CN109356190B

CN109356190B - 一种格构柱式墩台混凝土塔吊基础及其施工方法

Info

Publication number: CN109356190B
Application number: CN201811344475.7A
Authority: CN
Inventors: 张具林; 全有维; 蔡王鹏
Original assignee: Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd
Current assignee: Third Construction Co Ltd of China Construction Eighth Engineering Divison Co Ltd
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: CN109356190A

Abstract

本发明公开一种格构柱式墩台混凝土塔吊基础，包括四根钻孔灌注桩，四根插入到钻孔灌注桩内的格构柱，浇筑在格构柱顶部的混凝土基础，以及预埋在所述混凝土基础内的预埋基础节或预埋螺栓；所述混凝土基础为十字梁式基础，所述格构柱的顶部伸入所述混凝土基础内，并与混凝土基础的十字梁四角的钢筋相互连接，所述预埋基础节或预埋螺栓预埋于混凝土基础的十字梁上。本发明格构柱同混凝土墩台相结合的塔吊基础，能够很好的解决传统塔吊钢平台同格构柱之间的钢结构焊接中易出现的质量问题，对于加快基坑土方和支撑的施工进度和减轻施工人员的劳动强度均具有很好的作用，并且在使用过程中，完全确保工程大型机械的使用安全。

Description

一种格构柱式墩台混凝土塔吊基础及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑工程行业大型施工机械--塔吊的格构式基础设置领域。

背景技术

建筑施工塔吊的格构式钢平台基础，已经在建筑工程中普遍采用，其方法是先期施工四根钻孔灌注桩，利用插入到桩基内的格构柱，升到自然地面以上，采用钢梁相互连接塔吊标准节和格构柱。

采用这种结构型式的塔吊基础，从施工现场的实施效果来看并不是非常令人满意的，主要存在的问题塔吊基础钢梁无法同格构柱可靠连接(塔吊基础钢梁下翼缘是平整的，而格构柱是四根角钢，钢板同角钢不能形成可靠连接)，只能采用角焊缝相互焊接。

而角焊缝在钢结构工程中只是一种次要构件的焊接连接方式，一般不作为主要构件的受力焊缝；并且此角焊缝需要在现场焊接，更容易产生质量问题，主要有以下几个方面：

第一是焊道清根，焊接前的焊道清根只能通过观感来判断，不易达到完全令人满意、放心的地步；

第二是现场焊缝仰焊焊接，仰焊本身就是一种在焊接工艺中最难实施的焊接手段，对于焊工的技术等级及焊接经验都有非常高的要求，在施工现场不容易达到；

第三是对于角焊缝目前没有可靠的焊缝检测手段，只能通过焊缝表面观察来检查焊缝质量，具有很大的随意性和偶然性；

第四是对于承受动力荷载的结构，不宜采用焊缝连接形式，如必须采用焊缝连接形式，应采用全熔透焊缝并将焊缝表面进行打磨，消除焊缝表面的质量缺陷；

第五是大多数土建工程施工现场，焊工的技术等级达不到钢结构焊接的要求。

第六是塔吊基础的设置单位一般是工程总承包单位，而总承包单位内对钢结构专业了解的人员较少，所以在塔吊钢平台的设置、安装、焊接过程中，没有能力对其焊接质量进行检查、评价和验收。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种格构柱式墩台混凝土塔吊基础，使塔吊先期就能够安装，在地下室基坑土方开挖、混凝土内支撑施工中塔吊就可以进行材料的垂直、水平运输，加快工程施工进度、降低施工人员的劳动强度，并确保在工程前期安装的基础及塔吊能够安全使用。

技术方案：本发明所述格构柱式墩台混凝土塔吊基础，包括四根钻孔灌注桩，四根插入到钻孔灌注桩内的格构柱，浇筑在格构柱顶部的混凝土基础，以及预埋在所述混凝土基础内的预埋基础节或预埋螺栓；

所述混凝土基础为十字梁式基础，所述格构柱的顶部伸入所述混凝土基础内，并与混凝土基础的十字梁四角的钢筋相互连接，所述预埋基础节或预埋螺栓预埋于混凝土基础的十字梁上。

本发明进一步优选地技术方案为，所述格构柱的底部至少插入所述钻孔灌注桩内3000mm。

优选地，所述混凝土基础内为预埋基础节，预埋基础节的四角分别固定在所述混凝土基础的十字梁上，且四角的位置分别位于四根格构柱与混凝土基础的连接节点和十字梁的中心点之间；塔吊通过所述预埋基础节与混凝土基础连接。

