高层商住楼工程塔吊基础设计6台大学论文.docx
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高层商住楼工程塔吊基础设计6台大学论文
施工组织设计(施工方案)审批表
工程名称
福州中旅二期
发放号
编制单位
中建七局有限公司
项目负责人
编制人
编制日期
审批人(单位)及审批意见
审批人(单位)及审批意见
项
目
部
(签章)
年月日
技
术
部
(签章)
年月日
设备管理中心
(签章)
年月日
总工办
(签章)
年月日
监理单位
(签章)
年月日
建设单位
(签章)
年月日
目录
1、编制依据…………………………………………………………………………………………………………1
2、工程概况…………………………………………………………………………………………………………2
3、塔吊基础的设计……………………………………………………………………………………………3
4、塔吊基础的施工……………………………………………………………………………………………11
5、塔吊的沉降、垂直度测定及偏差较正……………………………………………………12
6、塔吊基础施工图……………………………………………………………………………………………13
附图:
1、塔吊桩定位图
2、塔吊承台配筋图
3、格构柱详图
4、塔吊支撑立面图
5、塔吊桩配筋图
6、塔吊附着示意图
7、塔吊平面布置图
(1)
8、塔吊平面布置图
(2)
1、 编制依据
1.1《塔式起重机使用说明书》
1.2《岩土工程勘察报告》
1.3《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
1.4《地基与基础施工质量验收规范》(GB50202-2002)
1.5《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
1.6《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)
1.7《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
1.8福州中旅城二期工程施工图纸(结施、建施)
2、工程概况
2.1工程建设概况
工程名称
中旅城二期
工程地址
福州市五四路闽江饭店旁
建设单位
福建中旅房地产
开发有限公司
设计单位
福州国伟建设设计
有限公司
勘察单位
福建省建筑设计研究院
监理单位
福州弘信工程监理有限公司
总承包单位
中国建筑第七工程局有限公司
建设工期
1250日历天
建筑总造价
约7亿
工程主要
功能或用途
地下二、三、四层为人防、停车场;地下一层及地上群楼一~七层为商场(另有一设备夹层);群楼八层为住宅入口、屋顶花园、游泳池及物业配套设施;八层以上为四栋塔楼,其中办公楼一栋:
9~40层,住宅楼三栋:
9~45层(南塔44层、北塔45层)。
2.2根据本工程地质勘察报告各土层极限摩阻力、端阻力标准值指标见下表:
层号
土层名称
层厚(m)
冲钻孔灌注桩
抗拔系数(λ)
Fs(KPa)
Fp(KPa)
1-1
1-2
1-3
杂填土
粘土质填土
填砂
0.4~5.1
22
0.6
1-4
淤泥质填土
1.0~3.3
15
0.6
2
粉质粘土
(1)
0.5~2.9
28
0.75
3
淤泥
0.3~4.3
14
0.7
4
粉质粘土
(2)
0.3~1.3
56
900
0.75
5
淤泥质土
(1)
1.0~3.3
26
1800
0.7
6
粉质粘土(3)
0.2~6.6
60
0.75
6-1
泥质中砂
0.4~4.0
50
2500
0.6
6-2
含砾砾砂
0.2~2.5
85
0.6
7
淤泥质土
(2)
0.7~5.5
32
2000
0.7
8
含砂质粘土圆角砾
0.3~0.8
100
2500
0.6
8-1
