浙江框剪结构高层办公楼回字型钢格构柱塔机基础施工工法

'回字型钢格构柱塔机基础施工工法前言目前，国内使用的塔式起重机（以下简称塔机）基础多数是按照塔吊说明书提供的设备基础组织施工，由于施工现场的需求不同以及场地地质状况的不同，同一型号的塔机采用相同的塔机基础，往往造成了极大的浪费，不利于环保节能，同时也加大了成本。同时，塔机作为工程施工过程中最重要的垂直和水平运输设备，在一些高层建筑由于地下室基坑较深，施工工期又较紧，特别是一些吊装的需要，通常需要将塔机设置在地下室基坑中，因此在基坑开挖时就要使用塔机，这就给塔机基础设计施工带来了一系列的技术问题。回字型钢构柱塔机基础是我公司结合近20年来各种型号的塔机的各类型基础自行研发的一种新型基础形式，已在本公司多个工程中应用，取得了较好效果，故形成本工法。一、工法特点（一）可确保塔机整体结构稳定性。采用回字型的混凝土基础，桩基与基础之间采用钢格构柱连接，可保证塔机的强度和刚度，安装后，达到标准的强度系数。（二）可解决地下室施工阶段塔机使用困难的问题，同时节省施工工期。随着地下建筑20 的发展，特别是高层建筑的地下室越来越深，建筑施工过程中对塔机使用的要求越来也越高，采用本工法，可在土方开挖前就可以使用塔机，加大运输效率，节约施工工期，同时满足吊装构件的需求。（三）连接可靠，施工浇筑、安装、拆除便捷。与一般塔机的连接方式不同，本工法塔身与基础的连接采用的是塔机的专用基础预埋节直接预埋（专用基础预埋节的四个角直接正对钢格构柱），同时桩基与基础之间采用钢格构柱连接，连接可靠，受力、传力明确。若遇结构的底板、楼板可采用结构预留洞或遇结构整体浇筑（采取一定的防水措施）即可。整个基础施工浇筑、安装、拆除便捷。（四）节约成本。由于采用了回字型的基础形式，相对于传统基础形式，节省了大约70％的砼方量，50%的钢材用量，同时由于塔机基础自重的降低，桩基的入土深度也相应的降低。（五)应用广泛。目前，高层建筑地下室工程越来越多，越来越深，为提高塔机使用率，在挖土施工阶段就提前使用塔机，回字型塔机基础得到了广泛的应用，方便了施工，降低了工程施工成本。二、适用范围本工法适用于任何型号的塔机在有地下室情况下的工程施工。三、工艺原理回字型钢格构柱塔机基础的施工工艺原理与固定式塔机基础的施工工艺原理基本相同，所不同的在于回字型钢格构柱塔机基础采用回字型混凝土基础承台，并参照常用的钢格构柱的优点，直接使用专用基础预埋节通过回字型混凝土基础承台直接连通钢格构柱（专用基础预埋节的四个角直接正对钢格构柱），使塔机竖向受力、传力明确。同时采用了梁、板结合的配筋方法，节约了以往基础承台受力、传力不明显部位的混凝土及配筋，基础所承受的水平力和倾覆力矩直接由回字型的暗梁承受连接稳定。四、施工工艺流程及操作要点（一）施工工艺流程塔机型号的选择和定位→回字型钢格构柱塔机基础的设计→钢格构柱的制作→钢格构柱桩基施工→回字型塔机基础施工→回字型塔机基础拆除。20 （二）操作要点1、塔机型号的选择和定位在回字型钢格构柱基础设计前，应由专业设计单位或部门，根据工程设计建筑结构图纸结合施工现场需求，对塔机型号和定位进行确定。当型号和位置确定好后，方可为回字型钢格构柱基础的设计提供正确有效的数据。在选择塔机型号和塔机定位时，应遵循以下原则：（1）选择的塔机型号要满足施工现场运输、吊装、以及作业半径的施工需求；（2）塔机的定位要合情合理，尽量满足施工需求，使塔机受力、传力明确，便于安装、拆卸。如有附着时需满足附着的要求，若遇到结构构件或主要梁柱时应避开，选择可以穿越的结构构件（如板）整体浇筑或设预留洞；（3）塔机在定位过程中若碰到地下围护结构的主要构件时，应设法避开，不得影响基坑围护的安全，且要充分考虑基坑围护施工过程中可能会给塔机带来的一些安全影响因素；（4）塔机的型号和定位一旦确定，在施工过程中就不得更改。2、回字型钢格构柱塔机基础的设计回字型钢格构柱塔机基础的设计，必须由具有专业设计资质的单位进行设计，本公司由专业技术部门负责进行设计。2.1回字型钢格构柱塔机基础设计前应具备以下资料：1建筑工程总平面图、工程建筑和结构设计文件；2岩土工程勘察报告及气象资料；3塔机使用说明书，塔机使用期限、单构件最大吊装重量及吊升高度等；4基坑支护设计方案；5塔机活动半径范围内及附近的建筑与地面以上的架空高压线等情况；6塔机基础周边地下管线的情况。2.2回字型钢格构柱塔机基础应满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求，设计应包括以下内容：1塔机基础的定位、标高；2承载力、抗倾覆验算；20 3塔基结构计算，配筋及构造设计；4监测项目及施工要求。2.3回字型钢格构柱塔机基础设计应考虑以下作用：1塔机及基础自重；2塔机吊重及起重力矩；3风荷载；4塔机上附加设施的作用。2.4回字型钢格构柱塔机基础设计计算内容回字型钢格构柱塔机基础设计计算的内容与固定式塔机基础计算大致一致，具体计算内容和步骤详见附件。回字型钢格构柱塔机基础设计要特别注意节点位置的处理，可参照下图节点。