20—23楼塔吊基础方案.doc

20#—23#楼塔吊基础方案

刑台市麒麟湾一期高层住宅工程；工程建设地点：太行路与团结西大街交叉路口；属于剪力墙结构；地上26层；地下2层；建筑高度：86m；标准层层高：3m ；总建筑面积：125899.76平方米；总工期：560天。
本工程由刑台中鼎麒麟房地产开发有限公司投资建设，北京新纪元建筑工程设计有限公司设计，地矿邢台地质工程勘察院地质勘察，监理，中天建设集团有限公司组织施工；由顾金荣任项目经理，葛科担任技术负责人。
本计算书主要依据施工图纸及以下规范、参考文献编制：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）、《塔式起重机设计规范》（GB/T13752-1992）、《建筑安全检查标准》（JGJ59-99）、本工程用《塔吊使用说明书》、地质勘探报告和施工现场总平面布置图等编制。
地质条件
依据本工程地质资料报告提供的条件如下：
本区属暖温带大陆性季风气候区
春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽，冬季寒冷，四季分明。年平均气温13.5℃，极端最高气温41.8℃,最低气温-15.7℃，无霜期175天。1956～2003年平均降雨量526.3mm，最大1269mm（1963年），最小263.2mm（1972年），年内7、8、9月份降水约占全年的70%，日最大降水量304.3mm。多年平均蒸发量1952.5mm，潮湿系数0.26，最大冻土深度45cm。
地基土的构成特征
拟建场地上部为全新统粘性土及砂土，下部为第四系上中下更新统冲洪积物及冰水沉积物。依据钻探鉴别、土工试验、原位测试成果，将揭露深度内地层由自然地面自上而下划分为8个工程地质层：①杂填土、②粉质粘土、③粉质粘土、④粉质粘土、④-1中砂、⑤粉质粘土、⑥含碎石粉质粘土、⑦粉质粘土。各层土的工程地质特性分述如下：
①杂填土（Q42ml）：褐灰色，灰褐色，灰黄色，结构松散，成分复杂，主要成分以粘性土为主，含大量砖块、灰渣及砂质。该层在场地内分布不稳定，局部缺失。层厚0.5～2.5m。
②粉质粘土（Q42（al+pl））：黄褐色，褐黄色，硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，局部地段夹粉土薄层，粉土呈黄褐色，稍湿，中密，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.3m左右。上部含有气孔及根系，局部地段见少量兰色砖块，该层为新近沉积土。层厚1.5～4.5m，层底埋深3.0～4.5m。
③粉质粘土（Q4（al+pl））：褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，偶见贝壳，含少量姜石，姜石直径一般1～3cm，最大可达6cm。局部地段夹薄层粉土，粉土呈褐黄色，稍湿，中密，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.2～0.4m。局部地段夹中砂透镜体，中砂呈灰黄色，稍湿，中密，分选性较好。层厚2.1～8.5m，层底埋深5.6～9.5m。
④粉质粘土（Q4（al+pl））：棕黄色、褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，含铁锰质斑点及白色钙丝，见姜石，姜石呈不规则状，直径一般1～3cm，局部地段夹粉土薄层，粉土呈黄褐色，稍湿，中密～密实，无光泽，韧性低，干强度低，厚度一般在0.4m左右。层厚4.8～7.2m，层底埋深15.0～16.2m。
④-1中砂（Q4（al+pl））：灰黄色，棕黄色，含少量卵砾石，稍湿，中密，分选性中，级配一般，成分主要以石英、长石及少量暗色矿物和云母为主。该层局部为细砂和粗砂，局部卵砾石含量较高，卵砾石成分以石英砂岩为主，粒径一般3cm左右，最大可达15cm。场地南部ZK68孔附近，10.5m以下含砾量达20%左右，11.5m以下为含砾粗砂。该层主要分布于场地南部，北部缺失该层。层厚0.5～3.2m，层底埋深8.1～13.6m。
⑤粉质粘土（Q3（al+pl））：棕黄色，褐黄色，可塑～硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，含少量小姜石，局部姜石富集，粒径一般5～25mm；下部砂质含量较高，局部砂粒富集，相变为中粗砂层或透镜体。层厚4.0～7.7m，层底埋深19.9～22.7m。