含卵砾石砾砂
0.5~4.7
90
3000
0.6
8-2
含砾粉质粘土
0.5~6.5
80
0.65
8-3
粉砂质粘土
0.3~7.9
58
0.7
9
含粘性土卵砾石
0.7~10.4
110
0.6
9-1
含卵砾石砾砂
1.3~1.6
80
0.6
10
残积土
0.4~6.7
65
0.6
11
全风化岩
0.9~13.5
75
0.6
12-1
强风化岩
(1)
0.5~7.3
80
0.6
12-2
强分化岩
(2)
0.1~15.62
100
4500
0.6
12-3
强风化岩(3)
0.4~25.4
120
5500
0.6
13
中等风化岩
0.4~8.48
1000~1500
13000~16000
0.7
14
微风化层
0.6~8.28
1000~1500
13000~16000
0.7
2.3塔吊布置原则
本工程作业面积大、建筑物高度较高,裙楼、主楼七层以下,写字楼100M以下均有型钢劲性柱,转换层为工字钢梁,在施工中垂直运输工作量很大。
项目部结合建筑物的高度、结构特点、施工现场环境,综合考虑工期、吊运能力、机械类型等因素,合理安排机械数量和布置位置,作出以下布置原则:
2.3.1由于受场地条件限制,将塔吊布置在地下室基坑内。
2.3.2塔吊选型:
考虑到本工程劲性柱、转换层工字钢梁,这些型钢构件现场吊装主要依靠塔吊实现,但受到塔吊安装点的距离及吊装能力的限制,吊装位置与塔吊的平行距离需在10m-40m范围内。
为确保吊装质量和安全,根据型钢构件重量及位置的不同,现场拟采用QTZ160塔吊共6台,其中40m臂2台、60m臂4台,同时在南塔转换层3-1轴交3-C~3-F轴钢梁6.9t;3-8轴交3-A~3-B轴钢梁6.15T;三至九层南塔3-6~3-8交3-A轴钢梁12t需采用80t吊车配合吊装。
当结构施工至裙楼封顶后,主楼继续施工。
根据合同条款,主楼封顶时裙楼七层以下、地下室需装修完成移交甲方使用,项目部根据裙楼实际装修工程量采取两套垂直运输方案:
1、(按裙楼精装修考虑)本工程采用钢模板,安装时需塔吊配合吊装、就位;由于工期紧张,需要以上6台塔吊才能满足吊装需要。
因此6台塔吊均跟随主楼施工封顶后再拆除。
2、(按裙楼粗装修考虑)如业主将裙楼精装修交由我局施工时,考虑到裙楼单层面积大、工期紧、施工班组多,单靠施工电梯满足不了楼层装修材料的垂直运输,需塔吊配合吊运材料。
因此项目部考虑将两台安放在裙楼内的40m臂QTZ160塔吊先行拆除,然后在四幢主楼各安装一台QTZ80F内爬式塔吊,以满足主楼材料垂直运输、模板安装就位的需要。
另外4台外附着式塔吊可供裙楼装修材料垂直运输,以满足工期要求。
2.3.3各栋楼塔吊具体平面位置详见附图1、附图7、附图8。
2.3.4因塔吊布置在基坑内,考虑到土方开挖后无法安装,六台塔吊在土方开挖前全部安装完毕。
2.3.5从本工程的结构特性、土质情况、土方开挖后承台的支撑以及对边坡支护影响等因素考虑,塔吊基础采用冲(钻)孔灌注桩+钢格构柱+承台基础。
2.3.6桩上部为缀板式组合钢格构柱,按构造要求格构柱之间需增加水平及斜向支撑系杆,以确保塔吊基础的稳定性;钢格构柱下端插入桩内3000mm,上端锚入承台为700mm,具体构造详附图。
2.3.7根据图纸,40m臂两台塔吊钢格构支撑穿过地下室楼层时,会与楼层次梁交汇,现场将根据实际情况,浇筑楼层混凝土时采取以下措施:
次梁临时断开,采用现浇200×200mm素砼柱临时支撑,待塔吊拆除后再封浇楼层该处梁板;
或采取次梁、楼板钢筋均穿过钢格构柱,然后与楼层一起浇筑混凝土,待塔吊拆除后再割除钢格构柱型钢。
2.3.8两台40m臂长QTZ160塔吊在商业楼内,需采用独立拔杆专项方案拆除。
3、塔吊基础的设计
3.1基础设计参数
3.1.2基本参数信息
基础桩:
4Ф900冲(钻)孔灌注桩,桩身混凝土等级:
C35水下混凝土;
