地库柱下桩作为塔吊受力桩的研究

地库柱下桩作为塔吊受力桩的研究

郑德龙，唐豪

（上海宝冶集团有限公司，上海200941）

[摘要] :大部分塔吊起重机基础选用独立形式与非独立形式。非独立形式最常见的的是塔吊和底版浇制成一体。在常规思路下需要单独布置若干根桩来承受塔吊荷载。然而在施工场地狭窄、柱距较密、可操作区域有限的地方，进行塔吊桩布置难满足桩间距的要求，对桩侧摩阻力会有很大的削弱。基于在施工期间楼板的活载、面层的恒载等效应还未体现，且主体结构设计存在一定富余度，可以分担承受塔吊荷载，对此提出了一种利用地库柱下桩作为塔吊受力桩的新型设计方式，大大的节省了工程成本，缩短施工期。

[关键词] :地库柱下桩；无桩塔吊；抗压抗拔承载力；

0引言

随着经济的快速发展，建筑正朝着“高、大、难、深”的方向发展，相应地，，塔式起重机做为建筑装饰材料综合脚手架的主要机器设备获得了广泛应用。为了更好地适应施工质量和进度要求，塔式起重机的优化设计变得越来越重要，特别是在施工场地狭窄、柱距较密、可操作区域有限的情况下，一方面，应尽可能减少施工对周围环境的影响，并尽可能覆盖在建施工和材料加工现场; 另一方面，也要考虑到塔吊的经济效益和施工难度系数。本文结合实际工程案例,深入研究一种新型塔吊基础设计，即地库柱下桩作为塔吊受力桩的设计分析。为相关类似项目的塔吊设计提供了一种有迹可循的设计思路。

1常见设计思路

塔吊桩承台多见独立形式与非独立形式

独立形式，塔身荷载是由唯一的塔吊规格型号所决定的，不受其外在荷载影响，力学模型比较唯一且清晰，基础受力传力计算比较方便，由于工程流程工作交叉式，采用独立更有利于施工。

非独立形式，即塔吊与主体结构楼板浇筑为一体，塔吊将板做为塔吊的一部分。此时塔身荷载不仅仅由唯一的塔吊规格型号所决定的，也包括基本底板：多雨季节期和非多雨季节期不一样水位线对基本底板所产生的不一样数值抗水的浮力、地下车库楼板上不同的堆载产生不同的局压力、不均匀沉降导致底板变形产生的局部拉应力等，这些附加荷载都会传递一部分力的给塔吊基础，由于附加荷载复杂且种类多，无法准确分析出所受荷载的具体大小，使得塔吊基础的计算并不准确也不方便，那只是简单化的力学实体模型和一般的检算。 在保守计算中，习惯性将底版总体浇制的塔吊视作“独立方式”塔吊，假定它是以主体工程中提取的独立力学实体模型开展计算剖析，这种方式计算出来的塔吊往往安全储备较高，偏保守，造成工程预算过高与施工期落后。

2新设计思路

根据传统式设计概念，对此提出了地库柱下桩作为塔吊受力桩的一种新的设计方式。

虽然附加荷载复杂且种类多，无法准确分析出所受荷载的具体大小，但附加荷载传给塔吊基础的力是局部，这个力不会很大的；而且附加荷载的力在主体结构设计的时候，早就被主体结构筏板、柱墩、桩之类所设计的抗力构件抵消掉了。

主体结构基本的抗力构件，在相抵主体结构效应的前提下，会出现一部分的安全储备，便是设计方面经常说的充裕度。另外在施工期间楼板的活载、面层的恒载等效应还未体现。因此，在基于受力传力、效应抗力的清晰设计思路分析下，提出了一种利用主体基础构件在结构设计时的设计富余度来作为塔吊基础受力构件。即地库柱下桩作为塔吊受力桩的一种新型研究。简单来说，原本需要打新的桩来给塔吊基础作为抗力构件，现在不需要打桩，塔吊的载荷由主体结构桩的容量担负。在这样的情况下节约了塔吊与基础底板相接处的混泥土量、四根抗压兼抗拔的工程桩，大大的节约了工程成本，缩短施工期。

3工程概况

该项目坐落于浙江杭州， 两层地下室，地下室底板顶标高-9.250m，顶标高-1.650m，底板厚600mm。 覆土1.5m。 水位线为-0.650m，水浮力为92KN/m2。 纯地下室选用孔径600mm的灌注桩，抗压承载能力1900KN，抗拔承载能力650 KN。

