单桩塔吊基础设计及施工新技术
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摘要：塔吊基础往往采用4根桩基进行承载，不仅施工复杂，工期长，且造价较高。在中房·胜利小区工程施工中使用了新技术—单桩塔吊基础，其受力明确，技术先进，施工简便，经济合理，具有一定的创新性。
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1工程概况
进行中房·胜利小区工程施工时采用QTZ63塔吊作为施工期间材料的垂直运输。为满足施工起升高度要求，选用塔吊的总高度为45m。
从本工程的土质情况、土方开挖后对边坡支护影响等因素考虑，同时为了降低工程造价，加快塔吊的安装进度，塔吊拟采用钢筋混凝土砼承台基础，承台尺寸为5m×5m×1.35m。承台下为单根直径1.5m的钻孔灌注桩基础，桩基及承台的混凝土强度均为C30。桩顶部伸进承台100mm。承台及桩基钢筋的保护层厚度取5cm。为确保塔吊基础的稳定性及基础承载力满足使用要求，需根据塔吊基础的承载力、抗倾覆稳定性等计算结果进行配筋及决定结构尺寸。
3塔吊桩基础的设计计算
3.1基本参数
塔吊型号为QTZ63，塔吊自重（包括压重）G=450.8kN，最大起重荷载Q=60kN，塔吊高度H=45m，塔身宽度B=1.8m，混凝土的弹性模量Ec=30000N/mm2，地基土水平抗力系数m=4.25MN/m4，混凝土强度：C30，钢筋级别：Ⅱ级钢，桩直径d=1.5m，保护层厚度：5cm，塔吊倾覆力距M=630.0kN·m，标准节长度a=2.8m，主弦杆材料：角钢/方钢，宽度/直径c=120mm，塔身前后片桁架的平均充实率α0=0.35，柳州基本风压W0=0.2kN/m2，地面粗糙度类别：B类—田野乡村，风荷载高度变化系数μz=1.34。
3.2荷载计算
（1）塔吊对交叉梁中心作用力的计算
①塔吊自重（包括压重）G=450.8kN
②塔吊最大起重荷载Q=60.0kN
③基础以及覆土自重标准值
Gk=5.0×5.0×1.35×25=843.8kN
作用于塔吊的竖向力设计值F=450.8+60.0+843.8=1354.6kN
（2）风荷载计算
1）工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值（W0=0.2kN/m2）
=0.8×1.59×1.95×1.34×0.2=0.665kN/m2
，
=0.665×0.35×1.8=0.42kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
=0.42×45=18.9kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
=0.5×18.9×45=425kN.m
2）非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值
柳州50年一遇风压为0.3kN/m2，小于0.35kN/m2，取W0=0.35kN/m2。
=0.8×1.59×1.95×1.34×0.35=1.163kN/m2
=1.163×0.35×1.8=0.73kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
=0.73×45=32.9kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
=0.5×32.9×45=740kN.m
（3）塔机的倾覆力矩
工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值
=0.9×（425+630）=950kN.m
非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值
=740kN.m
3.3承台配筋计算
承台尺寸：5m×5m×1.35m
依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）第7.2条受弯构件承载力计算。
式中：—系数，取为1.0；—混凝土抗压强度设计值，14.3N/mm2；—承台的计算高度，1.3m；—钢筋受拉强度设计值，300N/mm2；
经过计算得=950×/（1.0×14.3×5000×13002）=0.0077
=0.0077
=1-0.0077/2=0.996
=950×/（0.996×1300×300）=2446mm2
按照最小配筋率ρ=0.1%计算配筋，
=0.001×5000×1300=6500mm2。
比较和，所以按配筋，现场取25根Φ22的钢筋，钢筋采用HRB335。
=25×3.14×112=9499mm2≥6500mm2
所以承台配筋面积满足要求。
单桩承台不需要进行抗剪和其它的验算！
3.4桩身最大弯矩计算
（1）按照m法计算桩身最大弯矩：
①计算桩的水平变形系数（1/m）：
其中：m—地基土水平抗力系数的比例系数；取4.25MN/m4；—桩的计算宽度，0.9×（1.5+1）=2.25m；E—抗弯弹性模量，E=28000N/mm2；I—截面惯性矩，π×1.5004/64=0.248m4。
经计算得到桩的水平变形系数：
=0.318/m
②计算
=32.9/（0.318×950）=0.109
③由查表得：Km=1.03，=0.39
④计算桩的最大弯矩值、最大弯矩深度
=950×1.03=979kN.m
最大弯矩深度z=0.39/0.318=1.23m。
3.5桩配筋计算
依据《混凝土结构设计规范》。沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其截面受压承载力计算：
（1）偏心受压构件，其偏心矩增大系数按下式计算：
式中：—桩的计算长度，取10m；h—截面高度，取h=1.5m；
e0—轴向压力对截面重心的偏心矩，计算得0.72m；ea—附加偏心矩，取20mm和偏心方向截面最大尺寸的1/30两者中的最大值，ea=0.05m；ei=e0+ea=0.72+0.05=0.77m；h0—截面有效高度， h0=1.5-0.05=1.45m；
ξ1—偏心受压构件的截面曲率修正系数：
=0.5×14.3×1.766×106/（1354.6×103）=9.32
由于大于1，取=1；
A—构件的截面面积，取A=π×d2/4=1.766m2；
—构件长细比对截面曲率的影响系数，本项目取=1。
经计算偏心增大系数=1.412
（2）偏心受压构件应符合下例规定：
式中：As─全部纵向钢筋的截面面积；r─圆形截面的半径，取r=0.75m；rs─纵向钢筋重心所在圆周的半径，取rs=0.70m；a1─是受压区混凝土矩形应力图的应力值与混凝土抗压强度设计值的比值，在砼强度小于等于C50时取1；α─对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与2π的比值；αt─纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当α≥0.625时αt=0，当α≤0.625时，=0.92。