⑥含碎石粉质粘土（Q2（al+pl））：粉质粘土为棕褐色、褐黄色，硬塑，稍有光泽，韧性中，干强度中，见铁锰质斑点，含少量碎石，碎石以紫红色、灰白色为主，级配一般，颗粒棱角状和次园状，直径一般2～10cm，偶见大于20cm，成分以石英岩、石英砂岩为主。碎石在水平和垂直方向上分布不均匀，局部相变为卵砾石薄层或透镜体。该层上部含大量中粗砂粒，含少量卵砾石，局部砂粒富集，相变为含砾中粗砂层。层厚3.4～8.1m，层底埋深24.0～28.9m。
⑦粉质粘土（Q1gl）：褐黄色，棕褐色，灰绿色，坚硬，局部夹粘土，一般厚度在0.2～0.4m。粘土呈棕黄色、灰绿色、灰白色，硬塑～坚硬，韧性高，干强度高。含少量砂质，砂质已风化，含少量粘粒成分，局部地段相变为粘土或风化砂。该层未揭穿，最大揭露厚度24.5m。
地基承载力和压缩模量
根据现场鉴别、土工试验结果、标准贯入试验和圆锥动力触探试验成果，结合邻近场地勘察资料，建议地基承载力特征值fak 和压缩模量ES 平均值采用以下数值：
层号
岩性名称
承载力
特征值
fak(kPa)
压缩模量平均值Es（MPa）
Es1-2
Es2-4
Es4-6
Es6-8
Es8-10
②
粉质粘土
130
6.0
6.9
8.5
10.0
11.2
③
粉质粘土
150
7.6
9.2
12.4
15.8
19.3
④
粉质粘土
160
6.9
9.1
12.4
15.8
19.3
④-1
中 砂
170
20.0
22.0
24.0
26.0
28.0
⑤
粉质粘土
170
6.0
9.0
13.5
17.9
20.2
⑥
含碎石粉质粘土
230
28.0
30.0
32.0
34.0
36.0
⑦
粉质粘土
280
8.9
10.7
13.4
16.1
20.1
8.2地基土的稳定性、适宜性评价
拟建场地在区域上位于四级构造单元武安凹断束的东北边缘，其东与南和断凸相邻。本区构造较发育，并以断裂为主，按其展布方向主要有北北东向、北东向和北西向及近南北向断裂，场地附近无活动断层和发震断层。
拟建场地地质环境较简单，未发现不良地质作用，区域构造稳定，判定场地和地基稳定，适宜本工程兴建。
8.3天然地基评价
8.3.1天然地基评价
（1）地基承载力
根据设计意图，C-14#预估基础埋深为6.0m左右，C-15#～C-17#预估基础埋深为4.5m左右，持力层均为③层粉质粘土。
深宽修正后地基承载力特征值，依据《建筑地基基础设计规范》GB50007第5.2.4条，
公式fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγ(d-0.5)
按抗剪强度指标计算承载力特征值，首先根据基底下的地层组合条件并结合地区经验综合确定：粘聚力c=19.8kPa，内摩擦角φ=22.5° 。
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007第5.2.5条，
公式fa=Mbγb+Mdγd+MCCk
按上述方法计算分析及评价，结论详见下表：
名称
估算基底
压力
kPa
深宽修正后
承载力特征值
kPa
按抗剪强度指标
计算承载力特征值
kPa
地基承载力
综合取值
kPa
天然地基是否满足强度要求

C-14#
520
324.87
576.9
324.87
否
C-15#
180
281.67
481.2
281.67
是
C-16#
180
281.67
481.2
281.67
是
C-17#
180
281.67
481.2
281.67
是

基本参数
1、塔吊基本参数
塔吊型号：TC5610； 塔吊自重Gt：318kN；
标准节长度b：2.5m； 最大起重荷载Q：60kN；
塔身宽度B：1.65m； 主弦杆材料：角钢/方钢；
塔吊起升高度H：110m； 主弦杆宽度c：250mm；
非工作状态时：
额定起重力矩Me：630kN·m； 基础所受的水平力P：26kN；
工作状态时：
额定起重力矩Me：630kN·m； 基础所受的水平力P：50kN；
2、风荷载基本参数
所处城市：河北邢台市 风荷载高度变化系数μz：2.38 ；
地面粗糙度类别：B类 田野乡村；
非工作状态时，基本风压ω0：0.3kN·m；
工作状态时，基本风压ω0：0.3kN·m；
3、基础基本参数
交叉梁截面高度h1：1.2m； 交叉梁宽t：0.8m；
基础底面宽度Bc：5.5m； 基础底板厚度h2：1.1m；
基础上部中心部分正方形边长a1：3m； 混凝土强度等级：C35；
承台混凝土保护层厚度：50mm； 基础埋置深度d：1.2m；
十字交叉梁上部钢筋直径：25mm； 十字交叉梁上部钢筋型号：HRB335；
十字交叉梁底部钢筋直径：25mm； 十字交叉梁底部钢筋型号：HRB335；
十字交叉梁箍筋直径：10mm； 十字交叉梁箍筋型号：HPB235；
十字交叉梁箍筋肢数：6；