桩顶标高-18.00m,根据岩土工程勘察报告,取桩长分别为办公楼:
34.35m;北塔:
25.1m;南塔A:
41.78m;南塔B:
34.15m;桩端入强风化
(2)~中风化1.0m;具体以施打时实际打桩记录为准。
钢格构柱尺寸:
550×550mm,为4L160×14角钢、-380×220×12@700缀板;斜(平)撑角钢L160×14@2500;具体详塔吊支撑立面图。
承台尺寸:
平面4.5×4.5m,厚度h=1.50m,桩与承台中心距离为1.45m;。
承台混凝土等级:
C35。
塔吊承台面标高:
其中北楼塔吊4受支护梁位置影响,故将承台面标高提至+2.400M;其余塔吊承台面标高均为-2.10m(考虑格构柱无法拉结,悬臂太高)。
3.1.2塔吊荷载参数
荷载工况
基础荷载
P(kn)
M(kn.m)
Fk
Fh
M
Mz
工作状态
1250
30
2780
340
非工作状态
1150
70
3630
0
因塔吊在非工作状况时为最不利情况,故只需计算塔吊非工作状况受力,塔吊使用说明书,塔吊安装到自由高度51.8m高度时要附墙,因此在进行荷载分析时,弯矩和剪力取在51.8m高度时塔吊非工作状态数值,竖向荷载取塔吊安装到最终安装高度时数值为安全取值。
故取计算荷载:
塔吊自重(包括压重):
1150kN,
塔吊标准节(40节)40×9.3=372kN
F1=1522kN
钢格构:
角钢L160X1434Kg/m
缀板0.38X0.22X0.012X7.8X103/0.7=11.18Kg/m
共计45.18Kg/m
格构柱重45.18X4X18.1=32.71KN
塔吊最大起重荷载F2=160.00kN,
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=2018.40kN,
塔吊的倾覆力矩M=1.4×3630=5082.00kN。
承台自重:
G=1.2×(25×4.50×4.50×1.50)=911kN
3.2单桩竖向承载力验算
根据福建省建筑设计研究院的岩土工程勘察报告,对单桩竖向承载力特征值进行计算(因塔吊有6台,部位不同,选取勘测孔
进行计算,-20.00米以上摩阻力不予考虑)。
3.2.1桩顶竖向力的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。
=(2018.4+911+32.71)/4±5082/(2×1.45×1.414)
=740.4±1239kN。
由此可得:
Nmax=740.4+1239=1979.4KN(抗压状态)
Nmin=740.4-1239=-498.6KN(抗拔状态)
3.2.2单桩竖向承载力特征值
R抗压=fpAp+Up∑фfsli:
=0.6x3.14x0.9x(14x5.15+26x4.2+60x1.7+26x3.9+58x6.9+65x2.2+75x3.5+80x3.7)+3.14X0.452X4500=5363.6KN>1979.4KN
R抗拔=Up∑фfsli=2502.3KN>498.6KN,均满足竖向承载力要求。
3.3桩配筋计算
3.3.1桩顶轴向压力验算
=1.0x1979.4=1979.4KN<
=14.3x3.14x4502x0.8=7274.1KN(满足)
3.3.2桩身配筋率可取0.20%~0.65%(计算取0.4%),桩身按构造配筋As=0.4%xπr2=0.4x3.14x4502=25.4cm2,箍筋按构造配筋采用不少于Φ8@200mm的螺旋箍筋,保护层厚度取50mm;在桩顶3~5倍桩身直径范围内箍筋Φ8@100mm(现场实际取3M为加密区),每隔2m设一道Φ16焊接加劲箍筋,详附图5。
故桩身配12Ф20,箍筋Ф8@200,AS=37.68>25.4cm2可满足构造要求。
3.3.3桩自身抗拉强度N=fyAs=310x3768=1168KN,大于桩的抗拔设计值498.6KN,故配筋符合要求.
