塔吊布置与基础设计的若干问题探讨

【摘要】对塔吊布置的一般性问题,不同地下室与主体结构的平面形状,基坑支护与开挖深度情况下的诸多问题进行了分析;并对塔吊基础形式的选择,塔吊基础的不利验算截面,塔吊的不利工况和倾覆力矩的取值等基础设计问题进行了阐述.
      【关键词】塔吊布置 基础设计 不利验算截面 不利工况 倾覆力矩
1 引言
随 着我国城市化的进程,高层建筑和深基坑迅速发展,房屋建筑的施工场地和作业环境越趋复杂.工程施工对塔吊的要求越来越高,科学合理地设置塔吊已成为施工技 术措施中不可或缺的重要组成部分.目前建筑市场的塔吊主要由机械租赁公司拥有并管理,而施工现场对于塔吊的选型和塔吊的定位布置,则是由土建施工单位负责 完成的,这种介于土建施工与机械管理范畴之间的大型施工机械,往往使得土建人员在对其进行施工布置和基础设计时感到较为棘手.如果缺乏对塔吊精心的布置和 基础设计,很可能会影响工程的正常施工,造成塔吊使用过程的倾斜,倒坍等安全隐患或塔吊拆除困难.因此,本文结合笔者在"三合一"管理体系审核过程的一些 发现和多年的施工经验,对塔吊布置和基础设计中存在的许多问题进行探讨,以供同行参考.
2 塔吊布置
2.1塔吊布置的一般性问题
(1)应充分发挥塔吊的作用,尽可能使起重臂覆盖整个在建建筑物和作业现场.
(2)应使吊臂的覆盖范围尽可能避开高压线,满足JGJ46-2005《施工现场临时用电安全技术规范》所规定的安全距离.如果小于安全距离,一定要用毛竹或木杆搭设防护架,防止塔吊的吊索或吊物碰到高压线,同时在防护架一侧用钢筋网,设接地进行屏蔽.
(3)在作业范围内,应尽可能减少障碍物,提高工作效率,例如施工临时用电架空线离混凝土搅拌机较近,妨碍混凝土的吊运,可考虑使用电缆埋地敷设.
(4)考虑与建筑物的佳距离,保证塔身不阻碍外脚手架的搭设和在降塔时司机室,走台,起重臂,平衡臂等部位不与外挑的阳台,雨篷等相碰.
(5)自由高度超过说明书规定需要安装附墙时,还要考虑建筑物结构有无安装附墙的合适位置.
(6)保证组拆装时必要的作业场地.特别是非规整形状的结构物需考虑塔吊拆除时有足够的工作场地.
(7)根据当地的风向,塔吊应布置在建筑物的背风面;特别是沿海地区的塔吊布置必须考虑台风的影响.
(8)对于主体结构存在主楼和裙房或高低错层的情况,应把塔吊布置在主楼或高层结构的一侧,确保塔吊满足大工作高度的要求.
(9)塔吊的布置应结合塔吊的选型综合考虑,使塔吊工效高,费用低,满足幅度,起重量,起重力矩等工作要求和满足施工进度的要求.
2.2带地下室情况的塔吊布置
一般从平面上看,地下室与上部结构的关系分为地下室宽出主体结构和地下室与主体结构一致两种情况.
2.2.1地下室宽出主体结构
当 地下室宽出主体结构不多,又主体结构不是很高时,通过对附墙杆加长可考虑把塔吊布置在地下室外,但是当主体结构较高时,随着塔高附墙杆间距越来越密,通过 附墙杆加长既要增加塔吊荷载又会明显影响附墙杆的稳定性.因此必须把塔吊布置在地下室内;当地下室宽出主体结构较多时,应将塔吊布置在地下室范围内.
2.2.2 地下室与主体结构一致
对于采用地下连续墙,桩基加围檩,支撑作为基坑支护的非放坡开挖基坑,塔吊可布置在基坑的外侧.
