56
施 工 技 术
C ONSTRUCTI ON TECHNO LOGY 2006年11月第35卷 第11期
钢格构柱塔吊基础设计与施工
朱良锋, 王妙春, 叶小倩
(浙江宝业建设集团有限公司, 浙江绍兴 312028)
[中图分类号]T U75312
[文献标识码]A [文章编号]100228498(2006) 1120056202
Design and Construction of Tow er Crane Foundation by Steel Lattice Column
ZHU Liang 2feng , WAN G Miao 2chun , YE X iao 2qian
(Zhejiang Baoye Construction Group Co . , Ltd . , Shaoxing , Zhejiang 312028, China )
随着工程建设的发展, 地下室深度及规模越来越大, 为了施工需要, 有些塔吊必须安装于地下室部位, 考虑塔吊需要提早使用, 同时为减少塔吊基础施工时的挖深, 塔吊基础可做成钢格构柱形式。
1 钢格构柱基础设计
1) 钢格构柱塔吊基础
式(4) ;
A 1x ———构件截面中垂直于x 轴的各斜缀条的毛 截面面积之和。
213 构件长细比
λΠy =H x =λ(4A 0) I Π(4)
式中:H ———格构柱的总高度, 取其净高; I ———格构柱的截面惯性矩, 按式(5) 计算; A 0———格构柱1个主肢的截面面积。
214 格构柱的截面惯性矩I
I =I x =I y =4[I x 0+A 0(a Π2-Z 0) ]
图1 钢格柱塔吊
基础立面示意
2
由预埋于灌注桩内钢格构柱及在其上浇筑的钢筋混凝土承台或焊接钢板作为承受塔吊荷载的基础, 如图
1所示。
2) 钢格构柱一般采用4
(5)
式中:I x 0———格构柱的主肢平行于主肢x 轴的惯性 矩;
a ———格构柱的边长;
Z 0———主肢形心轴距主肢外边缘距离。
215 格构柱及缀条长细比
(1)
肢组合对称构件, 缀件采用钢板或角钢作缀板、缀条。
2 钢格构柱基础计算211 钢格构柱受压稳定
(φQ max ΠA ) ≤f
式中:φ———轴心受压构件的稳定系数, 根据构件的换
算长细比λ钢材屈服强度按b 类截面查0、
表取用;
A ———构件毛截面面积;
Q max ———钢格构柱轴心受压最大单柱竖向力; f ———钢材抗拉、压强度设计值。
格构柱及缀条长细比均不得大于150。
40, 且≤当缀件为缀板时, 构格柱单肢长细比λ1≤柱长细比的015倍(当柱长细比
缀件为缀条时, λ柱长细比的017倍, 其计算长度取1≤相邻两横杆(缀板) 净间距。
216 格构柱柱顶水平位移
格构柱在水平风荷载作用下的柱顶水平位移不宜超过H Π500, 其水平位移可按V ΠD 计算, V 为柱顶水平力, 其抗侧刚度D 可按D =12EI ΠH 3计算, 其中, E 为钢材弹性模量。
212 构件换算长细比λ0
当缀件为缀板时:
λ0x =λ0y =
当缀件为缀条时:
λ0x =λ0y =
2
A 1x x +40A Π
x +λ
2
2
1
(2)
217 缀材所受剪力及焊缝验算
缀材应按所受剪力值计算其稳定性及焊缝, 剪力
(3)
[收稿日期]2006207207
) , 男, 浙江绍兴人, 浙江宝业建设集[作者简介]朱良锋(1971—
团有限公司副总工程师, 浙江绍兴 312028, 电话:(0575) 4574487
式中:λ——格构柱1个主肢对最小刚度轴的长细比, 1—
其计算长度为两缀板间的净距离;
λ——整个构件对x 轴(y 轴) 的长细比, 按x (λy ) —
2006N o. 11朱良锋等:钢格构柱塔吊基础设计与施工57
值V 按式(6) 计算:
V =
f 85
(6)
式中:f y ———钢材的屈服强度。
缀板所受剪力T =Vl 1Π(2a ) , 弯矩M =Vl 1Π4, 斜缀
条按N =V Π2cos α计算稳定性及焊缝, 其中α为缀条与水平面的夹角, l 1为1个节间长度。
218 钢承台验算