3.4钢格构柱验算
截面性质L160X14:
A=43.3cm2,
=1048cm4,
=4.47cm,
=3.16cm
式中:
A:
角钢截面积
:
惯性矩
Z0:
重心矩
两方向对称
=4×[1048+43.3×(55/2-4.47)2]=96054cm4
回转半径:
=(
/4A)1/2=23.54cm
柱子计算长度,以悬臂计算
计算长度:
=15.1m
则长细比:
λx=
/
=1510/23.54=64.15
缀板:
-380X220X12mm
中心间距700mm
单根角钢长细比
=(70-22)/3.14=15.28<35(λ1<
0.5λx)
换算长细比
=(64.152+15.282)1/2=65.94<150
b类构件查轴心受压构件稳定系数表得:
=0.77
3.4.1强度计算
N/
A=1979.4/(0.77×4330×4)=148/mm2〈215N/mm2
3.4.2整体稳定性验算
格构式压弯构件绕虚轴平面内稳定计算公式为:
N/
A+
/
欧拉公式
=π2EA/
2=π2X206000X4X4330/962=6139.57KN
=96054/275=349.3
非工作状况:
N/
A+
/
=148+3630/349.3*(1-0.75*1979.4/6139.57)=162〈215N/mm2
为确保安全,参照其他项目类似经验,按常规做法及构造要求,必须在四根格构柱之间焊接斜(平)撑(每2.5米设置详见附图4),以增加格构柱截面性能,并能减小长细比,增强整体稳定。
塔身标准节与格构采用螺栓连接,为防止因角钢立柱安装偏位,而造成塔身与格构产生较大剪力且安装困难,在格构顶部与承台底交接处采用4L160X14与立柱角钢水平焊接加强,详附图3节点大样A。
3.4.3分肢稳定性计算
长细比λ1=(70-22)/3.14=15.28<35(λ1<0.5λx)
所以可不计算分肢稳定性
3.4.4缀板刚度验算
角钢对本身轴的惯性力矩
=1048cm4
柱分肢的线刚度为
/l=1048/70=14.98
四块缀板线刚度之和为
=112.08
比值112.08/14.98=7.5〉6,可见缀板刚度足够。
3.4.5截面抗剪
作用于柱身的剪力V=Af/85(fy/235)1/2
=4x43.3x215/85x(215/235)1/2
=43605N=43.605kN
T=43605/4X43.3=2.52N/mm2<215N/mm2
满足要求。
3.4.6缀板焊缝连接验算
缀板与柱肢连接处的内力为
剪力T=(V/4)l/a=43.605/4×(70/38)=6.0KN
弯矩M=(V/4)l/2=43.605/4×(70/2)=311.46KN.cm
缀板与柱肢连接采用角焊缝hf=10mm三面围焊,但是计算长度偏于安全地用焊缝长度
=18cm
在剪力T和弯矩M共同作用下角焊缝的应力为:
=0.7×1.0×182/6=37.8cm3;
=0.7×1.0×18=12.6cm2
[(M/
)2+(T/
)2]1/2
=[(311.46X104/1.22X37.8X103)2+(6X103/12.6X102)2]1/2
=(67.532+52)1/2
=67.7〈160N/mm2
故缀板连接符合要求。
3.5承台受力验算
3.5.1矩形承台弯矩的计算(承台砼等级C35)
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。
其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m);
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取Bc/2-B/2=1.0-1.8/2=0.1m;
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN),
Ni1=Ni-G/n=1979.4-911/4=1746kN/m2;
经过计算得到弯矩设计值:
Mx1=My1=2×0.5×1746×1.0=1746kN·m。
3.5.2矩形承台截面主筋的计算
Asx=Asy=1746×106/(0.9×1450.00×300.00)
=4487.8mm2<0.2%×4500×1450=13500mm2
因此实际采用28Ф18,面积71.26cm2>44.87cm2;故承台配筋28Ф18@170能满足抗弯要求。
因塔吊使用时的弯矩的方向随转向的改变而改变,另考虑到实际存在的扭矩,为确保使用要求,配双层双向Ф18@170钢筋,另四根格构柱之间增加暗梁加强联系,暗梁实配:
上下各4Ф20@125;上下两层钢筋之间采用Ф14@400箍筋作为联系筋(承台配钢筋详见附图2)。
3.5.3承台抗冲切验算
因塔吊标准节尺寸为1.8mx1.8m,各桩均在冲切正常范围内,故不会发生冲切破坏.
