塔吊基础节与承台支座连接采用预埋基础节连接方案的论证
【摘要】本文通过验算、论证，说明塔吊基础节与承台支座连接采用基础节预埋代替螺栓连接方案可行性及优点和经济性。
【关键词】预埋基础 代替 螺栓连接 弯矩 承载力 剪力
塔吊基础节与承台支座连接，一般都是采用M32或M36共32个高强螺栓与承台基础进行连接如下图：
但目前有些施工单位的塔机生产年代较长较旧，但还能用（再用1～2次可能将被陶汰）可是在安装塔吊过程中，有些旧塔机经常遇到缺高强螺栓或螺栓锈蚀，一时生产厂家又提供不上，生产任务紧急，因任务紧急，故采用预埋基础节连接施工方案。现本人就任职的广州市江南新苑B1、B2栋工程项目中安装的一座型号为:QT80A塔吊，架设高度为67m为例，进行技术论证。
一、连接方法：
将基础节的1/2埋入承台内，每个管桩内插入4φ22钢筋（入管内2m深），基础节的4个立肢每个均与插入管桩的2根φ22进行焊接，其余2根与各桩焊接。其承台规格尺寸以及配筋均按该塔吊说明书进行施工。
连接方式见下图。
二对基础连接的安全性与可靠性进行下面几方面验算
1：塔吊承台顶面的竖向力和弯矩计算
2：承台弯矩及单桩桩顶竖向力计算
3：承台截面主筋骨的计算
4：承台斜截面抗剪计算
5：桩承载力验算
6：桩竖向极限承载力验算
7：桩基础抗拔验算
（一）计算基本参数信息
塔吊型号：QT80A，塔吊起升高度H：67.000m，
塔身宽度B：1.905m，基础埋深D：1.500m，
自重F1：1033.9kN， 基础承台厚度Hc：1.500m，
最大起重荷载F2：60kN， 基础承台宽度Bc：5.000m，
桩钢筋级别:II级钢，桩直径或者方桩边长：0.400m，
桩间距a：3m，承台箍筋间距S：200.000mm，
承台混凝土的保护层厚度：50mm， 空心桩的空心直径：0.18m。
额定起重力矩是：1000kN·m，基础所受的水平力：30kN，
标准节长度：2.5m，
主弦杆材料：角钢/方钢, 宽度/直径c：160mm，
所处城市：广东开平， 基本风压W0：0.55kN/m2，
地面粗糙度类别为：B类 田野乡村， 风荷载高度变化系数μz：1.86 。
（二）塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算
塔吊自重（包括压重）F1=1033.90kN，
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)=1312.68kN，
塔吊倾覆力矩M=1.4×4014.85=5620.79kN·m
（三）承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算
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。
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，在实际情况中x、y轴是随机变化的，所以取最不利情况计算。
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=1312.68kN；
G──桩基承台的自重：G=1.2×(25×Bc×Bc×Hc)=1.2×(20×5.00×5.00×1.50)=1125.00kN；
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取5620.79kN·m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/20.5=2.12m；
Ni──单桩桩顶竖向力设计值；
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值，
最大压力：Nmax=(1312.68+1125.00)/4+5620.79×2.12/(2×1271.842)=1271.84kN。
最小压力：Nmin=(1312.68+1125.00)/4-5620.79×2.12/(2×-53.002)=-53.00kN。
需要验算桩的抗拔
2. 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；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离取a/2-B/2=0.55m；
Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值，Ni1=Ni-G/n=990.59kN；
经过计算得到弯矩设计值：Mx1=My1=2×990.59×0.55=1084.69kN·m。
（四）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。
式中，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得14.30N/mm2；
ho──承台的计算高度：Hc-50.00=1450.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
经过计算得：αs=1084.69×106/(1.00×14.30×5000.00×1450.002)=0.007；
ξ =1-(1-2×0.007)0.5=0.007；
γs =1-0.007/2=0.996；
Asx =Asy =1084.69×106/(0.996×1450.00×300.00)=2502.61mm2。
建议配筋值：II级钢筋，Φ22@700mm。承台底面单向根数7根。实际配筋Φ22@700mm。实际配筋值2660.7mm2。故满足要求
（五）承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.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=1271.84kN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，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=5000mm；
ho──承台计算截面处的计算高度，ho=1450mm；
λ──计算截面的剪跨比，λ=a/ho此处，a=(5000.00/2-1905.00/2)-(5000.00/2-3000.00/2)=547.50mm；当 λ3时,取λ=3，得λ=0.38；
β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/(λ+0.3)；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/(λ+1.5)，得β=0.18；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；
则，1.00×1271.84=1.27×106N≤0.18×14.30×5000×1450=18661500N；
经过计算承台已满足抗剪要求！
（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=1271.84kN；
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：
其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=35.90N/mm2；
A──桩的截面面积，A=1.00×105mm2。
则，1.00×1271836.45=1.27×106N≤35.90×1.00×105=3.60×106N；
经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求！
七、桩竖向极限承载力验算
桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(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=1271.84kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：
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:
ηs, ηp──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数；
γs, νp──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数；
qsik──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk──极限端阻力标准值；
u──桩身的周长，u=1.257m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.100m2；
li──第i层土层的厚度；
各土层厚度及阻力标准值如下表:
由于桩的入土深度为22.00m,所以桩端是在第3层土层。
单桩竖向承载力验算:
R=1.26×(6.00×91.00×1.00+15.00×.00×1.00+1.00×95.00×1.00)/1.65+1.07×6300.00×0.100/1.65=1.63×103kN>N=1271.836kN；
上式计算的R的值大于最大压力1271.84kN,所以满足要求!
（八）桩基础抗拔验算
单桩破坏时，桩基的抗拔极限承载力标准值：
其中：Uk──桩基抗拔极限承载力标准值；
ui──破坏表面周长，取ui=πd=3.142 ×0.4=1.257m；
qski ──桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值；
λi ──抗拔系数，砂土取0.50～0.70，粘性土、粉土取0.70～0.80，桩长l与桩径d之比小于20时，λ取小值；
li──第i层土层的厚度。
经过计算得到Uk=1476.93kN>Nmin=53.00kN
桩抗拔满足要求。
三、结束语
通过以上的验算，采用这种方法连接是可行的。
采用基础节预埋代替螺栓连接，并有其下面优点：
1：采用基础节预埋代替螺栓连接，使管桩、承台、基础节形成一个整体，其整体性强于螺栓连接。
2：采用基础节预埋代替螺栓连接，使抗拔力增强。
3：螺栓连接对每个螺栓的扭矩要求很严，必须达到要求的扭矩难以测定，采用基础节预埋免去了这项测定。
4：基础节可以应用两次，比螺栓连接更为经济。
【参考文献】《塔式起重机安全规程》 GB5144—2006
《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)
《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