当钢格构柱上为钢板作为承受塔吊基础荷载的基础时, 尚应按规范要求分别验算钢板、钢板与格构柱连接焊缝、加强肋、钢板与塔吊基座底架的连接螺栓强度。其中钢板按四边支承受弯构件, 焊缝按角焊缝受压(拉) , 螺栓按受剪、拉及剪拉共同受力计算, 其计算方法按相应规范要求。
219 桩基础验算
桩基础按相应规范要求计算。
3 钢格构柱基础构造要求
1) 钢格构柱一般伸入灌注桩内, 与灌注桩一同浇
筑, 伸入长度宜≥115m , 格构柱伸入桩部位桩箍筋加密
1倍, 应保证混凝土的加灌长度满足相应规范要求。
2) 塔吊与基础间连接可采用预埋螺栓, 按说明书
要求的常规形式, 也可直接将预埋专用基础节埋入混凝土基础内, 由于钢格构柱塔吊一般在地下室内布置, 受平面限制, 故一般采用预埋基础节的形式。
3) 为减少钢格构柱及桩受压竖向力, 塔吊所在部
位平面条件许可时基座可采用十字形混凝土基础, 其外伸部分做成梁式结构; 采用正方形基础时应在格构柱间设置四周暗梁改善其整体受力性能; 为减少基础自重, 也可采用“回”字形基础形式, 即去掉中间部分混凝土而成梁式结构。
4) 基础厚度宜≥900mm 。5) 混凝土强度等级宜≥C25。
6) 底板钢筋采用双层双向钢筋网, 钢筋宜采用HRB400级和HRB335级。
7) 一般塔吊基础可不必进行抗冲切及抗剪验算,
塔吊基础配筋可按构造要求。
8) 桩配筋可按以下要求确定:①采用灌注桩时按0120%～0165%(小直径桩取大值) 的最小配筋率; ②配
筋长度 当利用桩侧摩阻力达桩身承载力40%以上时, 宜沿桩身通长配筋; 桩径>600mm 的钻孔灌注桩, 长度宜≥桩长的1Π2; 桩基穿越淤泥、淤泥质土或液化土层时, 配筋应穿过这些土层; 承台位于边坡上的桩配筋长度应穿过基坑底不少于基坑深度的长度; 当桩配筋长度>2Π3桩长且桩配筋数量≥10根时, 可距桩底减半配筋, 但不应
200～300, 宜采用螺旋式箍筋, 每隔2m 设1道
14) 焊接加强箍筋。
9) 钢格构柱之间宜在外侧设置水平及斜向支撑,
斜向支撑与格构柱成45°, 相邻两面斜支撑错开布置, 支撑材料可采用角钢或槽钢, 其截面积不小于格构柱
1个主肢的截面积。4 施工要求
1) 塔吊基础的施工应执行验槽及隐检程序。2) 基础各项尺寸允许偏差应满足下列要求:厚度
±15mm ; 边长±20mm ; 桩位±50mm ; 桩长±100mm ; 平整度
3) 确保塔吊基础预埋件牢固正确预埋, 浇筑混凝
土过程中不得碰撞, 并要加强观测, 避免移位。
4) 塔吊基础浇筑后应做好养护工作, 及时做沉降
及位移观测点, 在塔吊搭设后应立即进行沉降及位移的原始观测, 做好记录。
5) 塔吊安装前基础混凝土应达到80%设计强度。6) 一次性装高不得超过设计高度, 塔吊升高应先
安装好附墙装置。
7) 必须按规定做好塔吊基础的防雷接地。8) 应注意预埋钢格构柱时与灌注桩钢筋笼焊接牢
固, 并要有抗上浮及下沉的措施。
5 计算实例
某工程采用QTZ 63型附着式塔吊, 塔吊安装于地下室部位, 塔吊基座采用215m ×215m ×110m 混凝土基础, 桩基为4
m , 混凝土基础面标高-3190m , 地下室底板面标高-10145m , 板厚800mm , 垫层厚100mm , 钢格构柱伸入
桩内118m , 伸入混凝土基础015m , 因此钢格构柱计算长度为6125m , 总长为8155m , 作用于柱顶最大压力为
965kN , 水平力为10kN , 格构
柱截面如图2所示。对格构柱及缀条焊缝进行验算与计算, 结果满足要求(计算过程略) 。
图2 格构柱截面示意
6 结语
采用钢格构柱基础的塔吊可以在基坑开挖前及时安装使用, 其受力明确, 安全适用, 施工方便。据测算并结合工程实际, 采用混凝土承台比采用钢板连接要略经济, 特别是混凝土承台采用“回”字形基础形式的情况, 且采用混凝土基础平整度及连接强度相对有保障。与埋于地下室底板下的塔吊基础相比, 可不必先为塔吊基础施工进行土方开挖及临时支护, 混凝土承台可破除, 其中钢筋及预埋节还可回收, 钢格构柱也有大部分回收, 相对比较经济。
