岳麒
(云南省房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營(集團(tuán))有限公司 云南昆明 650217)
單樁承臺(tái)在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
岳麒
(云南省房地產(chǎn)開發(fā)經(jīng)營(集團(tuán))有限公司 云南昆明 650217)
塔吊是現(xiàn)代工民建工地上最常用的一種起重設(shè)備,因其具有起升高度和工作幅度的性能優(yōu)勢(shì),在高層建筑施工中得到廣泛使用,但塔吊的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工中仍存在一些問題,如果這些問題得不到解決將會(huì)造成嚴(yán)重的后果,本文以某廠房車間塔吊基礎(chǔ)施工實(shí)例為例,闡述了單樁承臺(tái)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算,為單樁承臺(tái)塔式起重機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。
塔吊基礎(chǔ);樁;承載力
塔吊是現(xiàn)代工民建工地上一種必不可少起重設(shè)備,因其具有起升高度和工作幅度的性能優(yōu)勢(shì),在高層建筑施工中得到廣泛使用。而高層塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)管理要求非常高,稍有不慎,非常容易造成嚴(yán)重施工事故。近年來,塔吊事故頻發(fā),成為建筑施工中事故多發(fā)點(diǎn)及事故源,塔吊事故原因是多方面的,其中一個(gè)主要原因是塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)存在問題,塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是個(gè)交叉的學(xué)科,貫穿了機(jī)械設(shè)計(jì)與建筑設(shè)計(jì)兩大學(xué)科。塔吊是施工機(jī)械,設(shè)計(jì)理論主要源于機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)理論,其內(nèi)力數(shù)據(jù)是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)理論計(jì)算得出的,而塔吊的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)則是一般構(gòu)筑物,適用于一般建筑設(shè)計(jì)規(guī)范,這給塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)帶來不確定性。
塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要從施工現(xiàn)場的實(shí)際出發(fā),結(jié)合工程特點(diǎn),具體問題具體分析,一般來講地質(zhì)條件能夠滿足塔吊基礎(chǔ)承載力的要求應(yīng)優(yōu)先考慮淺基礎(chǔ);地質(zhì)條件滿足不了塔吊基礎(chǔ)承載力要求的,則只能選擇深基礎(chǔ),而樁基礎(chǔ)以其施工快,成本低受到青睞,但樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)同樣應(yīng)以降低成本為原則,下面以某廠房車間的塔吊樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為例對(duì)塔吊樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。
以某廠房車間項(xiàng)目中QTZ-63(5013)型塔吊為例,塔吊基礎(chǔ)為一根直徑d=1500mm人工挖孔樁,樁入土深度h=10m,樁頂約束情況為與承臺(tái)固接,混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,Ec=30000N/mm2,樁身縱筋φ16@250共18 根,As=3617.28mm2,螺旋箍筋 φ8@200,加強(qiáng)筋 φ14@2000;凈保護(hù)層厚度C=50mm,鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值aE=6.667。
2.1 樁身配筋率
2.2 樁身換算截面受拉邊緣的表面模量
樁身換算截面慣性矩:
Io=ωo×d/2=0.253m4
對(duì)于鋼筋混凝土樁,樁身抗彎強(qiáng)度:
EI=0.85EcIo=6458.51MN·m2
2.3 樁的水平變形系數(shù)
樁側(cè)土水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)查表取m=4MN/m4,根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范,當(dāng)直徑大于1m時(shí):
bo=0.9(d+10)=2.25m
樁的水平變形系數(shù):
2.4 樁的水平位移計(jì)算
按塔吊獨(dú)立高度基礎(chǔ)最大荷載計(jì)算,單位力作用于樁頂時(shí),樁頂?shù)乃轿灰坪娃D(zhuǎn)角根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范計(jì)算,計(jì)算簡圖如圖1所示(如表 1)。
圖1 計(jì)算簡圖
