装配式钢结构在高承台塔吊基础中的应用技术研究

上海建工五建集团有限公司 上海 200063

1 工程概况

1.1 地理位置及场地情况

上海市普陀区长风生态商务区社区服务中心工程，位于上海市普陀区长风商务区8#地块南侧，东临泸定路，南靠同普路，西临丹巴路，建设场地呈L形，建设基地占地面积37 673.6 m2，基坑面积约3.2 万m2，东西向长约400 m，南北向宽约112 m（图1）。

图1 工程平面示意

1.2 建筑概况

工程由一个地下2 层整体地下室（含下沉广场）、地上6 幢5 层的各类服务管理用房组成，建筑总高度24 m，其地下部分完全连通。总建筑面积129 874 m2，其中地上67 219 m2，地下62 655 m2。

1.3 结构及围护概况

工程结构类型为框架混凝土结构。桩基采用Φ600 mm、Φ800 mm的钻孔灌注桩，基础采用桩承台基础结合大底板基础，承台基础厚1.3 m，大底板厚0.6 m。

基坑开挖平面略呈L形，开挖面积约为32 000 m2，基坑普通区域开挖深度10.25 m，局部降板区域开挖深度10.85 m，局部落深坑最深开挖深度12.25 m。

基坑围护结构主要采用钻孔灌注桩加2 道钢筋混凝土支撑的围护形式，基坑止水系统采用三轴水泥土搅拌桩作为止水帷幕。坑内深坑及基坑内集水坑、电梯井等落深处加固采用高压旋喷桩。

2 塔吊基础承台方案的比选

目前地下基坑内高承台塔吊基础多使用格构柱加钢筋混凝土基础承台形式，少量采用普通钢结构基础承台，对于装配式钢结构基础承台基本还未曾使用。

2.1 钢筋混凝土基础承台

钢筋混凝土基础承台施工制作时间略长，需养护且养护时间较长，施工精度要求不高，成本较低。承台基础施工完毕后不能立即安装塔吊，要等待其强度达到后，方能安装使用。拆除时需机械破碎拆除，噪声大，不安全，且碎块作为建筑垃圾需要清运，且材料无法回收利用。

2.2 普通钢结构基础承台

普通钢结构基础承台施工制作较快，精度要求一般，焊接工作量相对较大，焊缝质量难以保证。无需养护时间，承台基础施工完毕后可立即安装使用塔吊。拆除时以无噪声气割为主，且材料只能部分回收利用。

2.3 装配式钢结构基础承台

装配式钢结构基础承台需钢结构厂预加工，现场拼装，焊接工作量小，易保证焊缝质量，基础钢承台通过高强螺栓连接质量有保证，施工快速，但加工安装制作精度要求高。无需养护时间，承台基础施工完毕后可立即安装使用塔吊。拆除时方便快捷无噪声，今后可配套重复使用，成本略高。

通过上述分析对比，故考虑采取装配式钢结构塔吊承台基础的形式作为长风生态商务区社区服务中心工程的塔吊基础承台。

3 塔吊基础施工方案的确定及实施[1-8]

3.1 塔吊选型及平面布置

根据现场实际情况共布置5 台塔吊（图2），1#、3#、4#、5#塔吊位于基坑内，2#塔吊位于基坑外。5 台塔吊均选用TC6012型塔吊。塔吊基础承台将放置于地下室顶板上0.9 m处，格构柱穿越地下2层结构部分后做，且做成止水构造。

图2 塔吊平面布置

3.2 塔吊基础的形式

下部：塔吊桩基采用4 根Φ800 mm（3 m×3 m方形布置） 长30 m的钻孔灌注桩作为基础桩（插入第⑦1层持力层土0.5 m左右）。

中部：格构柱总长度12.85 m，插入立柱桩深度3 m。格构柱采用140 mm×140 mm×14 mm角钢，截面为470 mm×470 mm；格构柱缀板采用430 mm×300 mm×12 mm@700 mm；格构柱斜支撑采用双拼140 mm×140 mm×14 mm角钢，间距2 m，同时为增加格构柱的稳定性，格构柱平面位置设置1 根140 mm×140 mm×14 mm角钢对角撑，对角撑间距2 m。

上部：塔吊基础承台考虑可循环使用的原则，采用钢转换平台尺寸为3.3 m×4 m×0.85 m，钢平台主要由4 根钢梁（2 根BH 850 mm×400 mm×25 mm×30 mm及2 根BH 850 mm×300 mm×25 mm×30 mm型钢）通过10.9级高强度螺栓连接组装而成。钢平台则通过焊接在格构柱上的4 块连接板（30 mm×960 mm×640 mm）用高强度螺栓连接。见图3。