20 3钢格构柱的制作钢格构柱宜采用四肢组合对称构件，缀件采用钢板或角钢，如图3。当钢格构柱穿越地下室底板（或覆土顶板）时应在钢格构柱上焊钢板止水片以防底板（或覆土顶板）渗水，止水片宜位于底板（或覆土顶板）中部位置。平截面图立面图水平及斜向支撑示意图图3钢格构柱4钢格构柱桩基施工钢格构柱桩基施工时要特别注意以下内容：4.1钢格构柱桩基可以利用工程桩，但定位和标高一定要严格控制，不得对工程桩有影响；4.2钢格构柱桩基施工时要使格构柱与钢筋笼的连接可靠（格构柱可与主筋点焊），且严格按设计要求控制格构柱的标高。5回字型塔机基础施工5.1塔机基础的施工应执行验槽及隐检程序5.2基础各项尺寸允许偏差应满足下列要求：承台厚度±15mm，承台边长±20mm，钻孔灌注桩桩位±50mm，桩长±100mm，沉渣厚度≤50mm，专用预埋节位置偏差±50mm。5.3塔机基础所需预埋件位置准确，预埋牢固，在浇筑混凝土过程中注意不能碰撞并要加强观测，不得移位。5.4塔机基础浇筑后应做好养护工作。5.5基础混凝土强度应达到设计强度的80%以上方可进行塔机的安装。5.6严格按塔机说明书无附墙最大高度控制一次性装高，塔机升节前按要求做好附墙件。20 5.7必须按规定做好塔机基础的防雷接地。5.8基础浇筑完成后塔机安装前应在基础四角设置沉降观测点，并在塔机安装前进行原始观测，塔机安装后观测一次，塔机升级后至少观测一次，在使用过程中根据实际情况进行进程观测，并做好记录。基础的最大最小沉降差引起的基础倾斜不应大于0.001，总沉降控制在20mm以内。当塔基位于基坑边或需对位移进行控制等情况时，尚应对基础位移进行观测。5.9塔机在附墙件未设置前，塔身上不得悬挂标语牌，塔机在非工作状态下应保证回转部分可自由旋转。6回字型钢格构柱塔机基础拆除回字型钢格构柱塔机基础拆除时要等结构施工完毕，塔机不再使用并拆除后，方可进行。先凿除回字型基础承台混凝土，拆除专用基础预埋节。对钢构柱可割除剩余露在主体结构以外部分，以便回收利用。五、材料与设备（一）主要材料表（详见表1）表1主要材料表序号材料名称品种/规格质量标准检验方法1钢板Q235-A：8应符合碳素结构钢GB700-88标准参照《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001Q235-A：102角钢Q235-A：10#L100*10*12应符合GB9787-88标准Q235-A：12#L125*10*14Q235-A：14#L140*10*143槽钢Q235-A：14#,16#GB700-19884焊条E40应符合GB/T511720 （二）施工设备、工具及施工队伍1、在回字形钢格构柱塔机基础的制作、施工与拆卸过程中主要的施工机械设备（详见表2）：表2施工机械设备表序号名称单位规格数量备注1打桩机台待定12电焊机台23切割机台CQ40014砂轮机台M302015乙炔、氧气套12、在回字形钢格构柱塔机基础的制作、施工与拆卸过程中主要测量工具表（详见表3）：表3主要手动工具及测量工具表序号名称单位规格数量备注1皮尺把50m12钢卷尺把5m23经纬仪台J224游标卡尺把0—125mm15水准仪台S3120 3、施工队伍回字形钢格构柱塔机基础的制作、施工与拆卸工作，是属于特种作业，作业人员必须经过专业培训，考核合格后，持证上岗。在作业的过程中，必须配备足够的作业人员，确保施工的顺利进行，施工队伍配备如下：项目总指挥、技术负责人、安全员、质量员、负责人、机修工、电工；起重工2名；电焊工3名；装拆工4名。六、质量控制（一）基本要求：1、钢格构柱的制作、施工的质量控制，参照GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》执行。2、采用的原材料及成品应进行进场验收，凡涉及安全功能的原材料及成品，按规定进行全数检查和取样检验。3、各工序应按施工技术标准进行质量控制，每道工序完成后，应进行检查。4、钢格构柱的制作，应按照设计图纸的尺寸进行制作。5、焊接作业人员必须经考试合格并取得合格证书。持证焊工必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。6、施工、拆卸作业人员，必须经考试合格并取得起重设备安装、拆卸资格证书。（二）主控项目：1、材料质量。钢材、焊接材料的品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求。检验方法：检查钢材、焊接材料出厂合格证、出厂检验报告、抽样复验单等资料。2、焊接工程。焊条、焊接材料与母材的匹配应符合设计要求及国家现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81的规定。焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。检验方法：观察检查或使用放大镜、焊缝量规和钢尺检查，当存在疑义时，采用渗透或磁粉探伤检查。