.承台受剪切承载力计算 8.承台受弯承载力计算 二.

塔机基础设计实例

1.

塔机资料

根据建筑物高度选用山东华夏集团

QTZ63

固定式塔式起重机,塔身截面主弦杆外形尺寸1.6m×1.6m，独立式起重高度40 m，最大工作幅度50m，最大幅度处额定起重量1.3t，塔机使用说明书提供的基础载荷表如下：

基础载荷表

2

KhKKn2.各土层厚度及物理指标（采用预制管桩）见下表

（二）塔机桩基础设计

4根预制管桩，选用PHC-AB500(100)型号，选用闭合桩尖，桩身混凝土强度C80。桩身纵向采用11根２级钢筋直径 10.7ｍｍ（Aｓ=988.6ｍｍ2），沿桩周均匀布置,箍筋φ8@80,桩长18ｍ,桩端进入持力层4-3层

粉细砂3ｍ,基础承台尺寸5.1ｍ×5.1ｍ×1.45ｍ，桩顶标高-11.75m，承台

顶标高-10.35m，桩中心距4.1ｍ，承台混凝土强度等级C30。基础平面及立面见下图二、三。

3

MK

FK

FhK

GK

图二: 基础平面

图

图三: 基础立面图

塔机在独立高度、在非工作工况受到暴风突袭时，基础所受的载荷最大，此状态最为不利，塔机使用说明书提供的基础载荷表即为此状态载荷数据，按此作为计算依据。

FK=431KN； GK=5.1×5.1×1.45×25=942.86KN； Fhk=80KN MK1=1353.6 +80×1.45=1469.6KN·ｍ。

1.桩基竖向承载力计算

先根据土的物理指标计算单桩竖向承载力特征值Ra： Ra=ψpqpaAp=0.85×3250×3.14×0.252=542.14KN 平均竖向力NK

=足要求。

MK作用于过塔身对角线的竖向平面时，桩顶竖向力最大，其值为 NKmax=

FKGK

n

(M

K

FKGK



431942.86

4

343.465KNRa542.14KN

，满

HhK)xmax

x

2j



431942.86

4



1353.61.62(1.6

2)

2

2

642.57KN

＜

1.2 Ra =1.2×542.14=650.568KN，满足要求。

2.桩身承载力（抗压）计算

N1.45642.57931.73KNcfcAps0.85143003.140.252385.42KN

2

4

桩身承载力（抗压）满足要求。 3.桩基抗拔承载力计算 桩基抗拔承载力=1iqsiKili

2

Gp

=1×0.8×54×0.5×3.14×

2

18+3.14×0.252×18×25=698.73KN NKmin =FK

GKn



(MKHhK)xmax

x

2j



431942.86

4



1353.61.62(1.6

2)

2

2

44.355KN

NKmin为负表示桩受向上的拔力，桩承受向上拔力44.355KN＜698.73KN，桩基抗拔承载力满足要求。

4.桩身承载力（抗拔）计算

N1.3544.35559.88KNfyAs300988.6296580N296.58KN

桩身（抗拔）承载力满足要求。 5.承台受冲切承载力计算

先计算荷载效应基本组合值和基桩净反力设计值，假设桩基荷载效应基本组合值为永久荷载效应控制，则 F=1.35FK=1.35×431=581.85KN 1461.6=1973.2KN·m

基桩最大净反力设计值和平均值分别为 Nmax=N=

Fn

M=1.35MK1=1.35×

Fn





Mxmax

x

4

2j



581.854



1973.21.62(1.6

2)

2

2

444.58KN

581.85

145.46KN

5

桩身承载力（抗压）满足要求。 3.桩基抗拔承载力计算 桩基抗拔承载力=1iqsiKili

2

Gp

=1×0.8×54×0.5×3.14×

2

18+3.14×0.252×18×25=698.73KN NKmin =FK

GKn



(MKHhK)xmax

x

2j



431942.86

4



1353.61.62(1.6

2)

2

2

44.355KN

NKmin为负表示桩受向上的拔力，桩承受向上拔力44.355KN＜698.73KN，桩基抗拔承载力满足要求。

4.桩身承载力（抗拔）计算

N1.3544.35559.88KNfyAs300988.6296580N296.58KN

桩身（抗拔）承载力满足要求。 5.承台受冲切承载力计算

先计算荷载效应基本组合值和基桩净反力设计值，假设桩基荷载效应基本组合值为永久荷载效应控制，则 F=1.35FK=1.35×431=581.85KN 1461.6=1973.2KN·m

基桩最大净反力设计值和平均值分别为 Nmax=N=

Fn

M=1.35MK1=1.35×

Fn





Mxmax

x

4

2j



581.854



1973.21.62(1.6

2)

2

2

444.58KN

581.85

145.46KN

5

I

图四: 桩基础等效平面图

（1）塔身弦杆边冲切

承台高1.45m，桩顶伸入承台50mm，承台有效高度为h0=1.45－0.05=1.4m，圆形桩等效为方桩（方桩边长=0.8×500=400mm）,见图四。

α

0x=

σ

0y=1.05m，

λ

0x=

α

0x/ho=

1.05/1.4=0.75，λ

0y=

α

0y/ho=

1.05/1.4=0.75

0x

0.84

0x0.2



0.840.750.2

0.88

0y

0.84

0y0.2



0.840.750.2

0.88

hp0.5

200014502000800

(10.5)0.95

Fl=581.85－0=581.85KN

2[0x(bc0y)0y(hc0x)]hpfth040.88(1.61.05)0.9512701.4

=18

705.6KN＞Fl=581.85KN，塔身弦杆边抗冲切满足要求。 （2）角桩向上冲切 C1=C2α

1y=α0y=1.05m,

λ

1y=λ0y=0.75,

1x

0.56

1x0.2



0.560.750.2

0.59

6

1y

0.56

1y0.2



0.560.750.2

0.59

[1x(C21y/2)1y(C11x/2)]hpfth0

20.59(0.71.05/2)0.9512701.4

=4531KN＞Nmax=444.58KN, 角桩向上抗冲切满足要求。 7.承台受剪切承载力计算

剪跨比与以上冲跨比相同，对图四中I — I斜截面有λx=λ0x= 0.75，剪切系数α

1.75

x1



1.750.751

1,hs(

8001250

)

1/4

0.87

)907.6KN

V=2(

Fn



Mxmax

x

2j

)2(

581.854



1973.21.641.6

2

＜hsftb0h0

力满足要求。

0.87112705.11.49182.4KN

，承台斜截面受剪切承载

8.承台受弯承载力计算 MI—I=As

Nixi2(

581.854



1973.21.641.6

6

2

)0.8726.08KNm

M

II

0.9fyh0



726.0810

0.92101250

3073.4mm

2

承台底面双向选用φ16@200mm，As=5225mm2＞3073.4mm2,满足

要求；考虑桩受向上拔力时，受拔力处承台顶面受拉，故承台顶面亦应配置钢筋，配筋同底面。承台配筋见图五。

图五: 基础配筋图

7

8