4方案设计

根依据当场机械工程、原材料装卸搬运和起吊扩散区的需求，布置塔吊平面布置图。 本项目为塔吊非单独方式，即塔吊与主体结构楼板浇筑为一体。塔吊基础截面尺寸为5×5×1.5m，塔吊型号为T6515-10，荷载大小见图1，研究出两种塔吊基础方案。

图1荷载图

方案一：把与基础底板浇筑成一体的塔吊看做一个“独立形式”的塔吊如图2。

图2

方案二：利用地库柱下桩作为塔吊受力桩如图3。

图3 

5 受力分析

5.1两种方案分析

方案一：四桩桩基计算：

轴心、偏心作用下：

Qk=455.125kN≤Ra=1900kN

Qkmax==1212.287kN≤Ra=2280kN

Qkmin=-302.037kN≤Ra'=-650kN（拔力）

方案二：

在原地库结构设计模型上，分别考虑1.5m覆土的抗压模型，此工况塔吊对抗压桩承载力最不利；和不考虑1.5m覆土的抗拔模型，此工况塔吊对抗拔桩承载力最不利。

塔吊在地库底板上的模拟：在原地库结构设计模型底板上建一个小柱子当做塔吊并添加荷载，塔吊在地库模型上的模拟如图4。

图4 塔吊在地库底板上的模拟

原地库结构设计桩受力情况：抗压模型抗压桩见图5、抗拔模型抗拔桩见图6。

图5图6

由图5、图6桩的受力情况可知原地库结构设计桩，在抗压、抗拔承载力均有富余度。

塔吊在地库底板上的模拟对地库桩受力情况：抗压模型抗压桩见图7、抗拔模型抗拔桩见图8。

图7图8

由图7、图8桩的受力情况可知在塔吊基础荷载的作用下，地库的每根桩的抗压承载力＜1900KN、每根桩抗拔承载力＜650KN。故地库柱下桩的富余度足够抵抗塔吊荷载所带来的的效应。满足设计要求。

5.2两种方案内力差分析

方案一、二比较：

轴心竖向力比较：

方案一：4×Qk1=1820KN

方案二：

由图5、图7得：

总Qk2=22934-22119=815KN

为何：4×Qk1=1820 KN＞总Qk2=815 KN

原因：计算模型假定取塔吊周围4根柱子下面的16桩作为受力构件，由于基础底板是一块大整体，受力是整体受力，实际上塔吊部分会被4根柱子的外面一跨的桩吸收一部分。

偏心竖向力比较：

方案一：总Qk1min=1208KN

方案二：

抗拔模型抗拔桩拔力总和：8995KN、9214KN

总Qk2min=219KN（拔力）

为何：总Qk1min=1208KN＞Qk2min=219KN（拔力）

原因：

1. 计算模型假定取塔吊周围4根柱子下面的16桩作为受力构件，由于基础底板是一块大整体，受力是整体受力，实际上塔吊部分会被4根柱子的外面一跨的桩吸收一部分。

2.方案一桩的力臂为L=(3.82+3.82)0.5=5.374m，方案二在弯矩作用下的桩的力臂为L=(8.62+9.3202)0.5=12.67m，力臂更长，弯矩作用下力偶（一拉一压）的效应就会更小。

3. 柱子下面局部加厚的下柱墩，抵消了一部分弯矩产生的拔力。

6 结语

研究根据对新设计思路的简述讲述了各个方面未开始承载抗力可作为承受塔吊荷载的效应、方案一将底版一起浇注的塔吊做为“单独方式”，方案二利用地库柱下桩作为塔吊受力桩、两种方案的内力测算、内力差值的研究验证了利用地库柱下桩作为塔吊受力桩在设计施工上的可行性, 并为塔吊带来了一个新的设计思路。该设计思路的运用对项目的工期和经济性都是一个很好的选择，而且在节能减排、低碳化的未来上，该种新思路的设计无疑响应了国家的号召，合乎在我国利好政策，顺应潮流的大趋势。

参考文献：

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].北京：中国建筑出版社，2008.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部JGJ/T187-2019 塔式起重机混凝土基础工程技术标准[S].北京：中国建筑出版社，2019.