李秀麗

(山西省第二建筑工程公司，山西太原 030013)

太原市某綜合服務(wù)大樓約30萬m2的工程，布局為“回”字形。長200 m，寬150 m，高38 m，地下3層，地上10層。施工面積大，基挖深，存在一定困難。工程內(nèi)塔機(jī)安裝如用汽車起重機(jī)，需要1 000 t，費(fèi)用相當(dāng)高。塔機(jī)群作業(yè)有干涉現(xiàn)象，必須分四個(gè)空間層面。工程外塔機(jī)需安裝在±0左右，不得安裝在基坑槽底。一是基坑深、護(hù)坡大，沒有位置;二是工程造價(jià)高，這樣塔機(jī)基礎(chǔ)承臺(tái)下鋼筋混凝土需懸空。

太原受西伯利亞冷空氣控制在冬春節(jié)風(fēng)影響，年極端最大風(fēng)速為25 m/s，對(duì)于建筑工程中塔吊起重設(shè)備有一定的影響，在工程使用中需要進(jìn)行一定的驗(yàn)算，以避免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

1 風(fēng)荷載的計(jì)算

根據(jù)業(yè)主單位提供的風(fēng)級(jí)風(fēng)速換算表(見表1)及《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》［1］中的4.4.1條確定風(fēng)荷載的大小。

表1 風(fēng)級(jí)風(fēng)速換算表

《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》中的4.4.1條規(guī)定，結(jié)構(gòu)物受到風(fēng)的作用下的風(fēng)荷載強(qiáng)度可按下式計(jì)算:

其中，W為風(fēng)荷載強(qiáng)度，Pa;W0為基本風(fēng)壓值，Pa;K1為風(fēng)載體形系數(shù);K2為風(fēng)壓高度變化系數(shù);K3為地形、地理?xiàng)l件系數(shù)。

針對(duì)本工程場(chǎng)地實(shí)際特點(diǎn)，取 K1=1.4，K2=1.0，K3=1.0。取風(fēng)級(jí)8下的風(fēng)速為18 m/s，風(fēng)級(jí)9下的風(fēng)速為22 m/s，風(fēng)級(jí)10下的風(fēng)速為26 m/s，風(fēng)級(jí)11下的風(fēng)速為30 m/s。計(jì)算得塔吊每延米的荷載強(qiáng)度見表2。

表2 風(fēng)級(jí)與風(fēng)荷載強(qiáng)度大小

2 塔吊整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及相關(guān)單位提供的資料，C6010塔吊高度為20 m，有效臂長12.5 m。塔吊基礎(chǔ)為鋼筋混凝土承臺(tái)及混凝土灌注樁，承臺(tái)尺寸為5 500 mm×5 500 mm×1 350 mm，混凝土灌注樁為5φ700 mm，具體塔吊平面示意圖及基礎(chǔ)平面見圖1，圖2。作用在塔吊基礎(chǔ)上的荷載為47.6 t，鋼筋混凝土基礎(chǔ)承受的壓力設(shè)計(jì)值N0=3 200 kN。

其中，N1為塔機(jī)對(duì)3號(hào)灌注樁產(chǎn)生的壓力;N2為M對(duì)3號(hào)灌注樁產(chǎn)生的壓力;N3為混凝土承臺(tái)對(duì)3號(hào)灌注樁產(chǎn)生的壓力。

圖1 塔吊平面示意圖

圖2 基礎(chǔ)平面示意圖

其中，h為混凝土基礎(chǔ)的高度;b為混凝土基礎(chǔ)的寬度;r為混凝土密度，r=2.4 t/m2。

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

N＜N0，所以整體穩(wěn)定?；A(chǔ)抗傾覆驗(yàn)算如下:

當(dāng)作用在塔吊上的風(fēng)荷載為10級(jí)時(shí)，塔吊受到傾覆力矩為:

其中，P1為塔吊所吊重物的重量，按6 t計(jì);L1為重物距離塔吊形心的距離。塔吊受到抗傾覆力矩為:

所以塔吊不會(huì)傾覆。

3 鋼筋混凝土灌注樁裸露剛度校核

參考《建筑結(jié)構(gòu)》［2］一書計(jì)算受壓構(gòu)件正截面承載力。

樁基灌注樁為 5根 φ700的圓柱，每根樁內(nèi)設(shè)鋼筋為16-φ16 mm。受壓構(gòu)件正截面承載力按下式計(jì)算:

其中，N為設(shè)計(jì)軸向力;φ為鋼筋混凝土受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù);fc為混凝土抗壓強(qiáng)度值，由表3可查，fc=9.6 N/mm2;A為構(gòu)件截面面積;fy'為縱向鋼筋的抗壓設(shè)計(jì)強(qiáng)度，取fy'=170 N/mm2;As'為全部縱向鋼筋的截面面積。

實(shí)際工程中使用的混凝土為C30，而計(jì)算中為保證混凝土中的土雜質(zhì)不影響其強(qiáng)度質(zhì)量，用C20計(jì)算，取值C20=9.6 N/mm2。

表3 混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)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小于根據(jù)長細(xì)比l0/d=10 000/700=14.29得出的φ=0.75(見表4)，所以混凝土樁裸露處剛度滿足要求。

4 鋼筋混凝土灌注樁強(qiáng)度校核

根據(jù)長細(xì)比 l0/d=10 000/700=14.29，由表4查得 φ =0.75。

得出鋼筋混凝土單個(gè)樁的承載力為286.15 t，且在由上至下挖基坑的同時(shí)進(jìn)行抱箍作業(yè)，更加保證了樁基混凝土灌注樁的安全性(抱箍方式見塔機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)資料)。

表4 鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)

即N=2 861.495＜N0=3 200 kN，所以鋼筋混凝土樁強(qiáng)度滿足要求。

5 結(jié)語

經(jīng)驗(yàn)算塔吊在受到風(fēng)荷載及重物作用基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性滿足工程要求，特殊要求下承臺(tái)及基礎(chǔ)的混凝土灌注樁裸露剛度及強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)要求，并且在工程的實(shí)施中也證明了這一點(diǎn)，通過對(duì)建設(shè)工程塔吊基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性及抗風(fēng)的研究，為工程的順利進(jìn)行提供有力的保障。

［1］TB 10002.1-2005，鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范［S］.

［2］熊丹安，程志勇.建筑結(jié)構(gòu)［M］.廣州:華南理工大學(xué)出版社，2011.