软弱地基塔吊基础的设计

摘要：本文介绍了软弱地基上的塔吊基础设计及计算。

关键词：软弱地基塔吊基础 梁板式

随着我国高层建筑快速发展，塔吊作为主要的垂直运输工具，也得到了越来越广泛的应用。塔吊基础是塔机的根本，实践证明有不少重大安全事故都是由于塔吊基础存在问题而引起的，它是影响塔吊整体稳定性的一个重要因素。塔吊基础设计是建设部2009年87号文件《危险性较大的分部分项工程管理办法》规定之列，其设计也倍受人们的关注。

目前常用的基础形式主要有方形基础和十字梁基础。方形基础与地基接触面积大，抗倾覆稳定性好，但地质情况较差的软弱土层，其地基承载力是不能满足塔机设计要求的，如果单纯通过加大基础底面积的方法处理，钢筋砼用量较大。而十字梁基础的混凝土用量较少，但是由于与地面接触面积小，基础对地基的压力大，容易因地基承载力不足而使基础出现不均匀沉降，如果把两种基础形式结合起来，做成梁板式塔机基础，既可保证安全，又可节省钢筋混凝土用量，在保证安全的前提下，又符合国家的节能政策。

由我单位承建的某商住楼工程，地下一层，地上二十六层，布置

塔吊的部位根据岩土工程地质报告，第①层土为素填土，承载力特征值90KPa。塔由基础开挖后，①层土尚余3m，②层土地基承载力为110

KPa。现以①层土作为基础的持力层，②层土层为下卧层。塔吊选用QTZ5011,

根据租赁公司提供的塔吊基础图纸，采用天然基础要求地基土的承载力不低于100KPa，天然基础为6000mm×6000mm×1200mm。针对实际情况，采用天然地基时承载力是不能符合要求的。设计成如图所示的梁板式基础，底板做成正方形，梁的底层钢筋伸入到基础下部的板中，梁板的混凝土必须同时浇筑，以形成整体。十字梁之间的空隙可用回填并夯实处理，以增加基础的重力。

一、塔吊基础承载力计算

依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。

基础设计值计算公式：

当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

式中 F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=1.2×447=536.40kN；

G──基础重力，G=1.2×(基础混凝土重力+回填土重力)=1.2×(477.33+0.00)=572.80kN；

Bc──基础底面的宽度，取Bc=6.00m；

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=6.00/2-1500.00/(536.40+572.80)=1.65m。

经过计算得到:

基础压力设计值 P=(536.40+572.80)/6.002=30.81kPa

偏心距较大时压力设计值 Pkmax=2×(536.40+572.80)/(3×6.00×1.65)=74.80kPa

二、抗倾覆稳定性验算：

梁板式基础抗倾覆稳定性按下式计算

e=≤b

式中 e──偏心距，即地面反力的合力至基础中心的距离(m)；

M──作用在基础上的弯矩(kN.m)；

F──作用在基础上的垂直载荷(kN)；

G──混凝土基础重力(kN)；

b,h──分别为基础的边长和高度(m)。

计算得：

e=1500.00/(536.40+572.80)=1.35m≤b/4=1.50m满足要求！

三、地基基础承载力验算

修正后的地基承载力特征值:fa=90.00kPa

由于 fa≥Pk=30.81kPa所以满足要求！

偏心荷载作用：由于1.2×fa≥Pkmax=74.80kPa所以满足要求！

四、受冲切承载力验算

依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第8.2.7条。

验算公式如下:

式中 hp──受冲切承载力截面高度影响系数，取 hp=0.98；

ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取 ft=1.57kPa；

am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:

am=[1.80+(1.80 +2×1.10)]/2=2.90m；

h0──承台的有效高度，取 h0=1.05m；

Pj──最大压力设计值，取 Pj=74.80kPa；

Fl──实际冲切承载力：

Fl=74.80×(6.00+3.90)×1.05/2=388.77kN。

允许冲切力：

0.7×0.98×1.57×2900×1050=3279525.90N=3279.53kN

实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！

五、 承台配筋计算

依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第8.2.7条。

式中 a1──截面I-I至基底边缘的距离，取 a1=2.15m；

P──截面I-I处的基底反力:

P=74.80×(3×1.65-2.15)/(3×1.65)=43.27kPa；

a'──截面I-I在基底的投影长度,取 a'=1.70m。

经过计算得 M=2.152×[(2×6.00+1.70)×(74.80+43.27-2×572.80/6.002)+(74.80-43.27)×6.00]/12

=528.02kN.m。

2.截面I-I板筋和梁下层配筋面积计算,公式如下:

式中 1──系数，当混凝土强度不超过C50时，取1.0,当混凝土强度等级为C80时，

取为0.94,期间按线性内插法确定；

fc──混凝土抗压强度设计值；

h0──板或梁的计算高度。

板底配筋，经过计算得 s=528.02×106/(1.00×16.70×6.00×103×2502)=0.084

=1-(1-2×0.084)0.5=0.088

s=1-0.088/2=0.956

As=528.02×106/(0.956×250×300.00)=7365.02mm2。

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:2700mm2。

故 板底配筋 As=7365.02mm2。配置双层双向ø12@180，配筋面积7684 mm2

梁底配筋，经过计算得 s=528.02×106/(1.00×16.70×0.60×103×10502)=0.048

=1-(1-2×0.048)0.5=0.049

s=1-0.049/2=0.976

As=528.02×106/(0.976×1050×300.00)=1718.34mm2。

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:990mm2。

故梁下层配筋 As=1718.34mm2。425，配筋面积1964mm2

3. 截面II-II抗弯计算，计算公式如下:

经过计算得 M=2.152×(2×6.00+1.70)×572.80/(6×6.002)

=167.94kN.m。

4. 梁上层配筋面积计算,公式如下:

梁底配筋，经过计算得 s=167.94×106/(1.00×16.70×0.60×103×10502)=0.015

=1-(1-2×0.015)0.5=0.015

s=1-0.015/2=0.992

As=167.94×106/(0.992×1050×300.00)=537.25mm2。

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:990mm2。

故梁上层配筋 As=990mm2。配置322，配筋面积1140 mm2 梁箍筋ø8@200（4），腰筋2 12。拉筋12@400.

通过计算可知，采用设计的梁板式基础可能满足塔机的工作要求，且可以节约混凝土和钢筋用量。节省混凝土的原因是梁板式基础上的4块梯形面积的混凝土被回填土取代，减轻基础自重有利于减小对地基土的压力，因此在地基承载力差的条件下效果尤为明显。节省钢筋用量的原因是方形基础中钢筋的受力主要集中在塔机底座边长的宽度范围内，而宽度范围以外的受力钢筋很小。而梁板式基础钢筋的受力相对比较均匀，从力学角度分析基础中的钢筋得到了充分利用，因此节约钢筋用量。

参考文献：建筑地基基础设计规范GB50007_2002；《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》 JGJ/T187-2009；建筑施工手册。

个人简介：贾建敏，男，河南六建建筑集团有限公司党委副书记，长期以来一直从事建筑施工管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。