自升式附墻塔吊基礎(chǔ)設(shè)計探討

張得志

摘要：隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，各大中城市高層建筑不斷增多，塔式起重機的應(yīng)用越來越廣泛；塔吊已成為高層建筑施工垂直運輸?shù)闹鲃用}。本文對塔吊基礎(chǔ)類型選擇、風(fēng)荷載、荷載組合和附墻等設(shè)計有關(guān)問題作比較詳細論述，僅供參考。

關(guān)鍵詞：塔吊 設(shè)計 探討

0 引言

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，各大中城市高層建筑不斷增多，塔式起重機的應(yīng)用越來越廣泛；塔吊已成為高層建筑施工垂直運輸?shù)闹鲃用}。但是，目前塔吊基礎(chǔ)設(shè)計尚無規(guī)范可依，各種設(shè)計文獻介紹塔吊基礎(chǔ)設(shè)計有關(guān)問題的亦不多見，施工手冊[1][2]也未列出塔吊基礎(chǔ)設(shè)計章節(jié)，本文對塔吊基礎(chǔ)類型選擇、風(fēng)荷載、荷載組合和附墻等設(shè)計有關(guān)問題作比較詳細論述，僅供參考。

1 塔吊基礎(chǔ)類型選擇

1.1 塔吊基礎(chǔ)類型 目前國內(nèi)自升式附墻塔吊基礎(chǔ)類型主要包括砼獨立基礎(chǔ)和樁基兩大類。如果自然地基條件較好，選擇砼獨立基礎(chǔ)比較合理，計算比較簡單，費用較低；如果自然地基較差，包括回填土或淤泥質(zhì)土較厚，承載能力較低，選擇樁基比較安全可靠。選擇樁基時，其樁基形式最好與工程樁類型相同，在施工工程樁時，一并將塔吊樁基與工程樁一起施工，節(jié)省樁機進退場費用。

1.2 塔吊不均勻沉降影響 在樁基選擇型時應(yīng)考慮基礎(chǔ)不均勻沉降塔吊的影響，因為塔吊對基礎(chǔ)不均勻沉降極為敏感，塔吊安裝規(guī)范對塔吊傾斜度要求甚高。因此，塔吊基礎(chǔ)計算時應(yīng)著重考慮沉降計算，并考慮高壓電線與鄰近建筑物等阻礙對塔吊使用的影響。

1.3 注意事項

1.3.1 高層深基坑圍護結(jié)構(gòu)影響 城市高層建筑深基坑設(shè)有圍護結(jié)構(gòu)，包括擋土墻、砼灌注樁、水泥攪拌樁、錨桿和土釘墻等形式，由于塔吊基礎(chǔ)與離建筑距離受到限制，塔吊基礎(chǔ)往往與圍護結(jié)構(gòu)相重疊，如塔吊兩個砼樁基落在水泥攪拌樁中，另兩個在自然土中，這極易造成塔基不均勻沉降；在設(shè)計時應(yīng)著重考慮這一點，應(yīng)盡力加長塔吊樁基長度，防止不均勻沉降影響。有的深基坑有水平支撐，當(dāng)其水平支撐拆除時，基坑圍護樁及頂圈梁將產(chǎn)生很大位移，這對塔吊基礎(chǔ)影響很大，會導(dǎo)致塔吊瞬時間嚴重傾斜，如某工程深基坑鋼筋砼水平支撐拆除時，塔吊樁基承臺發(fā)生較大水平位移，其樁基上部（大約長15m）與地基產(chǎn)生空隙，樁基承載能力瞬時急速下降，塔基平臺產(chǎn)生傾斜，塔吊頂部傾斜值大大超過規(guī)范允許值。因此，塔吊基礎(chǔ)設(shè)計時應(yīng)考慮該因素的影響。

1.3.2 利用工程樁作塔吊樁基 由于受到各種條件限制，可以利用工程樁來作為塔吊樁基（或利用一部份），此時應(yīng)考慮工程樁承載力是否允許。由于高層建筑主體施工時，室內(nèi)地面墻體等裝飾未施工，樓面活荷載也未加上，故工程樁承載力有一定的富余系數(shù)可滿足塔吊基礎(chǔ)傳來荷載，必要時應(yīng)與設(shè)計單位商討。我公司施工的哈市聯(lián)通大廈塔吊利用建筑物大雨蓬處四個工程樁，在4個樁頂部設(shè)置十字交叉砼大梁作為塔吊承臺，施工過程中，塔吊使用良好，順利地完成施工任務(wù)。

1.3.3 軟弱地基上獨立基礎(chǔ)設(shè)計 我公司施工的哈爾濱一個工程，設(shè)置一臺塔吊，由于各種原因無法采用樁基作塔吊基礎(chǔ)，只能采用砼獨立基礎(chǔ)，而其地質(zhì)條件極差，持力層是淤泥質(zhì)土，承載能力很低。我們采用擴大砼獨立基礎(chǔ)底面積辦法進行設(shè)計，在施工期間使用情況良好，未發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象。通過該實例，我們認為在砼獨立基面設(shè)計時，只要進行沉降計算，嚴格控制塔基沉降量，即使是承載能力很低的淤泥質(zhì)土，也可以保證塔吊安全運行。