基础底板钢筋直径：20mm； 基础底板钢筋型号：HRB335；
4、地基基本参数
地基承载力设计值fa：150kN/m2；
非工作状态下荷载计算
一、塔吊对交叉梁中心作用力的计算
1、塔吊竖向力计算
塔吊自重：G=318.000kN；
塔吊最大起重荷载：Q=60.000kN；
作用于塔吊的竖向力：F=1.2×G+1.2×Q=1.2×318.000+1.2×60.000=453.600kN；
2、塔吊弯矩计算
总的最大弯矩值Mmax=1.4×1199.20=1678.88kN·m；
二、塔吊抗倾覆稳定验算
基础抗倾覆稳定性按下式计算：
e = M/(F+G)≤20.5Bc/3
式中 e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离；
M──作用在基础上的弯矩；
F──作用在基础上的垂直载荷；
G──混凝土基础重力，G = 25×1.2×34.741=1042.23kN；
Bc──为基础的底面宽度；
计算得：e=1678.880/(453.600+1042.230)=1.122m < 20.5×5.500/3=2.593m；
基础抗倾覆稳定性满足要求！
三、地基承载力验算

e = M/(F+G)=1678.88/(453.6+1042.23)=1.122 ≥ Bc/6=5.5/6=0.917
地面压应力计算：
Pmax=[a (F + G)]/(20.5Bc3/18-Bc2a+3×20.5Bca2-3a3)
式中 F──作用在基础上的垂直载荷；
G──混凝土基础重力；
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：
a = Bc/20.5-Mmax/(F+G)=5.500/20.5-1678.880/(453.600+1042.230)=2.770m；
不考虑附着基础设计值：Pmax=[2.77(453.6+1042.23)]/(20.5×5.53/18-5.52×2.77+3×20.5×5.5×2.772-3×2.773)=92.984kPa；
地基承载力设计值为:fa=150.00kPa；
地基承载力特征值fa大于有附着时压力设计值Pmax= 92.984kPa，满足要求！
四、基础受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条。
验算公式如下:
F1 ≤ 0.7βhpftamho
式中βhp --受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按照线性内插法取用；取βhp=0.97；
ft --混凝土轴心抗拉强度设计值，取ft=1.57N/mm2；
ho --基础冲切破坏锥体的有效高度，取ho=1.05m；
am --冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am = [21/2×(Bc-a1)-t]/2 = [21/2(5.5-3)-0.8]/2 = 1.368m；
Fl --相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值，Fl= Pmaxam2=92.98×1.372=173.95kN；
允许冲切力：0.7×0.97×1.57×1367.77×1050.00=1525723.520N=1525.724kN ≥ Fl= 173.95kN；
实际冲切力小于允许冲切力设计值，满足要求！
五、交叉梁截面主筋的计算
1、梁弯矩计算
MI＝Pmax(mS3/3-S4/6)/m
式中 Pmax -- 基础设计值，取Pmax＝92.984kPa；
m -- 基础梁底部应力最大处与应力为0处的距离，m＝7.778m；
s -- 基础边缘至最近塔吊脚的距离，s=2.722m；
经计算得：MI = 92.984×(7.778×2.7223/3-2.7224/6)/7.778 = 515.915kN·m；
2、截面配筋计算
As = M/(γsh0fy)
αs = M/(α1fcbh02)
ζ = 1-(1-2αs)1/2
γs = 1-ζ/2
式中，αl──系数，当混凝土强度等级不超过C50时，αl取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，αl取为0.94，其间按线性内插法确定；取α1=1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.70N/mm2；
ho──有效计算高度；
fy──钢筋受拉强度设计值；
(1)、梁上部配筋计算
单筋距形截面所能承受的最大弯矩：