优选地，所述混凝土基础内为四个预埋螺栓，四个预埋螺栓分别预埋在四根格构柱与混凝土基础的连接节点和十字梁的中心点之间的十字梁梁臂上；塔吊通过所述预埋螺栓与混凝土基础连接。

优选地，所述格构柱与混凝土基础的连接节点的底部通过托板支撑，格构柱内部通过铁板封闭。

本发明上述格构柱式墩台混凝土塔吊基础的施工方法，包括如下步骤：

(1)在塔吊位置架设位置施工四根钻孔灌注桩，再将格构柱插入钻孔灌注桩桩基内至少3000mm，格构柱的顶部露出地面；

(2)土方开挖至塔吊基础底部标高，用木模板支设模具；

(3)绑扎混凝土基础的钢筋，先绑扎十字梁钢筋，十字梁四角的钢筋与四根格构柱的顶部相互绑扎连接；再绑板面钢筋；

(4)准确放样出塔吊预埋件的位置，并与十字梁钢筋焊接牢固，同时做好塔吊防雷措施；

(5)整体浇筑混凝土基础，达到设计强度后在塔吊预埋件上安装塔吊。

有益效果：本发明格构柱同混凝土墩台相结合的塔吊基础，能够很好的解决传统塔吊钢平台同格构柱之间的钢结构焊接中易出现的质量问题，对于加快基坑土方和支撑的施工进度和减轻施工人员的劳动强度均具有很好的作用，并且在使用过程中，完全确保工程大型机械的使用安全，对具有类似的工程，具有一定的推广性；另外本发明的基础形式与板式混凝土基础相比每个基础混凝土节约方量为10m³，节约钢筋约700kg，能够降低施工成本，提高施工效率。

附图说明

图1为本发明塔吊基础的结构示意图；

图2为本发明所述混凝土基础的平面布置图；

图3为本发明所述格构柱和混凝土基础的节点结构示意图；

图中，1-格构柱、2-混凝土基础、3-预埋螺栓。

具体实施方式

下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：以某工程为例，地下一层，具体地质情况详见下表。

格构柱式墩台混凝土塔吊基础，采用四根Φ800mm的钻孔灌注桩，截面为460mm×460mm的格构柱1插入灌注桩不小于3000mm。在格构柱1顶部采用现浇混凝土基础2。塔吊同混凝土基础2的连接采用预埋螺栓3。混凝土基础2为十字梁式基础，梁宽1000mm，高1250mm，梁翼缘为200厚混凝土板，十字梁采用200×400的梁连系。460mm×460mm格构柱1插入十字梁基础内，塔吊预埋螺栓3也预埋在十字梁上。四个预埋螺栓3分别预埋在四根格构柱1与混凝土基础2的连接节点和十字梁的中心点之间的十字梁梁臂上。格构柱1截面边长为460mm,钢柱长度为8.9m，缀板间净距340mm，格构柱分肢材料L140×12，缀条材料L40×5，格构柱1与混凝土基础2交接处采用100mm宽托板托住，格构柱内部用5mm厚铁板焊死，保证混凝土顺利浇筑。

格构柱式墩台混凝土塔吊基础的施工方法，包括如下步骤：

(1)在塔吊位置架设位置施工四根钻孔灌注桩，再将格构柱1插入钻孔灌注桩桩基内至少3000mm，格构柱1的顶部露出地面；

(2)土方开挖至塔吊基础底部标高，用木模板支设模具；

(3)绑扎混凝土基础2的钢筋，先绑扎十字梁钢筋，十字梁四角的钢筋与四根格构柱1的顶部相互绑扎连接；再绑板面钢筋；

(4)准确放样出塔吊预埋螺栓3的位置，并与十字梁钢筋焊接牢固，同时做好塔吊防雷措施；

(5)整体浇筑混凝土基础2，达到设计强度后在塔吊预埋螺栓3上安装塔吊。

采用以上的基础形式搭设的塔吊完全确保工程大型机械的使用安全，具体验算过程如下：

一、计算依据：

1、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009

2、《混凝土结构设计规范》(2015年版)GB50010-2010

3、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

4、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

5、《钢结构设计标准》GB50017-2017

塔吊施工最不利状态为塔吊的吊臂与十字梁的梁臂平行。

二、塔机属性

塔机型号	TC6010
		塔机独立状态的最大起吊高度H0(m)	40.5
塔机独立状态的计算高度H(m)	47
		塔身桁架结构	方钢管
塔身桁架结构宽度B(m)	1.6

