建设工程塔吊基础整体稳定性及抗风研究

李秀丽

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

太原市某综合服务大楼约30万m2的工程，布局为“回”字形。长200 m，宽150 m，高38 m，地下3层，地上10层。施工面积大，基挖深，存在一定困难。工程内塔机安装如用汽车起重机，需要1 000 t，费用相当高。塔机群作业有干涉现象，必须分四个空间层面。工程外塔机需安装在±0左右，不得安装在基坑槽底。一是基坑深、护坡大，没有位置;二是工程造价高，这样塔机基础承台下钢筋混凝土需悬空。

太原受西伯利亚冷空气控制在冬春节风影响，年极端最大风速为25 m/s，对于建筑工程中塔吊起重设备有一定的影响，在工程使用中需要进行一定的验算，以避免造成不必要的经济损失。

1 风荷载的计算

根据业主单位提供的风级风速换算表(见表1)及《铁路桥涵设计基本规范》［1］中的4.4.1条确定风荷载的大小。

表1 风级风速换算表

《铁路桥涵设计基本规范》中的4.4.1条规定，结构物受到风的作用下的风荷载强度可按下式计算:

其中，W为风荷载强度，Pa;W0为基本风压值，Pa;K1为风载体形系数;K2为风压高度变化系数;K3为地形、地理条件系数。

针对本工程场地实际特点，取 K1=1.4，K2=1.0，K3=1.0。取风级8下的风速为18 m/s，风级9下的风速为22 m/s，风级10下的风速为26 m/s，风级11下的风速为30 m/s。计算得塔吊每延米的荷载强度见表2。

表2 风级与风荷载强度大小

2 塔吊整体稳定性验算

根据现场调研及相关单位提供的资料，C6010塔吊高度为20 m，有效臂长12.5 m。塔吊基础为钢筋混凝土承台及混凝土灌注桩，承台尺寸为5 500 mm×5 500 mm×1 350 mm，混凝土灌注桩为5φ700 mm，具体塔吊平面示意图及基础平面见图1，图2。作用在塔吊基础上的荷载为47.6 t，钢筋混凝土基础承受的压力设计值N0=3 200 kN。

其中，N1为塔机对3号灌注桩产生的压力;N2为M对3号灌注桩产生的压力;N3为混凝土承台对3号灌注桩产生的压力。

图1 塔吊平面示意图

图2 基础平面示意图

其中，h为混凝土基础的高度;b为混凝土基础的宽度;r为混凝土密度，r=2.4 t/m2。

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

N＜N0，所以整体稳定。基础抗倾覆验算如下:

当作用在塔吊上的风荷载为10级时，塔吊受到倾覆力矩为:

其中，P1为塔吊所吊重物的重量，按6 t计;L1为重物距离塔吊形心的距离。塔吊受到抗倾覆力矩为:

所以塔吊不会倾覆。

3 钢筋混凝土灌注桩裸露刚度校核

参考《建筑结构》［2］一书计算受压构件正截面承载力。

桩基灌注桩为 5根 φ700的圆柱，每根桩内设钢筋为16-φ16 mm。受压构件正截面承载力按下式计算:

其中，N为设计轴向力;φ为钢筋混凝土受压构件稳定系数;fc为混凝土抗压强度值，由表3可查，fc=9.6 N/mm2;A为构件截面面积;fy'为纵向钢筋的抗压设计强度，取fy'=170 N/mm2;As'为全部纵向钢筋的截面面积。

实际工程中使用的混凝土为C30，而计算中为保证混凝土中的土杂质不影响其强度质量，用C20计算，取值C20=9.6 N/mm2。

表3 混凝土强度设计值 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小于根据长细比l0/d=10 000/700=14.29得出的φ=0.75(见表4)，所以混凝土桩裸露处刚度满足要求。

4 钢筋混凝土灌注桩强度校核

根据长细比 l0/d=10 000/700=14.29，由表4查得 φ =0.75。

得出钢筋混凝土单个桩的承载力为286.15 t，且在由上至下挖基坑的同时进行抱箍作业，更加保证了桩基混凝土灌注桩的安全性(抱箍方式见塔机基础技术资料)。

表4 钢筋混凝土受压构件的稳定系数

即N=2 861.495＜N0=3 200 kN，所以钢筋混凝土桩强度满足要求。

5 结语

经验算塔吊在受到风荷载及重物作用基础的整体稳定性满足工程要求，特殊要求下承台及基础的混凝土灌注桩裸露刚度及强度也满足设计要求，并且在工程的实施中也证明了这一点，通过对建设工程塔吊基础整体稳定性及抗风的研究，为工程的顺利进行提供有力的保障。

［1］TB 10002.1-2005，铁路桥涵设计基本规范［S］.

［2］熊丹安，程志勇.建筑结构［M］.广州:华南理工大学出版社，2011.