基于力学分析的格构式塔式起重机基础经济性设计

1格构式塔式起重机基础设计要求

格构式塔式起重机基础设计参照JGJ/T187—2019《塔式起重机混凝土基础工程技术标准》规范条文进行，具体要求如下。

1.1承台设计要求

（1）基础高度应满足塔机预埋件的抗拔要求，且不小于1200mm，不宜采用坡形或台阶形截面的基础。（2）基桩均匀对称布置，不宜少于4根。（3）基础的混凝土强度等级不应低于C30，垫层混凝土强度等级不应低于C20，混凝土垫层厚度不小于100mm。基础的配筋应符合现行国家标准GB50010—2010《混凝土结构设计规范》的规定，且板式基础最小配筋率不小于0.15%。（4）板式承台基础上下面配筋根据计算或构造确定；直径不小于12mm，间距不大于200mm的钢筋，且上下层主筋之间用间距不大于500mm的竖向构造钢筋连接；基础架立筋的截面面积不小于受力筋截面面积的一半。

1.2格构柱设计要求

（1）格构式钢立柱的布置应与下端的基桩轴线重合，且宜采用焊接四肢组合式对称构件，截面轮廓尺寸不小于400mm×400mm，分肢宜采用等边角钢，且不小于L100mm×10mm，缀件应采用缀板式。格构式钢柱宜伸入承台厚度的中心。

（2）格构式钢柱上端伸入混凝土承台的锚固长度应满足抗拔和抗冲切要求，分肢角钢可采用焊接竖向锚固钢筋的连接构造，宜在邻接承台底面处焊接承托角钢（规格同分肢），下端伸入灌注桩的锚固长度不小于2.0?m，且不宜小于格构式钢柱截面长边的5倍，分肢角钢应与基桩的纵筋焊接。

（3）型钢剪刀撑斜杆的截面积宜大于格构式钢柱分肢的截面积，剪刀撑斜杆的夹角宜按45°~60°布置，与钢柱分肢及缀件的连接焊缝厚度不小于6mm，绕角焊缝长度不小于200mm。当格构式钢柱的净长度超过4.5?m时，应设置水平型钢剪刀撑，水平剪刀撑的竖向间距不应超过4m，其构造要求同竖向型钢剪刀撑。格构式钢柱连接水平型钢剪刀撑的节点处宜设置横隔板。

1.3灌注桩设计要求

（1）混凝土灌注桩的强度等级不小于C25，混凝土预制桩的强度等级不小于C30，预应力混凝土桩的强度等级不小于C40。

（2）基桩钢筋的配置应符合计算和构造要求。纵向钢筋的最小配筋率，对于灌注桩宜为0.20%~0.65?%（小直径桩取高值）；纵向钢筋应沿桩周边均匀布置，其净距不小于60mm。圆形截面桩的箍筋应采用螺旋式，直径不小于6mm，间距宜为200~300mm。桩顶以下5倍基桩直径范围内的箱筋间距应加密，间距不大于100mm。灌注桩混凝土保护层厚度不小于35mm，水下灌注桩主筋的混凝土保护层厚度不小于50mm。

（3）灌注桩直径不小于700mm，且截面尺寸应满足格构式钢柱插入基桩钢筋笼的要求。灌注桩在格构式钢柱插入部位和桩顶以下5d范围的箍筋应加密，d为桩的直径，间距不大于100mm。

2格构式塔式起重机基础经济性设计研究

2.1塔式起重机选型

选取QTZ100（中联W6013–6A）、QTZ125（中联W6017–8B）、QTZ160（中联TC6517B–10）、QTZ250 （中联T7020–10E）、QTZ315（中联W350–20HA）、 QTZ400（中联TC7052）塔式起重机进行参数分析，塔式起重机参数按照相应说明书选取，具体选型及标准塔基作用效应见表1。

表1塔式起重机选型及标准塔基作用效应

2.2力学参数分析

对QTZ100（中联W6013–6A）、QTZ125（中联W6017–8B）、QTZ160（中联TC6517B–10）、QTZ250 （中联T7020–10E）、QTZ315（中联W350–20HA）、 QTZ400（中联TC7052）塔式起重机在桩距、悬臂高度、土质参数变化下承台、格构柱、灌注桩力学参数的影响进行分析。