3.3 塔吊基础的计算

3.3.1 基本参数

TC6012塔吊底架选用固定式底节，底节高为1.4 m，截面为1.645 m×1.645 m。其基础平面需保持在一个水平面，平面度允差为0.5 mm，未达到要求允许在底节底板下垫垫板达到要求，安装后检查其垂直度，不应低于1/1 000。

图3 塔吊基础立面示意

3.3.2 基础承台的计算

装配式钢结构塔吊基础承台的整体结构布置见图4。

图4 钢平台整体结构布置

运用MSTEEL软件进行计算。通过计算GL1直接与塔吊底节通过销轴相连，承受塔吊及其吊重传来的荷载。GL1选取材质为Q345B钢材，选取850 mm×400 mm×25 mm×30 mm的焊接截面。

通过计算GL2直接与基础钢立柱相连，承受由GL1传递过来的荷载，并传递给钢立柱。GL2选取材质为Q345B钢材，选取850 mm×300 mm×25 mm×30 mm的焊接截面。

GL1与GL2的翼缘之间通过连接板进行单面螺栓（选用摩擦型高强螺栓，10.9级，M30）连接，腹板之间通过填板进行双面连接。

GL2与基础钢立柱之间通过连接板进行连接，螺栓布置见图5。

GL2下翼缘连接端板与格构柱的连接焊缝均采用直角角焊缝连接。其中4 个角钢与连接板的焊缝尺寸为12 mm，角焊缝的计算厚度为8.4 mm，取8 mm。加劲板件与端板的焊缝尺寸为16 mm，角焊缝的计算厚度为11.2 mm，取11 mm。格构柱由4 根140 mm×14 mm角钢组成，单个角钢的截面面积为3 757 mm2。角焊缝抗拉、抗压强度设计值为160 MPa，按Q235钢材计算。

图5 连接处螺栓布置

焊缝整体有效截面见图6。

3.4 装配式钢结构塔吊基础承台施工要点

3.4.1 立柱桩及格构柱施工要点

（a）格构柱的垂直度及平面位置的控制：格构柱安放前，先进行钢筋笼的安放，再进行格构柱安装，格构柱各边与轴线严格垂直或平行。格构柱校正架定位时四边中心刻有十字线记号，用于对准桩孔中心，同时保证4 根格构柱各边与轴线垂直或平行且在同一平面上。确保一柱一桩钢立柱垂直度控制在1/300以内，中心偏差不大于10 mm。

（b）格构柱顶标高控制：格构柱标高控制，预先用水准仪测定桩孔处校正架顶标高，然后根据插入孔内深度，在格构柱上用红油漆标出柱顶标高位置，4 根格构柱顶面水平度差控制在0.5％以内。

3.4.2 格构柱顶连接板施工要点

（a）格构柱顶面抄平处理：若经复测发现4 根格构柱顶面水平度差超过允许范围（超过0.5％），则需根据复测结果制订不同的调整方案，将格构柱顶面水平度差控制在0.5％以内。通过焊接法以焊缝来调节4 根格构柱间的水平度，适用于水平度相差较小的情况。通过替换连接板来调整4 根格构柱间的水平度，适用于水平度相差较大的情况。通过切割法切割高出部分的格构柱来调节水平度，适用于水平度相差较大且不宜用替换连接板法的情况。

（b）连接板焊接前的原位预拼装：为确保连接板的安装施工精度，需对钢平台进行预拼装。先在连接端板上画出格构柱定位线和钢梁定位线。根据定位线将连接端板搁置在格构柱顶面上，使连接端板中心与格构柱中心在同一条竖直线上。根据钢梁定位线将转换钢梁安装到连接端板上。钢构件预拼装并调平完成后，将格构柱与连接端板进行点焊连接，实现初步定位。拆卸转换钢梁后正式焊接连接板。

（c）连接板焊接质量的控制：格构柱顶端的连接板作为主要传力受力构件焊接质量必须有保障。要求焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷的检验、超声波探伤不能作出判断时，应采用射线探伤，其内部缺陷分级及探伤方法应符合现行国家标准。检查数量：全数检查。检查方法：检查焊缝探伤报告。

4 结语

本工程以装配式钢结构塔吊基础形式的方案，于2013年12月通过了专家的论证。该装配式钢结构基础承台安装便捷快速且对于TC6012型塔吊可做到配套重复利用。为今后装配式钢结构在高承台塔吊基础中的推广运用提供借鉴。