三、塔机荷载

1、塔机传递至基础荷载标准值

2、塔机传递至基础荷载设计值

四、桩顶作用效应计算

承台及其上土的自重荷载标准值：

承台体积＝11.18m³

G_k＝Tγ_c+h'γ'＝279kN

承台及其上土的自重荷载设计值：G＝1.35G_k＝1.35×279＝377.3kN

桩对角线距离：L＝(a_b ²+a_l ²)^0.5＝(2.7²+2.7²)^0.5＝3.82m1、荷载效应标准组合

轴心竖向力作用下：Q_k＝(F_k+G_k+G_p2)/n＝(490+377.3+20)/4＝221.8kN

荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：

Q_kmax＝(F_k+G_k+G_p2)/n+(M_k+F_Vk(H₀-h_r+h/2))/L

＝(490+377.3+20)/4+(1718+18.9×(1.25+8.9-3-1.25/2))/3.82＝687.6kN

Q_kmin＝(F_k+G_k+G_p2)/n-(M_k+F_Vk(H₀-h_r+h/2))/L

＝(490+377.3+20)/4-(1712+74×(1.25+8.9-3-1.25/2))/3.82＝-352.78kN

2、荷载效应基本组合

荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：

Q_max＝(F+G+1.35×G_p2)/n+(M+F_v(H₀-h_r+h/2))/L

＝(661.5+972+1.35×20)/4+(2311+99.9×(1.25+8.9-3-1.25/2))/3.82＝1021kN

Q_min＝(F+G+1.35×G_p2)/n-(M+F_v(H₀-h_r+h/2))/L

＝(661.5+972+1.35×20)/4-(2311+99.9×(1.25+8.9-3-1.25/2))/3.82＝-191kN

五、格构柱计算

1、格构式钢柱换算长细比验算

整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：

I＝4[I₀+A₀(a/2-Z₀)²]＝4×[603.68+32.51×(46.00/2-3.90)²]＝49854.612cm⁴

整个构件长细比：λ_x＝λ_y＝H₀/(I/(4A₀))^0.5＝890/(49854.612/(4×32.51))^0.5＝45.454

分肢长细比：λ₁＝l₀₁/i_y0＝40.00/2.77＝14.44

分肢毛截面积之和：A＝4A₀＝4×32.51×10²＝13004mm²

构件截面中垂直于X轴的各斜缀条的毛截面积之和：

A_1x＝2A_z＝2×3.79×100＝758mm²

格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：

λ_0max＝(λ_x ²+40A/A_1x)^0.5＝(45.454²+40×13004/758)^0.5＝52.463

λ_0max＝52.463≤[λ]＝150

满足要求！

2、格构式钢柱分肢的长细比验算

λ₁＝14.44≤0.7λ_0max＝0.7×52.463＝36.724

满足要求！

3、格构式钢柱受压稳定性验算

λ_0max(f_y/235)^0.5＝52.463×(235/235)^0.5＝52.463

查表《钢结构设计规范》GB50017附录C：b类截面轴心受压构件的稳定系数：

满足要求！

4、缀件验算

缀件所受剪力：V＝Af(f_y/235)^0.5/85＝13004×215×10^-3×(235/235)^0.5/85＝32.892kN

格构柱相邻缀板轴线距离：l₁＝l₀₁+4＝34.00+4＝38cm

斜缀条轴向压力值：

N₀＝V/(2cosα)＝V/(2a/(a²+l₁ ²)^0.5)＝32.892/(2×0.46/(0.46²+0.40²)^0.5)＝21.4kN

缀条计算长度：l_t＝(a²+l₁ ²)^0.5＝(460²+380²)^0.5＝596.66mm

缀条长细比：λ＝l_t/i_min＝59.67/0.78＝76.4＜80

满足要求！

六、桩承载力验算

考虑基坑开挖后，格构柱段外露，不存在侧阻力，此时为最不利状态

1、桩基竖向抗压承载力计算

桩身周长：u＝πd＝3.14×0.8＝2.513m

桩端面积：A_p＝πd²/4＝3.14×0.8²/4＝0.503m²

R_a＝ψuΣq_sia·l_i+q_pa·A_p

＝0.8×2.513×(4.795×8+7.32×25+6.41×35)+1900×0.503＝1851.853kN

Q_k＝221.8kN≤R_a＝1851.853kN

Q_kmax＝687.6kN≤1.2R_a＝1.2×1851.853＝2222.224kN

满足要求！

2、桩基竖向抗拔承载力计算

Q_kmin＝-352.78kN<0

按荷载效应标准组合计算的桩基拔力：Q_k'＝352.78kN

桩身位于地下水位以下时，位于地下水位以下的桩自重按桩的浮重度计算，

桩身的重力标准值：G_p＝l_t(γ_z-10)A_p＝18.525×(25-10)×0.503＝139.771kN

R_a'＝ψuΣλ_iq_sial_i+G_p＝0.8×2.513×(0.3×4.795×8+0.4×7.32×25+0.6×6.41×35)+139.771＝580.736kN