2.2.1桩距变化分析

（1）承台参数分析。在其他参数不变的情况下，只变化桩距，分析桩距变化对承台配筋、受剪、受冲切的影响。随着桩距的增大，承台所承受的顶部、底部弯矩均不断增大，但实际需求配筋始终小于最小配筋率要求，及承台配筋按最小配筋率配置即可。同时，随着桩距的增大，承台所受剪切力呈下降趋势，承台厚度为1?200mm时，承台始终满足抗剪需求。具体情况如图1~图6所示。

图1 QTZ100(W60173–6A)塔式起重机承台力学参数分析

图2 QTZ125(W6017–8B)塔式起重机承台力学参数分析

图3 QTZ160(W6017–8B)塔式起重机承台力学参数分析

图4 QTZ250（T7020–10E）塔式起重机承台力学参数分析

图5 QTZ315（W350–20HA）塔式起重机承台力学参数分析

图6 QTZ400（TC7052）塔式起重机承台力学参数分析

（2）在其他参数不变的情况下，只变化桩距，分析桩距变化对格构柱竖向力的影响。随着桩距的不断增大，所有塔式起重机型号对应的格构柱所承受的竖向力因塔式起重机倾覆力矩力臂的增大不断减小，格构柱采用的分肢材料尺寸也在不断减小。

（3）灌注桩参数分析。在其他参数不变的情况下，只变化桩距，分析桩距变化对灌注桩竖向力的影响。随着桩距的不断增大，所有塔式起重机型号对应的灌注桩所承受的竖向力因塔式起重机倾覆力矩力臂的增大，在不断减小。

2.2.2悬臂高度变化分析

（1）格构柱参数分析。在其他参数不变的情况 下，只变化格构柱悬臂高度，分析格构柱悬臂高度变化对承格构柱竖向力的影响。在桩距一定的情况下， 随着格构柱悬臂高度的不断增大，格构柱的长细比在不断增大，所需格构柱截面尺寸及自重在不断增大，其所承受的竖向力也在增大。

（2）在其他参数不变的情况下，只变化格构柱悬臂高度，分析格构柱悬臂高度变化对灌注桩竖向力的影响。在桩距一定的情况下，随着格构柱悬臂高度不断增大，格构柱自重在不断增大，灌注桩所承受竖向压力及拔力呈增大趋势。

2.3经济性分析

2.3.1经济性分析采用价格

经济性分析采用价格见表2。

表2经济性分析采用价格

2.3.2桩距影响分析

格构式塔式起重机基础中格构柱成本占比最高，其次是灌注桩，承台成本占比最小。随着桩距的不断增大，承台成本呈增长趋势，格构柱及灌注桩成本呈下降趋势，综合成本最低时各塔式起重机型号对应的桩距分别为：QTZ100（2.8），QTZ125（3.4），QTZ160（3.8），QTZ250（4.4），QTZ315（4.8），QTZ400（4.9）。

2.3.3悬臂高度影响分析

格构式塔式起重机基础中格构柱成本占比最高，其次是灌注桩，承台成本占比最小。随着悬臂高度的不断增大，承台的成本不变。

3经济桩距及格构柱建议选型

（1）经济性桩距见表3。

表3经济性桩距m

（2）格构柱建议选型见表4。

表4格构柱建议选型

4结论

（1）格构式塔式起重机基础受桩距的影响最大，随着桩距的增大，承台所承受的顶部、底部弯矩均不断增大，构柱所承受的竖向力在不断减小，灌注桩所承受的竖向压力及拔力在不断减小。

（2）在桩距一定的情况下，随着格构柱悬臂高度的不断增大，格构柱所承受的竖向力呈增大趋势，灌注桩所承受的竖向压力及拔力呈增大趋势。

（3）格构式塔式起重机基础中格构柱成本占比最高，其次是灌注桩，承台成本占比最小。随着桩距的不断增大，承台的成本呈增长趋势，格构柱及灌注桩的成本呈下降趋势，综合成本最低时各塔式起重机型号对应的桩距分别为：QTZ100（2.8），QTZ125（3.4），QTZ160（3.8），QTZ250（4.4），QTZ315（4.8），QTZ400（4.9）。