2 風(fēng)荷載

2.1 傾覆力矩與風(fēng)荷載 國內(nèi)生產(chǎn)的塔吊產(chǎn)品說明書中提供了塔吊自重，水平力和傾覆力矩等參數(shù)，但其中傾覆力矩是否包括風(fēng)荷載，未加以說明，建議生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品說明書應(yīng)具體注明是否包括風(fēng)荷載。（一般限塔機所受最大荷載的工況都應(yīng)該包括風(fēng)荷載）

2.2 風(fēng)荷載計算 根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GJ9—87）的有關(guān)規(guī)定，風(fēng)荷載值按下式計算：

Wk=βz·μs·μE·Wo

式中Wk——風(fēng)荷載標準值，kN/m²；

Βz——z高度處的風(fēng)振系數(shù)；

Μs——風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μE——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

Wo——基本風(fēng)壓。kN/m²。

哈市地區(qū)的基本風(fēng)壓值取Wo＝0.45kN/m²。當(dāng)塔吊附墻前高度為40m時，市區(qū)高度變化系數(shù)Wz＝1.24。風(fēng)載體型系數(shù)按桁架公式計算。其中桁架的檔風(fēng)系數(shù)φ=∑AC/Af·AcW為珩架投影面積。計算風(fēng)振系數(shù)∮，先計算塔吊立柱鋼構(gòu)架桿件自振周期T，當(dāng)塔吊高取40m時，根據(jù)經(jīng)驗公式T=0.01H=0.01×40=0.4秒。按規(guī)范公式βZ=1＋ξ·V·φZ/UZ計算風(fēng)振系數(shù)βZ

設(shè)塔吊鋼兩立柱距離為B，則塔吊立柱線荷載為：W=WK×B

風(fēng)荷載對塔吊基礎(chǔ)產(chǎn)生的力矩為：M風(fēng)=0.5W×H²

3 荷載分項系數(shù)與組合系數(shù)

3.1 荷載分項系數(shù) 采用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)定，靜荷載取1.2，活荷載取1.4。

3.2 荷載組合系數(shù) 參考建筑結(jié)構(gòu)框架剪力墻計算，取值如下：靜荷載取1.0；塔吊產(chǎn)品說明書中規(guī)定傾覆力矩取1.0，風(fēng)荷載取0.8～1.0。

4 塔吊基礎(chǔ)計算

4.1 砼獨立基礎(chǔ) 由于塔吊主要荷載為傾覆力矩，且值較大，基礎(chǔ)必須按下列公式計算。

4.1.1 防基礎(chǔ)傾覆，偏心率e應(yīng)滿足：e＝M/（G1+G2）≤A/3

上式中M包括塔吊產(chǎn)品說明書中列出傾覆力矩、水平力產(chǎn)生彎矩和風(fēng)荷載組合產(chǎn)生彎矩，G1與G2分別表示塔吊自重與砼基礎(chǔ)自重，A為基礎(chǔ)塔吊邊長。

4.1.2 地基容許承載力 ①偏心距e≤A/6時，Pmax=(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f ②偏心距e≤A/6時，Pmax=2(G1+G2)/(A×B)+M/W≤1.2f

上式中，A與B為獨立基礎(chǔ)邊長。W為獨立基礎(chǔ)截面系數(shù)，f為基礎(chǔ)承載力標準值。計算時應(yīng)分別按塔吊工作與非工作狀態(tài)考慮，在塔吊安裝與使用過程中幾種不同結(jié)構(gòu)形式分別進行計算。一般情況下，塔吊最為不利情況為塔吊未附墻時，塔吊實際高度，非工作狀態(tài)情況。

4.2 樁基

4.2.1 荷載 ①塔吊自重P。②塔吊基礎(chǔ)自重Q。③塔基力矩M，包括產(chǎn)品說明書中塔吊傾覆力矩，塔吊水平力作用產(chǎn)生的力矩和風(fēng)荷載以及地震荷載產(chǎn)生力矩之和。

若不考慮樁承臺復(fù)合地基來進行計算，則樁基豎向承載荷重為

N＝(P+Q)/n±MX·Yi/∑Yi²±MX·Xi/∑Xi²

上式中，MX、MY為X與Y方向總力矩，Xi、Yi為第i樁至X或Y軸距離，n為樁的數(shù)量。

4.2.2 樁基豎向承載力 按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94—94）中公式進行計算樁基豎向承載力R，樁基荷載效應(yīng)滿足：

roN≤R

roNmax≤1.2R

ro為樁基重要性系數(shù)，取1.0或1.1。