塔機鋼平臺基礎的設計應用及施工工藝

劉志陽，王開發，孫齊超，金久富，才 冰

(1.撫順永茂建筑機械有限公司，遼寧 撫順 113000；2.中核華興達豐機械工程有限公司，上海 200331)

隨著基建項目的難度和城市空間利用率的提升，一些項目不得不選擇在空間狹小，且無法進行樁基施工的場地進行基建，對于一些無法制作板式基礎或者樁基的項目，鋼平臺基礎則成為大多項目考慮的方案，比如地鐵上方的建筑施工等。此時就需要借助鋼平臺基礎來滿足塔機的安裝與使用。本文以若干個項目中使用的鋼平臺基礎為例，對鋼平臺基礎在設計與施工中應注意的問題進行匯總；同時根據項目特點，對鋼平臺基礎的布置進行分析。基于此，將鋼平臺基礎應用于現場，對鋼平臺基礎的制作過程中的關鍵施工工藝做出論述，為相類似項目中鋼平臺基礎的設計與施工提供一定的理論基礎與實踐經驗。

1 鋼平臺基礎布置形式

鋼平臺基礎一般由鋼梁組合制作而成。根據現場場地的特點，主要分為井字型箱梁鋼平臺基礎、直角三角形箱梁鋼平臺基礎以及型鋼組合基礎。

井字型箱梁鋼平臺基礎與三角型箱梁鋼平臺基礎均由4 根鋼箱梁組成（圖1）。2 根鋼箱梁搭在建筑結構上，剩余2 根則搭在前2 根鋼箱梁上，為塔機錨腳提供固定的空間。而型鋼的強度相較于箱梁較弱，因此型鋼組合基礎一般適用于小型塔機。

圖1 鋼平臺基礎組合形式

3 種基礎布置形式可采用不同的連接方式固定在建筑結構上，目前大多采用埋件、鋼牛腿-埋件以及直接焊接的形式。若施工現場可提供預埋位置，則可以采用埋件或者埋件-牛腿的形式。若現場無法滿足預埋，則需要重新考慮鋼梁端部與建筑結構的連接方式。當現場為鋼柱時，可根據鋼柱的截面形狀設計鋼梁端部（圖2）。

圖2 鋼梁端部與建筑連接形式

圖2 中與鋼梁端部相連接的為鋼柱，且根據鋼平臺基礎的布置形式，鋼梁端部與鋼柱的焊接形式不同。若鋼梁的布置形式剛好與鋼柱垂直，則可以直接焊接，將鋼梁與鋼柱連接在一起；若鋼梁的布置與鋼柱不垂直，則需要根據鋼梁與鋼柱的角度來設計鋼梁的端部，此種形式的鋼梁端部采用V 形設計，與鋼柱三面焊接。

2 錨腳固定與載荷分析

對于鋼平臺基礎的塔機錨腳，一般采用焊接錨腳和高強螺栓錨腳。當采用焊接錨腳時，需注意以下問題：①鋼梁在焊接前，鋼梁的定位需按照塔機錨腳的定位尺寸進行布置，避免鋼梁焊接后的中心距無法安裝標準節；②在設計鋼梁時，基礎鋼梁除滿足塔機基礎載荷外，鋼梁的上表面還需提供足夠的錨腳焊接空間，避免焊接錨腳的焊縫面積不足（圖3）。

圖3 焊接錨腳及布置

當鋼平臺基礎采用高強螺栓錨腳時，除以上注意事項以外，由于高強螺栓與鋼梁上表面連接，還需考慮如何安裝高強螺栓。針對此難點，可以考慮在安裝高強螺栓的箱梁中部開孔。開孔的大小只需滿足高強螺栓的安裝與拆卸空間即可，不宜過大，過大則會損壞鋼梁的強度。

高強螺栓的大小根據塔機每個錨腳所受最大載荷來確定，即抗剪與拉壓。當采用鋼平臺基礎時，塔機每個錨腳的受力可按照以下計算方法進行計算。計算工況一共有兩大類，一是起重臂平行或者垂直于基礎鋼梁，二是起重臂與基礎鋼梁呈45°角時，共計8 種工況，以井字形鋼平臺基礎為例，如圖4 所示。

圖4 鋼平臺基礎工況分析

以工況1 為例，當起重臂平行于基礎橫向鋼梁指向工況1 時：錨腳A與D受壓，錨腳B與C受拉，可得

當起重臂指向工況2 時，傾覆力矩繞AC軸作用，此時錨腳D承受壓力，錨腳B點承受拉力，錨腳A點與D點承擔塔機1/4 的重量，可得：

式中：FA為錨腳A處的拉壓力；G為塔機重量；M為塔機傾覆力矩；LAB為錨腳A和錨腳B的中心距；V為每個錨腳所受水平力；FV為塔機所受水平力；

同理可得其他6 種工況下錨腳的載荷，可對錨腳上的焊縫或者連接高強螺栓進行設計與復核。從上述公式中可以得出，起重臂在朝向錨腳對角線時，鋼平臺基礎受力最大。

3 鋼平臺基礎的設計搭建

鋼平臺基礎由箱梁組合而成，根據塔機4 個錨腳處的載荷，可以對鋼平臺基礎進行設計與搭建。鋼平臺基礎的箱梁強度與剛度需滿足錨腳處的載荷，對于箱梁的計算校核，一般采用有限元分析的方法。根據現場實際場地，布置4 根箱梁的搭接形式，隨后建立有限元分析模型，對整個鋼平臺基礎進行受力分析，強度分析如圖5 所示。

圖5 鋼平臺基礎有限元分析

為保證各種工況下鋼平臺基礎的安全使用，分析應綜合考慮以上8 種工況，取8 種工況中應力與變形量的最大值來設計箱梁的截面尺寸。

在鋼平臺基礎搭建時，鋼梁端部與埋件或者牛腿面板的連接采用角焊縫連接，下層鋼梁與上層鋼梁的連接同樣采用角焊縫連接，考慮到連接處會產生扭矩及水平剪力，對焊縫造成不利影響，此時連接處可采用兩側焊接加筋板的形式抵消扭矩及水平剪力的影響，增加鋼平臺基礎連接處的安全性。現場施工如圖6 所示。

圖6 鋼平臺基礎連接處加筋板

4 發展方向展望

隨著目前模塊化、輕量化及綠色環保施工理念的深入，今后鋼平臺基礎的發展方向可從以下3 個方面入手：①采用模塊化的鋼平臺基礎，即根據塔機的噸位，就可以快速選擇合適的鋼平臺基礎，避免選擇過大的鋼平臺基礎浪費材料或者過小的鋼平臺基礎安全性不足；②鋼梁與鋼梁、建筑結構的連接由原來的焊接轉變為活性連接，現場施工可通過活性連接快速組裝或者拆卸鋼平臺基礎；③鋼平臺基礎的定位更加便捷，實現一次吊裝定位就可實現安裝塔機錨腳及標準節的需求，極大的方便現場的施工。

5 結語

以若干個項目中鋼平臺基礎的應用為例，對鋼平臺基礎應用的條件進行分析總結，在此基礎上對現階段鋼平臺基礎的布置形式、錨腳固定、載荷分析與鋼平臺基礎的設計搭建進行詳細的描述，并對目前鋼平臺基礎現場施工及設計中存在的難點進行探討和歸納，指出了鋼平臺基礎的未來發展方向，為其他類似項目中鋼平臺基礎的設計與施工提供了方法指導和實踐依據。