3.5.4承台抗剪切验算
因塔吊标准节尺寸1.8mx1.8m,四根桩桩距为2.0m,受力在竖向基本向下传递,不考虑剪切验算,能满足抗剪切要求。
3.6抗倾覆验算
由于本工程基坑开挖达到17.1米,基础施工阶段塔吊附墙梁尚未安装,为防止因桩的抗拔力不足,在塔吊倾覆力矩M及水平力H作用下塔吊向基坑一侧倾覆,现对该桩基础进行抗倾覆验算,在确保使用安全。
在未考虑桩的自重下,由3.2算得桩的抗拔设计值R抗拔=2502.3KN远大于桩最大拔力493.2KN,故不可能发生倾覆现象。
按前3.3条灌注桩配筋计算桩的配筋为12Φ20,As=37.68cm2;
N=fyAs=300X3768=1130kn>498.6(抗拔承载力设计值),满足要求。
3.7塔吊附墙设计
3.7.1、塔吊的使用高度
本工程最高处为屋面造型构筑物,其顶标高为161.2m,塔吊吊钩高度必须高于建筑物5m,因此塔吊安装高度为2.5+161.2+2.5(双绳)=171.2m,根据《QTZ160自升塔式起重机使用说明书》,塔吊安装高度为38+25×4+35=173m,附墙6道。
则吊钩有效高度为h=173-2.5(双绳)=170.5m,即相对标高170.5-2.5=168m,高于结构顶标高为168-161.2=6.8m,满足施工要求,具体见附图6。
根据《说明书》,塔吊自由安装高度为51.8m,吊钩高度为51.8-2.5=49.3m,吊装高度为49.3-5=44.3m,其相对标高为44.3-2.5=41.8m,即自然地面以上41.8+1=42.8m,现场周边建筑物高度均小于此高度,可以满足使用要求。
为保证塔身稳定性,需利用建筑物结构外墙进行附着,附着中心标高分别为24.0m、48.0m、72.0m、96.0m、120.0m、144.0m,共设6道。
其中第一道附着高度为24.0+2.5+0.425=26.925m,符合《说明书》要求,6道附着之间距离相应各节,满足设备生产厂家要求。
附着杆及附着埋件平面定位如《说明书》所示。
主体在施工相应标高结构时,预埋塔吊附墙埋件。
塔吊各道附着杆必须在锚固层梁板砼浇筑前安装,否则将会因吊钩高度不足而影响结构施工进度。
3.7.2、预埋件选型和埋设
塔吊附着预埋件选用500×500×20mm锚板,每块锚板设6根Φ20mm锚筋,每根锚筋长640mm,锚入剪力墙内。
预埋件在竖向结构施工时埋入,中心标高分别为24.0m、48.0m、72.0m、96.0m、120.0m、144.0m,平面上分别位于各栋楼的剪力墙或柱板内。
预埋件埋设时应紧贴柱模板面,调平正后用电焊点焊于柱竖向钢筋上。
3.7.3、附着杆选型与安装
附着杆最大长度为12.75m,最小长度为11.7m。
附着杆均选用2根[20a槽钢对拼而成。
对拼槽钢上下两个侧面均用200×120×10mm厚钢板作为缀板间断焊,每块缀板之间净距为200mm,焊缝高度h不小于8mm。
附着杆与外墙预埋件之间采用焊接连接,沿附着杆周边满焊,并在上下两个面加10mm厚肋板焊牢加固。
附着杆与塔身之间采用销子连接,如《QTZ160塔吊使用说明书》中相关要求。
附着杆必须在预埋件所在柱或剪力墙砼强度达到75%以上才允许安装,一般在该层混凝土浇筑7天以后,具体按同条件养护砼试块强度判定。
