建設工程塔吊基礎整體穩定性及抗風研究

李秀麗

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

太原市某綜合服務大樓約30萬m2的工程，布局為“回”字形。長200 m，寬150 m，高38 m，地下3層，地上10層。施工面積大，基挖深，存在一定困難。工程內塔機安裝如用汽車起重機，需要1 000 t，費用相當高。塔機群作業有干涉現象，必須分四個空間層面。工程外塔機需安裝在±0左右，不得安裝在基坑槽底。一是基坑深、護坡大，沒有位置;二是工程造價高，這樣塔機基礎承臺下鋼筋混凝土需懸空。

太原受西伯利亞冷空氣控制在冬春節風影響，年極端最大風速為25 m/s，對于建筑工程中塔吊起重設備有一定的影響，在工程使用中需要進行一定的驗算，以避免造成不必要的經濟損失。

1 風荷載的計算

根據業主單位提供的風級風速換算表(見表1)及《鐵路橋涵設計基本規范》［1］中的4.4.1條確定風荷載的大小。

表1 風級風速換算表

《鐵路橋涵設計基本規范》中的4.4.1條規定，結構物受到風的作用下的風荷載強度可按下式計算:

其中，W為風荷載強度，Pa;W0為基本風壓值，Pa;K1為風載體形系數;K2為風壓高度變化系數;K3為地形、地理條件系數。

針對本工程場地實際特點，取 K1=1.4，K2=1.0，K3=1.0。取風級8下的風速為18 m/s，風級9下的風速為22 m/s，風級10下的風速為26 m/s，風級11下的風速為30 m/s。計算得塔吊每延米的荷載強度見表2。

表2 風級與風荷載強度大小

2 塔吊整體穩定性驗算

根據現場調研及相關單位提供的資料，C6010塔吊高度為20 m，有效臂長12.5 m。塔吊基礎為鋼筋混凝土承臺及混凝土灌注樁，承臺尺寸為5 500 mm×5 500 mm×1 350 mm，混凝土灌注樁為5φ700 mm，具體塔吊平面示意圖及基礎平面見圖1，圖2。作用在塔吊基礎上的荷載為47.6 t，鋼筋混凝土基礎承受的壓力設計值N0=3 200 kN。

其中，N1為塔機對3號灌注樁產生的壓力;N2為M對3號灌注樁產生的壓力;N3為混凝土承臺對3號灌注樁產生的壓力。

圖1 塔吊平面示意圖

圖2 基礎平面示意圖

其中，h為混凝土基礎的高度;b為混凝土基礎的寬度;r為混凝土密度，r=2.4 t/m2。

即 N=9.52+124.4+98.01=231.93=2 319.3 kN。

N＜N0，所以整體穩定。基礎抗傾覆驗算如下:

當作用在塔吊上的風荷載為10級時，塔吊受到傾覆力矩為:

其中，P1為塔吊所吊重物的重量，按6 t計;L1為重物距離塔吊形心的距離。塔吊受到抗傾覆力矩為:

所以塔吊不會傾覆。

3 鋼筋混凝土灌注樁裸露剛度校核

參考《建筑結構》［2］一書計算受壓構件正截面承載力。

樁基灌注樁為 5根 φ700的圓柱，每根樁內設鋼筋為16-φ16 mm。受壓構件正截面承載力按下式計算:

其中，N為設計軸向力;φ為鋼筋混凝土受壓構件穩定系數;fc為混凝土抗壓強度值，由表3可查，fc=9.6 N/mm2;A為構件截面面積;fy'為縱向鋼筋的抗壓設計強度，取fy'=170 N/mm2;As'為全部縱向鋼筋的截面面積。

實際工程中使用的混凝土為C30，而計算中為保證混凝土中的土雜質不影響其強度質量，用C20計算，取值C20=9.6 N/mm2。

表3 混凝土強度設計值 N/mm2

由公式:N≤0.9φ(fcA+fy'As')得:φ≥N/0.9(fcA+fy'As')=1 349.4/［0.9 ×(9.6 ×3.14 ×3502+170 × 16 × 3.14 × 82)］=0.354。

φ=0.354小于根據長細比l0/d=10 000/700=14.29得出的φ=0.75(見表4)，所以混凝土樁裸露處剛度滿足要求。

4 鋼筋混凝土灌注樁強度校核

根據長細比 l0/d=10 000/700=14.29，由表4查得 φ =0.75。

得出鋼筋混凝土單個樁的承載力為286.15 t，且在由上至下挖基坑的同時進行抱箍作業，更加保證了樁基混凝土灌注樁的安全性(抱箍方式見塔機基礎技術資料)。

表4 鋼筋混凝土受壓構件的穩定系數

即N=2 861.495＜N0=3 200 kN，所以鋼筋混凝土樁強度滿足要求。

5 結語

經驗算塔吊在受到風荷載及重物作用基礎的整體穩定性滿足工程要求，特殊要求下承臺及基礎的混凝土灌注樁裸露剛度及強度也滿足設計要求，并且在工程的實施中也證明了這一點，通過對建設工程塔吊基礎整體穩定性及抗風的研究，為工程的順利進行提供有力的保障。

［1］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設計基本規范［S］.

［2］熊丹安，程志勇.建筑結構［M］.廣州:華南理工大學出版社，2011.