表1 QTZ-63型塔吊獨(dú)立高度基礎(chǔ)最大荷載
(1)單位水平力(H=1)作用于樁頂時(shí),樁頂?shù)乃轿灰痞腍H與轉(zhuǎn)角δMH按下式計(jì)算:
δHH=Af/a3EI;
δMH=Bf/a2EI
當(dāng)樁頂?shù)膿Q算深度ah=0.268×10=2.68m時(shí)查表可得Af=3.0568、Bf=
1.9724 則:
δHH=3.46×10-5(m/kN)
δMH=4.252×10-6(1/kN)
(2)單位彎矩(M=1)作用于樁頂時(shí),樁頂?shù)乃轿灰痞腍M與轉(zhuǎn)角δMM按下式計(jì)算:
δHM=δMH(位移互等定理)
δMM=Cf/aEI
當(dāng)ah=2.68時(shí)查表得Cf=1.9634計(jì)算得:
δMM=1.134×10-6(1/(m·kN))
(3)計(jì)算在水平力H與彎矩M作用下樁頂?shù)乃轿灰苮o和轉(zhuǎn)角φ0:
xo=HδHH+MδHM;
φ0=-(HδMH+MδMM)
式中M=1347+1.3H=1434.1kN·m則:
xo=774.6×10-5m
φ0=-1911.2×10-6rad
∣φ0∣=1.911×10-3rad<φ0a=5×10-3rad
xo=7.746mm<xoa=10mm
式中:φ0a為樁頂轉(zhuǎn)角容許值;xoa為樁頂?shù)乃轿灰迫菰S值,當(dāng)以位移控制時(shí)取10mm,塔吊單樁基礎(chǔ)樁頂水平位移在規(guī)范的容許值范圍內(nèi),所以單樁承臺(tái)式塔吊基礎(chǔ)的抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。
2.5 計(jì)算樁身最大彎矩及其位置
查表得樁身最大彎矩截面系數(shù):
C1=aM/H=5.7364
按ah與C1查得ay=0.4362則最大彎矩位置:
yMmax=ay/a=1.628m
即最大彎矩在地面下1.628m。
按ah和ay查得最大彎矩系數(shù)CⅡ=1.0531則最大彎矩:
Mmax=MCⅡ=1510.3kN·m
2.6 樁底地基承載力計(jì)算
樁基為偏心荷載作用,不符合塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范地基承載力有關(guān)公式,取上表中非工作狀態(tài)下荷載進(jìn)行計(jì)算:
樁基礎(chǔ)承受的垂直力:Qk=N+Gc=1426kN
樁基礎(chǔ)承受的力矩:Mk=M傾+1.3H=1434kN·m
按偏心受壓公式計(jì)算則:
Pkmax=Qk/3.14R2+Mk/3.14R3/4=5.14N/mm2
3.1 中風(fēng)代巖石
巖石地基承載力特征值fa=1.2φyfyk,式中折減系數(shù)φy=0.5,泥巖天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取fyk=9N/mm2則:
fa=5.4N/mm2>Pkmax=5.14N/mm2
滿足地基承載力要求。
3.2 非巖石土類地基承載力
要滿足地基承載力的要求,樁基礎(chǔ)一定要坐落在老土層上,且要采取樁底擴(kuò)孔的技術(shù)措施,并根據(jù)埋置深度和樁底直徑對(duì)地基承載力特征值進(jìn)行修正。
3.3 強(qiáng)風(fēng)化和全風(fēng)化的巖石
參照所風(fēng)化成的相關(guān)土類,取相應(yīng)的承載力修正系數(shù),進(jìn)行修正;巖石的單軸抗壓標(biāo)準(zhǔn)值需對(duì)基巖取樣做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),如基巖不能滿足塔吊承載力的要求則采取擴(kuò)大底部樁頭直徑的措施。
樁基礎(chǔ)在塔吊基礎(chǔ)中應(yīng)用廣泛,但不少工程一直受采用幾樁承臺(tái)困擾,其實(shí)塔吊基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程的不同情況、特點(diǎn)做具體的分析計(jì)算。本文所述某廠房車間塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì),即采用以上塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)計(jì)算,工程實(shí)踐中使用情況良好,塔吊未出現(xiàn)下沉、傾斜等現(xiàn)象,因此,單樁承臺(tái)在塔式起重機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中具有安全可行和經(jīng)濟(jì)適用的優(yōu)勢(shì),如果施工現(xiàn)場能滿足塔吊承載力的要求可以選擇單樁承臺(tái)。
[1]《塔式起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB/T13752-1992).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.
[2]《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》(JGJ94-94).中國建筑工業(yè)出版社,1994.
[3]《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002).中國建筑工業(yè)出版社,2002.
TU753
A
1004-7344(2016)18-0266-02
2016-6-1
岳 麒(1979-),男,漢族,副高級(jí)工程師,大學(xué)本科,主要從事房地產(chǎn)開發(fā)、施工、造價(jià)工作。