M = αlfctho2ζb(1-0.5ζb)=6781.88kN·m > MI = 515.915kN·m
梁上部只需构造配筋。
由于最小配筋率为0.2%，所以最小配筋面积为:1200×800×0.2%=1920mm2
建议配筋值：HRB335钢筋，425，实际配筋值1963.495mm2。
(2)、梁底配筋计算：
αs=515.915×106/(1.00×16.70×800.00×1150.002)= 0.029；
ξ=1-(1-2×0.029)0.5=0.030；
γs =1-0.030/2=0.985；
As =515.915×106/(0.985×1150.00×300)= 1517.900mm2。
由于最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:1200×800×0.15%=1440mm2。
故取 As=1517.90mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，425。实际配筋值1963.495mm2。
(3)、梁箍筋计算：
Fl=173.95kN,选择Φ10，6肢箍，Asv1=78.54mm2；
s ≤ (1.25nfyvh0Asv1)/(V-0.7Ftbh0)
ρsv = nAsv1/bs
ρsvmin = 0.24ft/fyv
s=320mm
最小配箍率:ρsv=nAsv1/bs=6×78.540/(800.00×320.00)=0.0018>ρsvmin = 0.24ft/fyv=0.24×1.57/210=0.0018
建议配筋值：HPB235钢筋，10@320
(4)、梁腰筋计算：
十字交叉梁高度h1=1200mm>450mm，所以需要配置腰筋。
As≥t×ho×0.1%=800×1150×0.1%=920mm
故取 As=920mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，614。实际配筋值923.628mm2。
(5)、板底配筋计算：
最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:5500×1100×0.15%=9075mm2。
故取 As=9075.00mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，20@190mm。承台底面单向根数28根。实际配筋值8796.459mm2。
工作状态下荷载计算
一、塔吊对交叉梁中心作用力的计算
1、塔吊竖向力计算
塔吊自重：G=318.000kN；
塔吊最大起重荷载：Q=60.000kN；
作用于塔吊的竖向力：F=1.2×G+1.2×Q=1.2×318.000+1.2×60.000=453.600kN；
2、塔吊弯矩计算
总的最大弯矩值Mmax=1.4×1350.00=1890.00kN·m
二、塔吊抗倾覆稳定验算
基础抗倾覆稳定性按下式计算：
e = M/(F+G)≤20.5Bc/3
式中 e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离；
M──作用在基础上的弯矩；
F──作用在基础上的垂直载荷；
G──混凝土基础重力，G = 25×1.2×34.741=1042.23kN；
Bc──为基础的底面宽度；
计算得：e=1890.000/(453.600+1042.230)=1.264m <20.5× 5.500/3=2.593m；
基础抗倾覆稳定性满足要求！
三、地基承载力验算

e = M/(F+G)=1890/(453.6+1042.23)=1.264 ≥ Bc/6=5.5/6=0.917
地面压应力计算：
Pmax=[a (F + G)]/(20.5Bc3/18-Bc2a+3×20.5Bca2-3a3)
式中 F──作用在基础上的垂直载荷；
G──混凝土基础重力；
a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：
a = Bc/20.5-Mmax/(F+G)=5.500/20.5-1890.000/(453.600+1042.230)=2.630m；
不考虑附着基础设计值：Pmax=[2.63(453.6+1042.23)]/(20.5×5.53/18-5.52×2.63+3×20.5×5.5×2.632-3×2.633)=97.516kPa；
地基承载力设计值为:fa=150.00kPa；
地基承载力特征值fa大于有附着时压力设计值Pmax= 97.516kPa，满足要求！
四、基础受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第8.2.7条。