Q_k'＝352.78kN≤R_a'＝580.736kN

满足要求！

3、桩身承载力计算

纵向普通钢筋截面面积：A_s＝nπd²/4＝14×3.142×16²/4＝2815mm²

(1)、轴心受压桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：Q＝Q_max＝1021kN

ψ_cf_cA_p+0.9f_y'A_s'＝(0.75×19.1×0.503×10⁶+0.9×(300×2814.867))×10^-3＝7965.489kN

Q＝1021kN≤ψ_cf_cA_p+0.9f_y'A_s'＝7965.489kN

满足要求！

(2)、轴心受拔桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：Q'＝-Q_min＝163.852kN

f_yA_S＝300×2814.867×10^-3＝844.46kN

Q'＝163.852kN≤f_yA_S＝844.46kN

满足要求！

4、桩身构造配筋计算

A_s/A_p×100％＝(2814.867/(0.503×10⁶))×100％＝0.56％≥0.45％

满足要求！

5、裂缝控制计算

裂缝控制按三级裂缝控制等级计算。

(1)、纵向受拉钢筋配筋率

有效受拉混凝土截面面积：A_te＝d²π/4＝800²π/4＝502655mm²

ρ_te＝(A_s+A_ps)/A_te＝(2814.867+0)/502655＝0.006<0.01

取ρ_te＝0.01

(2)、纵向钢筋等效应力

σ_sk＝Q_k'/A_s＝121.372×10³/2814.867＝43.118N/mm²

(3)、裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数

ψ＝1.1-0.65f_tk/(ρ_teσ_sk)＝1.1-0.65×2.39/(0.01×43.118)＝-2.503

取ψ＝0.2

(4)、受拉区纵向钢筋的等效直径

d_ep＝Σn_id_i ²/Σn_iν_id_i＝(14×16²+0×18²)/(14×1×16+0×0.8×18)＝16mm

(5)、最大裂缝宽度

ω_max＝α_crψσ_sk(1.9_c+0.08d_ep/ρ_te)/E_s＝2.7×0.2×43.118×(1.9×50+0.08×16/0.01)/200000＝0.026m