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施 工 技 术
C ONSTRUCTI ON TECHNO LOGY 2006年11月第35卷 第11期
钢格构柱塔吊基础设计与施工
朱良锋, 王妙春, 叶小倩
(浙江宝业建设集团有限公司, 浙江绍兴 312028)
[中图分类号]T U75312
[文献标识码]A [文章编号]100228498(2006) 1120056202
Design and Construction of Tow er Crane Foundation by Steel Lattice Column
ZHU Liang 2feng , WAN G Miao 2chun , YE X iao 2qian
(Zhejiang Baoye Construction Group Co . , Ltd . , Shaoxing , Zhejiang 312028, China )
随着工程建设的发展, 地下室深度及规模越来越大, 为了施工需要, 有些塔吊必须安装于地下室部位, 考虑塔吊需要提早使用, 同时为减少塔吊基础施工时的挖深, 塔吊基础可做成钢格构柱形式。
1 钢格构柱基础设计
1) 钢格构柱塔吊基础
式(4) ;
A 1x ———构件截面中垂直于x 轴的各斜缀条的毛 截面面积之和。
213 构件长细比
λΠy =H x =λ(4A 0) I Π(4)
式中:H ———格构柱的总高度, 取其净高; I ———格构柱的截面惯性矩, 按式(5) 计算; A 0———格构柱1个主肢的截面面积。
214 格构柱的截面惯性矩I
I =I x =I y =4[I x 0+A 0(a Π2-Z 0) ]
图1 钢格柱塔吊
基础立面示意
2
由预埋于灌注桩内钢格构柱及在其上浇筑的钢筋混凝土承台或焊接钢板作为承受塔吊荷载的基础, 如图
1所示。
2) 钢格构柱一般采用4
(5)
式中:I x 0———格构柱的主肢平行于主肢x 轴的惯性 矩;
a ———格构柱的边长;
Z 0———主肢形心轴距主肢外边缘距离。
215 格构柱及缀条长细比
(1)
肢组合对称构件, 缀件采用钢板或角钢作缀板、缀条。
2 钢格构柱基础计算211 钢格构柱受压稳定
(φQ max ΠA ) ≤f
式中:φ———轴心受压构件的稳定系数, 根据构件的换
算长细比λ钢材屈服强度按b 类截面查0、
表取用;
A ———构件毛截面面积;
Q max ———钢格构柱轴心受压最大单柱竖向力; f ———钢材抗拉、压强度设计值。
格构柱及缀条长细比均不得大于150。
40, 且≤当缀件为缀板时, 构格柱单肢长细比λ1≤柱长细比的015倍(当柱长细比
缀件为缀条时, λ柱长细比的017倍, 其计算长度取1≤相邻两横杆(缀板) 净间距。
216 格构柱柱顶水平位移
格构柱在水平风荷载作用下的柱顶水平位移不宜超过H Π500, 其水平位移可按V ΠD 计算, V 为柱顶水平力, 其抗侧刚度D 可按D =12EI ΠH 3计算, 其中, E 为钢材弹性模量。
212 构件换算长细比λ0
当缀件为缀板时:
λ0x =λ0y =
当缀件为缀条时:
λ0x =λ0y =
2
A 1x x +40A Π
x +λ
2
2
1
(2)
217 缀材所受剪力及焊缝验算
缀材应按所受剪力值计算其稳定性及焊缝, 剪力
(3)
[收稿日期]2006207207
) , 男, 浙江绍兴人, 浙江宝业建设集[作者简介]朱良锋(1971—
团有限公司副总工程师, 浙江绍兴 312028, 电话:(0575) 4574487
式中:λ——格构柱1个主肢对最小刚度轴的长细比, 1—
其计算长度为两缀板间的净距离;
λ——整个构件对x 轴(y 轴) 的长细比, 按x (λy ) —
2006N o. 11朱良锋等:钢格构柱塔吊基础设计与施工57
值V 按式(6) 计算:
V =
f 85
(6)
式中:f y ———钢材的屈服强度。
缀板所受剪力T =Vl 1Π(2a ) , 弯矩M =Vl 1Π4, 斜缀
条按N =V Π2cos α计算稳定性及焊缝, 其中α为缀条与水平面的夹角, l 1为1个节间长度。
218 钢承台验算