验算公式如下:
F1 ≤ 0.7βhpftamho
式中βhp --受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，βhp取1.0；当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按照线性内插法取用；取βhp=0.97；
ft --混凝土轴心抗拉强度设计值，取ft=1.57N/mm2；
ho --基础冲切破坏锥体的有效高度，取ho=1.05m；
am --冲切破坏锥体最不利一侧计算长度，am = [21/2×(Bc-a1)-t]/2 = [21/2(5.5-3)-0.8]/2 = 1.368m；
Fl --相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值，Fl= Pmaxam2=97.52×1.372=182.43kN；
允许冲切力：0.7×0.97×1.57×1367.77×1050.00=1525723.520N=1525.724kN ≥ Fl= 182.43kN；
实际冲切力小于允许冲切力设计值，满足要求！
五、交叉梁截面主筋的计算
1、梁弯矩计算
MI＝Pmax(mS3/3-S4/6)/m
式中 Pmax -- 基础设计值，取Pmax＝97.516kPa；
m -- 基础梁底部应力最大处与应力为0处的距离，m＝7.778m；
s -- 基础边缘至最近塔吊脚的距离，s=2.722m；
经计算得：MI = 97.516×(7.778×2.7223/3-2.7224/6)/7.778 = 541.06kN·m；
2、截面配筋计算
As = M/(γsh0fy)
αs = M/(α1fcbh02)
ζ = 1-(1-2αs)1/2
γs = 1-ζ/2
式中，αl──系数，当混凝土强度等级不超过C50时，αl取为1.0，当混凝土强度等级为C80时，αl取为0.94，其间按线性内插法确定；取α1=1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.70N/mm2；
ho──有效计算高度；
fy──钢筋受拉强度设计值；
(1)、梁上部配筋计算
单筋距形截面所能承受的最大弯矩：
M = αlfctho2ζb(1-0.5ζb)=6781.88kN·m > MI = 541.06kN·m
梁上部只需构造配筋。
由于最小配筋率为0.2%，所以最小配筋面积为:1200×800×0.2%=1920mm2
建议配筋值：HRB335钢筋，425，实际配筋值1963.495mm2。
(2)、梁底配筋计算：
αs=541.060×106/(1.00×16.70×800.00×1150.002)= 0.031；
ξ=1-(1-2×0.031)0.5=0.031；
γs =1-0.031/2=0.984；
As =541.060×106/(0.984×1150.00×300)= 1593.068mm2。
由于最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:1200×800×0.15%=1440mm2。
故取 As=1593.07mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，425。实际配筋值1963.495mm2。
(3)、梁箍筋计算：
Fl=182.43kN,选择Φ10，6肢箍，Asv1=78.54mm2；
s ≤ (1.25nfyvh0Asv1)/(V-0.7Ftbh0)
ρsv = nAsv1/bs
ρsvmin = 0.24ft/fyv
s=320mm
最小配箍率:ρsv=nAsv1/bs=6×78.540/(800.00×320.00)=0.0018>ρsvmin = 0.24ft/fyv=0.24×1.57/210=0.0018
建议配筋值：HPB235钢筋，10@320
(4)、梁腰筋计算：
十字交叉梁高度h1=1200mm>450mm，所以需要配置腰筋。
As≥t×ho×0.1%=800×1150×0.1%=920mm
故取 As=920mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，614。实际配筋值923.628mm2。
(5)、板底配筋计算：
最小配筋率为0.15%，所以最小配筋面积为:5500×1100×0.15%=9075mm2。
故取 As=9075.00mm2。
建议配筋值：HRB335钢筋，20@190mm。承台底面单向根数28根。实际配筋值8796.459mm2。
基础配筋如下图所示：