Design and collision analysis of lattice tower crane foundation

Jayicang

Red Silver Construction Engineering Co., LTD. Hangzhou, Zhejiang 310000

Abstract: At present, many construction projects in Hangzhou require tower cranes to carry out vertical and horizontal transportation in the early stage, and tower cranes need to be installed before earthwork excavation. The design of lattice tower crane foundation has become a key factor in the early planning and construction.

Key words: lattice, tower crane, collision, foundation design, collision analysis

当前杭州有较多的建筑项目前期需要塔吊进行垂直和水平运输，塔吊需要在土方开挖前进行安装，格构式塔吊基础的设计成了前期策划及施工的关键因素。

格构式塔吊基础的设计资料的适用及塔吊的选型的合理能够有效的促进现场的施工进度，保证现场的安全生产。

   参照杭州上城区某住宅项目案例，对格构式塔吊基础的设计及碰撞分析进行阐述如下：

   本项目情况：由7幢高层、1幢商业主楼及裙楼、配套、地库组成，合计规划建筑面积约128,485.00m2，其中地上建筑面积89085.00m2，地下建筑面积39400.00m2。

本项目设计思路及步骤如下：

1、确定塔机的型号及臂长，主要考虑因素如下（1）主楼 PC 构件的重量及分布，（2）主楼的高度、附墙的位置，（3）要和桩、承台、支护、地下室的功能用房、人防区的构件等位置进行叠图，（4）塔吊的旋转半径、臂长、塔吊基础的形式，（5）塔吊的拆除空间、群塔的施工等因素。综合上述因素确定了塔机的位置及臂长如下图所示：

2、塔机的位置确定好以后，根据塔吊使用说明书及地下室的建筑结构图纸确定格构式塔吊基础的立面位置，塔吊基础的上承台的底部要高于地下室顶板300mm，地下室顶板的高度为-1.65m，所有上承台的底部标高为-1.2米；下承台的的上部标高和地下室的底板标高一致。立面示意图如下：

立面示意图                   平面示意图

3、使用品茗安全验算软件，根据塔机使用说明书，塔机所在位置土质的分层情况，输入参数，持力层采用主楼桩的持力层，塔吊桩进入持力层的深度≥1.5D，D为灌注桩直径，进行安全验算。桩采用800mm的灌注桩，砼为C40，桩底标高-54.1。，格构柱为450*450，角钢采用L180*16，土层的分布情况如下：

采用6细砂层作为持力层，桩基竖向承载力计算结果如下：

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×(2×16+6.3×14+6.6×20+6.9×20+5.9×18+9.3×9+9.9×10+1.6×35)+600×0.503=1779.806kN

    Q_k=360.881kN≤R_a=1779.806kN

    Q_kmax=994.059kN≤1.2R_a=1.2×1779.806=2135.767kN

    满足要求！

其它计算均符合要求，不在此单独阐述。

4、计算中的参数选取的要点如下：

（1）格构式基础上部承台的宽度在说明书的基础上进行适当优化，根据2.9米的桩间距采用4.5米×4.5米的承台，根据《塔式起重机混凝土工程技术标准》JGJ/T187-2019第6.2.3条，承台宜采用截面不变的矩形板式及十字型梁式基础，截面高度不宜小于1.2米，且满足塔机使用说明书的要求。经厂家复核，本项目上承台的基础高度为1400mm。下部承台为5200mm×5200mm，高度根据杭建监总[2012]13号文件：塔机安装后应在格构柱钢柱下端与与灌注桩的连接部位设置混凝土构造承台，承台厚度不小于400mm，塔机方可使用。

（2）基础荷载根据塔机的使用说明书将塔机的自重荷载标准值、起重荷载标准值、工作状态和非工作状态的荷载和力矩的标准值参数输入即可。

（3）格构柱的长度为9米，格构柱下端深入灌注桩的长度按照规范《塔式起重机混凝土工程技术标准》JGJ/T187-2019第7.2.4条不小于2米，根据杭建监总[2012]13号文件：格构柱下端深入灌注桩的长度应满足抗拔要求，且临近承台底面焊接承托角钢，下端深入灌注桩的长度不小于2.5米，且应与灌注桩的纵筋焊接。

（4）格构式钢柱的截面边长为450mm×450mm正方形，按照规范《塔式起重机混凝土工程技术标准》JGJ/T187-2019第7.2.2条，格构式钢柱的布置应与下端的基桩轴线重合，且应焊接四肢式对称式构件，截面轮廓尺寸不宜小于400mm×400mm。

5、群塔塔机安装高度及群塔碰撞分析

采用BIM策划软件建模进行塔吊碰撞分析，根据分析结果确定每个阶段的塔吊安装高度。

根据本工程主楼结构平面布置，并考虑塔吊基础对结构的影响和拆装的便利，以及钢筋、木工加工车间的布置和工程进度的需要，拟布置10台塔吊在基坑范围，内其位置（以塔基础中心点计算）分别为：

1#塔机布置于1#楼19轴以北5.68m，21轴以西5.68m处，覆盖1#和2#，初装高度45m，终装高度101米，臂长55米，型号：ZJ6018；附墙二道；

2#塔机布置于3楼P轴以南3.46m，M轴以东5.17m处，，覆盖2#和3#，初装高度39m，终装高度95米，臂长65米，型号：H7020；附墙二道；

3#塔机布置于6#楼J轴以南10.22m，9轴以东3.3m处，，覆盖5#和6#、7#楼，初装高度33m，终装高度89米，臂长55米，型号：ZJ6018；附墙一道；

4#塔机布置于5#楼F轴以南1.95m，6轴以东3.71m处，，覆盖4#、5#和6#，初装高度27m，终装高度83米，臂长55米，型号：ZJ6018；附墙一道；

5#塔机布置于商业楼楼F轴以北2.7m，1轴以西5.91m处，，覆盖商业楼和部分裙楼，初装高度33m，终装高度54米，臂长55米，型号：ZJ6018；一道附墙；

6#塔机布置于商业裙楼F轴以北2.7m，1轴以西5.91m处，，覆盖商业裙楼，初装高度27m，终装高度27米，臂长55米，型号：ZJ6010；无附墙；

注意事项：塔机初次安装高度应控制独立高度的75﹪以内。根据杭建监总[2012]13号文件，塔机独立高度计算，应将格构柱高度计算在内，即（塔机设计允许独立高度+格构柱高度）×75%，格构柱加固后，按照塔吊说明书的自由高度进行配置。四根格构式钢柱周围的土方开挖，必须按照方案规定的分层挖土进行，挖一层土方（约2米）焊一道横杆、斜杆，根据格构式钢柱的高度设置水平剪刀撑，严禁单侧挖土。

参考资料：[1]齐延年  格构式塔吊基础的设计.山西建筑，2012.12:34-38.

[2] 李俊    格构式钢平台塔吊基础施工技术[J],工程技术（引文版），2016（5）169-171

[3] 顾靖，金振士，毕炤伯，深基坑内高承台塔吊基础的设计施工[j].建筑施工.2008（10）：874-875