20 3、钢格构柱施工以及专用基础预埋节的安装定位必须准确，水平位置高差应控制在±50㎜内；塔机垂直度应控制在4‰以内，全程高度不超过10cm.检验方法：用水准仪测量附着框和附着点支座的标高，进行比较，得出高差；用2只经纬仪从2个不同的角度测量塔机的垂直度。（三）一般项目：1、构件表面不应误涂、漏涂，涂层不应脱皮和返锈等。涂层应均匀、无明显皱皮、流坠、针眼和气泡等。检验方法：观察检查。七、安全措施（一）认真执行安全生产制，严格遵守安全操作规程。（二）参加回字型钢格构柱塔机施工和管理（质检、安全、指挥）人员必须持有特种作业操作证。（三）凡患有色盲、矫正视力低于1.0、听觉障碍、恐高症、心脏病、贫血、美尼尔症、癫痫、眩晕、突发性昏厥等疾病及断指者不得从事登高作业。（四）指挥信号必须由专职的指挥人员发出，其他人员不得指挥。（五）所有作业人员必须戴好安全帽和防护手套，登高作业必须系好安全带，不得穿硬底鞋及塑料底鞋，严禁酒后作业。（六）专用基础预埋节的安装和基础承台的浇筑，必须安排在白天作业。（七）施工现场必须设置警戒线，有专人看护，无关人员不得进入现场。（八）专业安装单位人员应先熟悉掌握塔机的安装步骤，严格按照《使用说明书》中的安装步骤进行安装操作，（九）本工法未涉及的注意事项均按照相对应的《使用说明书》和有关安全操作规程严格执行。八、环保措施在本工法的钢格构柱制作完成后，对结构成品做防锈蚀处理，为了不造成油漆对环境的污染，在成品油漆喷刷前，将塑料薄膜铺在地面上，然后将结构成品吊运在上面，进行喷刷，20 在油漆喷刷时，工作人员应做好相应的防护措施，废料及时回收统一处理。在施工过程中遇结构构件可整浇，并做好防水措施，待施工完成后可割除剩余部分的钢格构柱以及凿出的标准预埋节以待下次使用。九、效益分析（一）使用回字型钢构柱塔机基础，解决了大型地下室施工中塔机定位、安装难的问题，在建筑物结构施工中，不对建筑物造成影响，可以使建筑物结构一次性成型，同时，也提高项目施工的效率，节约施工成本。（二）使用本工法，效益明显，基础混凝土方量节省70％以上，基础承台配筋同比节约50％以上，每台回字型钢格构柱塔机基础相比常用基础形式节省造价上万元。同时与全钢塔机基础相比，回字型钢格构柱塔机基础施工工期短，施工工艺无特殊要求，方便快捷，技术简单明显，焊接量少，塔机整体稳定性能好，具有较高的应用价值。（三）本工法对当前工业与民用建筑有地下室基坑工程提供了丰富的实践经验，可在今后同类工程推广应用，具有明显的社会效益。十、应用实例（一）绍兴金晖广场工程项目，总建筑面积74472平方米，其中地上建筑面积58566平方米，地下建筑面积15906平方米，造价8500万元。 建筑由A、B、裙房三个单体组成，A主楼25层，高度94.200米，屋面以上部分最高105.8米，标准层层高3.6米，钢筋混凝土框架—核心筒结构；B主楼24层（不含设备层），高度85.800米，标准层层高3.3米，钢筋混凝土框架—剪力墙结构；裙房三层，高度15.000米，钢筋混凝土框架结构。本工程A、B主楼在下部有三层裙房连为一体，上部十八层处有连接体相连，为大底盘连体结构，属复杂高层建筑结构。共安装了3台杰牌JTZ5013塔式起重机，塔机基础均采用回字型钢格构柱塔机基础。该塔机基础由07年6月开始施工，2007年12月正式使用，施工过程中一切正常。通过回字型钢格构柱塔机基础的应用，塔机整体结构稳定性较好，给项目部施工带来较大的便利和效益。20 （该图为一台塔机基础）（二）银座国际商务中心项目位于绍兴县城区兴越支路南侧，管墅直江西侧，绍兴县建设大楼北侧，领先国际贸易中心施工工地东侧。本工程总建筑面积62720平方米，总地下室面积11400平方米，建筑由A楼和B楼组成，其中A楼为6层商业与办公楼，B楼由主楼为17层的高层商业与办公楼及6层裙房组成，建筑物基础形式采用桩基础，高层为钻孔灌注桩，多层采用预应力管桩，地下室底板、地梁下设150厚C15垫层及100厚碎石垫层，承台地梁、底板、墙板砼采用C35。该工程共使用3台塔机，其中有2台位于地下室中，采用了回字型钢格构柱塔机基础，该塔机基础有连接可靠，施工浇筑、安装、拆除便捷，节约成本，且应用广泛等优点。回字型基础承台与桩基采用钢格构柱连接，目前塔机已安装到位，使用过程中正常。20 （该图为其中一台实景照片）除上述工程中外，我公司还在绍兴市人民检察院办案、专业技术综合用房工程、温州新世纪大厦、杭州中北花园等多项工程中应用本工法，工程质量和工期得到保证，塔机使用过程中安全稳定，具有明显的经济效益和社会效益，为此拟定工法予以推广应用。20 附件：（计算实例）回字型钢格构柱塔机基础的计算书一.参数信息塔吊型号:QTZ63,自重(包括压重)F1=450.00kN,最大起重荷载F2=60.00kN塔吊倾覆力距M=850.00kN.m,塔身宽度B=1.6m混凝土强度:C25,钢筋级别:Ⅱ级,承台宽度Bc=2.50m桩直径或方桩边长d=0.80m,桩间距a=1.7m,承台厚度Hc=1.00m承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:50mm二.塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算1.塔吊自重(包括压重)F1=450.00kN2.塔吊最大起重荷载F2=60.00kN作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=612.00kN塔吊的倾覆力矩M=1.4×850.00=1190.00kN.m三.矩形承台弯矩的计算计算简图：图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。20 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)其中n──单桩个数，n=4；F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=1.2×510.00=612.00kN；G──桩基承台的自重，G=187.50kN；Mx,My──承台底面的弯矩设计值(kN.m)；xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:最大压力：N=(612.00+187.50)/4+1190.00×(1.80×1.414/2)/[2×(1.80×1.414/2)2]=667.42kN最大拔力：N=(612.00+187.50)/4-1190.00×(1.80/2)/[4×(1.80/2)2]=-130.68kN2.矩形承台弯矩的计算(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(m)；Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n。经过计算得到弯矩设计值：N=(612.00+187.50)/4+1190.00×(1.80/2)/[4×(1.80/2)2]=530.43kNMx1=My1=2×530.43×(0.90-0.80)=106.09kN.m四.矩形承台截面主筋的计算依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。20 式中1──系数，当混凝土强度不超过C50时，1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，1取为0.94,期间按线性内插法确定；fc──混凝土抗压强度设计值；h0──承台的计算高度。fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2。经过计算得s=106.09×106/(1.00×11.90×2500.00×950.002)=0.004=1-(1-2×0.004)0.5=0.004s=1-0.004/2=0.998Asx=Asy=106.09×106/(0.998×950.00×300.00)=328.09mm2。五.矩形承台截面抗剪切计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，记为V=667.42kN我们考虑承台配置箍筋的情况，斜截面受剪承载力满足下面公式：其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；──剪切系数,=0.20；fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=11.90N/mm2；b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=2500mm；h0──承台计算截面处的计算高度，h0=950mm；fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；S──箍筋的间距，S=200mm。经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!20 六.桩承载力验算桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1条根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=667.42kN桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=11.90N/mm2；A──桩的截面面积，A=0.503m2。经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋!七.