当钢格构柱上为钢板作为承受塔吊基础荷载的基础时, 尚应按规范要求分别验算钢板、钢板与格构柱连接焊缝、加强肋、钢板与塔吊基座底架的连接螺栓强度。其中钢板按四边支承受弯构件, 焊缝按角焊缝受压(拉) , 螺栓按受剪、拉及剪拉共同受力计算, 其计算方法按相应规范要求。
219 桩基础验算
桩基础按相应规范要求计算。
3 钢格构柱基础构造要求
1) 钢格构柱一般伸入灌注桩内, 与灌注桩一同浇
筑, 伸入长度宜≥115m , 格构柱伸入桩部位桩箍筋加密
1倍, 应保证混凝土的加灌长度满足相应规范要求。
2) 塔吊与基础间连接可采用预埋螺栓, 按说明书
要求的常规形式, 也可直接将预埋专用基础节埋入混凝土基础内, 由于钢格构柱塔吊一般在地下室内布置, 受平面限制, 故一般采用预埋基础节的形式。
3) 为减少钢格构柱及桩受压竖向力, 塔吊所在部
位平面条件许可时基座可采用十字形混凝土基础, 其外伸部分做成梁式结构; 采用正方形基础时应在格构柱间设置四周暗梁改善其整体受力性能; 为减少基础自重, 也可采用“回”字形基础形式, 即去掉中间部分混凝土而成梁式结构。
4) 基础厚度宜≥900mm 。5) 混凝土强度等级宜≥C25。
6) 底板钢筋采用双层双向钢筋网, 钢筋宜采用HRB400级和HRB335级。
7) 一般塔吊基础可不必进行抗冲切及抗剪验算,
塔吊基础配筋可按构造要求。
8) 桩配筋可按以下要求确定:①采用灌注桩时按0120%～0165%(小直径桩取大值) 的最小配筋率; ②配
筋长度 当利用桩侧摩阻力达桩身承载力40%以上时, 宜沿桩身通长配筋; 桩径>600mm 的钻孔灌注桩, 长度宜≥桩长的1Π2; 桩基穿越淤泥、淤泥质土或液化土层时, 配筋应穿过这些土层; 承台位于边坡上的桩配筋长度应穿过基坑底不少于基坑深度的长度; 当桩配筋长度>2Π3桩长且桩配筋数量≥10根时, 可距桩底减半配筋, 但不应
200～300, 宜采用螺旋式箍筋, 每隔2m 设1道
14) 焊接加强箍筋。
9) 钢格构柱之间宜在外侧设置水平及斜向支撑,
斜向支撑与格构柱成45°, 相邻两面斜支撑错开布置, 支撑材料可采用角钢或槽钢, 其截面积不小于格构柱
1个主肢的截面积。4 施工要求
1) 塔吊基础的施工应执行验槽及隐检程序。2) 基础各项尺寸允许偏差应满足下列要求:厚度
±15mm ; 边长±20mm ; 桩位±50mm ; 桩长±100mm ; 平整度
3) 确保塔吊基础预埋件牢固正确预埋, 浇筑混凝
土过程中不得碰撞, 并要加强观测, 避免移位。
4) 塔吊基础浇筑后应做好养护工作, 及时做沉降
及位移观测点, 在塔吊搭设后应立即进行沉降及位移的原始观测, 做好记录。
5) 塔吊安装前基础混凝土应达到80%设计强度。6) 一次性装高不得超过设计高度, 塔吊升高应先
安装好附墙装置。
7) 必须按规定做好塔吊基础的防雷接地。8) 应注意预埋钢格构柱时与灌注桩钢筋笼焊接牢
固, 并要有抗上浮及下沉的措施。
5 计算实例
某工程采用QTZ 63型附着式塔吊, 塔吊安装于地下室部位, 塔吊基座采用215m ×215m ×110m 混凝土基础, 桩基为4
m , 混凝土基础面标高-3190m , 地下室底板面标高-10145m , 板厚800mm , 垫层厚100mm , 钢格构柱伸入
桩内118m , 伸入混凝土基础015m , 因此钢格构柱计算长度为6125m , 总长为8155m , 作用于柱顶最大压力为
965kN , 水平力为10kN , 格构
柱截面如图2所示。对格构柱及缀条焊缝进行验算与计算, 结果满足要求(计算过程略) 。
图2 格构柱截面示意
6 结语
采用钢格构柱基础的塔吊可以在基坑开挖前及时安装使用, 其受力明确, 安全适用, 施工方便。据测算并结合工程实际, 采用混凝土承台比采用钢板连接要略经济, 特别是混凝土承台采用“回”字形基础形式的情况, 且采用混凝土基础平整度及连接强度相对有保障。与埋于地下室底板下的塔吊基础相比, 可不必先为塔吊基础施工进行土方开挖及临时支护, 混凝土承台可破除, 其中钢筋及预埋节还可回收, 钢格构柱也有大部分回收, 相对比较经济。