m≤ω_lim＝0.2mm

满足要求！

七、承台计算

1、荷载计算

塔身截面对角线上的荷载设计值：

F_max＝F/4+M/(2^0.5B)＝661.5/4+2311/(2^0.5×1.6)＝1187kN

F_min＝F/4-M/(2^0.5B)＝661.5/4-2311/(2^0.5×1.6)＝-857.2kN

V_max＝609kN，M_max＝375kN·m，M_min＝-817.9kN·m

2、受剪切计算

截面有效高度：h₀＝h-δ_c-D/2＝1250-50-22/2＝1189mm

受剪切承载力截面高度影响系数：β_hs＝(800/1189)^1/4＝0.906

塔吊边至桩边的水平距离：a_1b＝(a_b-B-d)/2＝(2.7-1.6-0.8)/2＝0.3m

a_1l＝(a_l-B-d)/2＝(2.7-1.6-0.8)/2＝0.3m

计算截面剪跨比：λ_b'＝a_1b/h₀＝0.3/1.189＝0.25，取λ_b＝0.25；

λ_l'＝a_1l/h₀＝0.25/1.189＝0.505，取λ_l＝0.25；

承台剪切系数：α_b＝1.75/(λ_b+1)＝1.75/(0.25+1)＝1.4

α_l＝1.75/(λ_l+1)＝1.75/(0.25+1)＝1.4

β_hsα_bf_tl'h₀＝0.906×1.4×1570×1×1.189＝2367.7kN

β_hsα_lf_tl'h₀＝0.906×1.4×1570×1×1.189＝2367.7kN

V＝593.898kN≤min(β_hsα_bf_tbh₀，β_hsα_lf_tlh₀)＝2367.7kN

满足要求！

3、受冲切计算

钢格构柱顶部基础承台底有角钢托板，所以无需对混凝土承台进行抗冲切验算

4、承台配筋计算

(1)、承台梁底部配筋

α_S1＝M_min/(α₁f_cl'h₀ ²)＝817.9×10⁶/(1×16.7×1000×1189²)＝0.0346

ζ₁＝1-(1-2α_S1)^0.5＝1-(1-2×0.0346)^0.5＝0.036

γ_S1＝1-ζ₁/2＝1-0.036/2＝0.982

A_S1＝M_min/(γ_S1h₀f_y1)＝817.9×10⁶/(0.982×1189×300)＝2335mm²

最小配筋率：ρ＝max(0.2,45f_t/f_y1)＝max(0.2,45×1.57/300)＝max(0.2,0.236)＝0.236％

梁底需要配筋：A₁＝max(A_S1,ρlh₀)＝max(2335,0.0024×1000×1189)＝2853mm²

梁底部实际配筋：A_S1'＝3042mm²≥A₁＝2801mm²

满足要求！

(2)、承台梁上部配筋

α_S2＝M_max/(α₂f_cl'h₀ ²)＝375×10⁶/(1×16.7×1000×1189²)＝0.016

ζ₂＝1-(1-2α_S2)^0.5＝1-(1-2×0.016)^0.5＝0.016

γ_S2＝1-ζ₂/2＝1-0.016/2＝0.992

A_S2＝M_max/(γ_S2h₀f_y2)＝375×10⁶/(0.992×1189×300)＝1060mm²

最小配筋率：ρ＝max(0.2,45f_t/f_y2)＝max(0.2,45×1.57/300)＝max(0.2,0.236)＝0.236％

梁上部需要配筋：A₂＝max(A_S2,ρl'h₀)＝max(1060,0.0024×1000×1189)＝2801mm²

梁上部实际配筋：A_S2'＝3042mm²≥A₂＝2801mm²

满足要求！

(3)、梁腰筋配筋

梁腰筋按照构造配筋4Φ14

(4)、承台梁箍筋计算

箍筋抗剪

计算截面剪跨比：λ'＝(L-2^0.5B)/(2h₀)＝(4-2^0.5×1.6)/(2×1.189)＝0.73

取λ＝1.5

混凝土受剪承载力：1.75f_tl'h₀/(λ+1)＝1.75×1570×1×1.189/(1.5+1)＝1306.711kN

V_max＝609kN≤1.75f_tl'h₀/(λ+1)＝1306.711kN

按构造规定选配钢筋！

配箍率验算

ρ_sv＝nA_sv1/(l's)＝4×(3.142×12²/4)/(1000×200)＝0.226％≥p_sv，

ρ_min＝0.24f_t/f_yv＝0.24×1.57/300＝0.126％

经验算，本实施例塔吊基础满足工程设计规范。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims

1.一种格构柱式墩台混凝土塔吊基础，其特征在于，包括四根钻孔灌注桩，四根插入到钻孔灌注桩内的格构柱，浇筑在格构柱顶部的混凝土基础，以及预埋在所述混凝土基础内的预埋基础节或预埋螺栓；

所述混凝土基础为十字梁式基础，所述格构柱的顶部伸入所述混凝土基础内，并与混凝土基础的十字梁四角的钢筋相互连接，所述预埋基础节或预埋螺栓预埋于混凝土基础的十字梁上；

所述混凝土基础内为预埋基础节，预埋基础节的四角分别固定在所述混凝土基础的十字梁上，且四角的位置分别位于四根格构柱与混凝土基础的连接节点和十字梁的中心点之间；塔吊通过所述预埋基础节与混凝土基础连接；

所述混凝土基础内为四个预埋螺栓，四个预埋螺栓分别预埋在四根格构柱与混凝土基础的连接节点和十字梁的中心点之间的十字梁梁臂上；塔吊通过所述预埋螺栓与混凝土基础连接；

所述格构柱与混凝土基础的连接节点的底部通过托板支撑，格构柱内部通过铁板封闭。

2.根据权利要求1所述的格构柱式墩台混凝土塔吊基础，其特征在于，所述格构柱的底部至少插入所述钻孔灌注桩内3000 mm。

3.一种权利要求1所述格构柱式墩台混凝土塔吊基础的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）在塔吊位置架设位置施工四根钻孔灌注桩，再将格构柱插入钻孔灌注桩桩基内至少3000mm，格构柱的顶部露出地面；

（2）土方开挖至塔吊基础底部标高，用木模板支设模具；

（3）绑扎混凝土基础的钢筋，先绑扎十字梁钢筋，十字梁四角的钢筋与四根格构柱的顶部相互绑扎连接；再绑板面钢筋；

（4）准确放样出塔吊预埋件的位置，并与十字梁钢筋焊接牢固，同时做好塔吊防雷措施；

（5）整体浇筑混凝土基础，达到设计强度后在塔吊预埋件上安装塔吊。