桩竖向极限承载力验算及桩长计算桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3条根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=667.42kN桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：最大压力:其中R──最大极限承载力；Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:Qpk──单桩总极限端阻力标准值:Qck──相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值:qck──承台底1/2承台宽度深度范围(≤5m)内地基土极限阻力标准值；s,p──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数；c──承台底土阻力群桩效应系数；按下式取值：20 s,p,c──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，承台底土阻抗力分项系数；qsk──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，按下表取值；qpk──极限端阻力标准值，按下表取值；u──桩身的周长，u=2.513m；Ap──桩端面积,取Ap=0.50m2；li──第i层土层的厚度,取值如下表；厚度及侧阻力标准值表如下:序号土厚度(m)土侧阻力标准值(kPa)土端阻力标准值(kPa)土名称11.240淤泥质粉质粘土21190粉质粘土310.150淤泥质粉质粘土46.425500粉质粘土由于桩的入土深度为25m,所以桩端是在第4层土层。最大压力验算:R=2.51×(1.2×4+11×9+10.1×5+2.7×25)/1.4+1.64×500.00×0.50/1.4=690.51kN上式计算的R的值大于最大压力667.42kN,所以满足要求!八.桩抗拔承载力验算桩抗拔承载力验算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.7条桩抗拔承载力应满足下列要求:其中:式中Uk──基桩抗拔极限承载力标准值；i──抗拔系数；解得:20 Ugk=10×(1.2×4×.75+11×9×.75+10.1×5×.75+2.7×25×.75)/4=415.88kNGgp=10×25×22/4=1375.00kNUk=2.51×(1.2×4×.75+11×9×.75+10.1×5×.75+2.7×25×.75)=417.37kNGp=2.51×25×25=1568.75kN由于:415.88/1.65+1568.75>=130.6满足要求!由于:417.37/1.65+1568.75>=130.6满足要求!九.桩式基础格构柱计算依据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。1.格构柱截面的力学特性：格构柱的截面尺寸为0.45×0.45m；主肢选用:12.5号角钢b×d×r=125×10×14mm；缀板选用(m×m):0.01×0.01主肢的截面力学参数为A0=24.37cm2，Z0=3.45cm，Ix0=361.67cm4，Iy0=361.67cm4；格构柱截面示意图格构柱的y-y轴截面总惯性矩：格构柱的x-x轴截面总惯性矩：经过计算得到：Ix=4×[361.67+24.37×(45/2-3.45)2]=36826.77cm4；Iy=4×[361.67+24.37×(45/2-3.45)2]=36826.77cm4；2.格构柱的长细比计算：20 格构柱主肢的长细比计算公式：其中H──格构柱的总高度，取5.00m；I──格构柱的截面惯性矩，取,Ix=36826.77cm4，Iy=36826.77cm4；A0──一个主肢的截面面积，取24.37cm2。经过计算得到x=25.73,y=25.73。格构柱分肢对最小刚度轴1-1的长细比计算公式:其中b──缀板厚度，取b=0.01m。h──缀板长度，取h=0.40m。a1──格构架截面长，取a1=0.45m。经过计算得i1=[(0.012+0.402)/48+5×0.452/8]0.5=0.36m。1=5.00/0.36=13.87。换算长细比计算公式：经过计算得到kx=29.23,ky=29.23。3.格构柱的整体稳定性计算：格构柱在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式：其中N──轴心压力的计算值(kN)；取N=667.42kN；A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×24.37cm2；──轴心受压构件弯矩作用平面内的稳定系数；根据换算长细比0x=29.23,0y=29.23,查《钢结构设计规范》得到20 x=0.94,y=0.94。经过计算得到X方向的强度值为72.9N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!Y方向的强度值为72.9N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!20'