附着杆所在的结构柱可在该层施工时最先浇筑,以确保其强度尽快达到要求。
4、塔吊基础的施工
4.1施工流程
塔吊在承台砼浇筑达到设计强度后,土方开挖前安装,施工流程如下:
塔吊桩及格构柱施工→土方开挖至塔吊承台底→格构柱顶钢筋砼承台施工→塔吊安装调试
4.2现场施工
4.2.1、施工准备
⑴施工前对施工员及施工班组进行技术、安全交流。
⑵现场采用CZ-D型冲孔灌注桩桩机进行施工。
⑶采用商品砼,强度等级C35水下砼
⑷预制好格构柱并检查原材料及焊接质量。
4.2.2、塔吊桩机及承台施工
⑴桩机就位:
施工前利用轴线控制网引测桩位,桩机就位时为防止塌孔底座要垫枕木,桩机就位后用经纬仪重新复核桩位的准确性。
⑵钻孔达到设计标高时,对比岩样,若未进入持力层,应继续钻进直至入强风化
(2)~中风化岩1.0m。
⑶清孔后开始吊放钢筋笼,为使砼导管及格构柱能顺利升降、防止与钢筋笼卡挂,钢筋焊接时,要保持主筋内端光滑无阻挡物。
⑷钢筋笼吊放时,要观察孔内水位情况,如发现异样马上停止检查是否坍塌,钢筋焊接前上、下钢筋弯曲成一定角度,使要焊接的两根钢筋在同一轴线上。
⑸当钢筋到达预定标高时,由吊车吊运格构柱,插入钢筋笼内并将格构柱与钢筋笼焊牢,所有焊缝必须饱满连续、不能有气泡,焊好后须冷却10-15分钟才能下沉钢筋笼。
⑹现场采用导管法灌注水下砼,其施工顺序为放钢筋笼→插入格构柱→安放导管→灌注首批砼→连续不断灌注至桩顶→拔除护筒。
为确保桩顶砼质量,严格控制最后一次砼灌注量,使灌注的桩顶标高比设计标高增加0.9m。
⑺在桩基础浇筑完毕28天后,开始进行塔吊桩承台施工,其施工顺序为支模→承台网筋绑扎→预埋件定位预埋→浇筑承台砼。
4.3施工注意事项
在施工中应注意:
由于塔吊基础采用部分钢结构支承体系,在塔吊使用中会产生一定幅度的振动,因此对施工要求如下:
4.3.1、冲孔灌注桩采用双控,即桩顶标高要达到-18.0m且要进入强风化
(2)~中风化岩1.0m。
4.3.2、由于格构柱长达23m,灌注桩桩机无法吊运格构柱,因此需采用履带吊车进行吊运施工。
4.3.3、由于格构柱穿过地下室底板,因此在这位置附近增设止水钢板,塔吊桩出底(顶)板处加设加强钢筋。
4.3.4、格构柱插入钢筋笼时,现场采用两台经纬仪在两个成90°的侧面进行观测,使格构柱的四个边与建筑物轴线平行或垂直,格构柱的倾斜度不超柱长的0.15%。
4.3.5、由于采用板式承台,施工关键在于预埋钢板的定位,除预埋位置准确外,钢板面应与砼面保持同一水平。
在预埋时要先观测水平并将钢板与梁内钢筋焊牢,并重新观测;在砼浇捣完毕后,要再次观测预埋。
4.3.6、格构柱横(斜)撑应随挖随撑,焊缝质量应符合相关规范要求。
5、塔吊的沉降、垂直度测定及偏差较正
5.1塔吊基础沉降观测每半月一次。
垂直度在塔吊自由高度时半月一次测定。
5.2当塔基出现沉降,垂直度偏差超过规定范围时,应进行偏差校正,在附墙未设之前,在最低节与塔吊基脚螺栓间加垫钢片校正,校正过程用
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