对于采用土钉墙,锚杆支护或直接放坡等的放坡开挖基坑,应视基坑的深度而定.
(1)当基坑不深时,可考虑把塔吊布置在基坑外侧,放坡引起的塔吊与主体结构的水平距离不大,塔吊附墙杆的长度基本在正常范围或略需加长.但是若附墙杆需要一定的加长,建筑物又是很高,可考虑把塔吊内移布置在基坑边坡上,但必须确保塔吊和基坑支护两者的安全.
(2) 当基坑较深时,应考虑将塔吊布置基坑放坡坡顶的外侧,若塔吊基础采用大板基础的还需保证离开坡顶一定的安全距离.这种情况下,如果主体结构较高,塔吊超出 其自由高度时,应在基坑周边土回填后进行塔吊移位重新布置.若地质条件较好,又能征得设计单位同意,也可将塔吊布置在基坑边坡上或坡脚附近,但必须确保塔 吊和基坑支护两者的安全.
3 塔吊基础设计
3.1塔吊基础形式的选择
目 前较为常见的塔吊基础主要有钢筋混凝土大板基础和桩基础加钢筋混凝土承台两种形式.当地质条件较好,塔吊基础位置的地基土承载力较高时可采用钢筋混凝土大 板基础,但是如果大板基础明显受到旁边基坑开挖的影响,难以保证足够的安全距离时,需考虑采用桩基础形式.当地质条件较差,地基土承载力不够,塔吊荷载较 大,明显受到基坑开挖的影响或塔吊对基坑支护产生较大附加荷载等情况下,塔吊基础必须采用桩基础.
3.2塔吊基础的不利验算截面
随着塔 吊作业过程的转动,作用在塔吊基础上的水平力和倾覆力矩其方向是不断变化的.从理论上讲塔吊基础的平面应设计成圆形,但是由于圆形基础的钢筋配置非常困 难,塔吊基础通常设计成正方形板,十字交叉梁形式或对称布置的四桩基础.正方形布置的基础在荷载作用方向转动情况下这就涉及不利验算截面的确定问题.
在 塔机基础设计计算中,经常有根本未考虑不利验算截面的情况,如下图1所示.往往以力矩作用在正方形边长方向,对基础极限承载力进行验算,如a)所示.而 实际上不利验算截面应为正方形的斜对角方向,如b)所示,在此方向基础的平面抗弯刚度小,产生的内力大,为不利.上述两种验算截面情况下,基础弯 矩的计算结果其大小相差约为30％.
a) b)
图1 两种不同的基础验算截面
3.3塔吊的不利工况和倾覆力矩的取值
塔 吊的工况可分为起吊重物的工作状态和不吊重物时的非工作状态,通常在工作状态作用在塔吊基础上的竖向荷载大,倾覆力矩小;而非工作状态作用在基础上的竖向 荷载小,倾覆力矩大.当塔吊安装第一节附墙杆后,风荷载的水平力由附墙杆承担,塔吊倾覆力矩将明显减小,故在非工作状态,当塔吊在大自由高度时,作用在 基础上的倾覆力矩大,为不利工况;当塔吊处于大工作高度时,作用在基础上的竖向荷载大,为工作状态的不利工况,经计算表明,通常情况下,对于塔 吊基础起控制作用的是倾覆力矩,也就是非工作状态.因此,塔吊的不利工况为大自由高度时的非工作状态.
一般情况下,塔吊生产厂家的使用说明书 提供了作用在塔吊基础上的大倾覆力矩,但也有部分厂家没有明确或未能提供,有时不同厂家所提供的倾覆力矩值相差很大,如QTZ63塔吊提供的倾覆力矩有 1832kN ,1350kN,1220kN,870kN,630kN等,这说明有的厂家对大倾覆力矩的理解也存在问题.实际上作用在塔吊基础上的水平力和倾覆力矩与 塔身自由高度和风荷载大小密切相关.它与塔吊使用所在地的基本风压,地形地貌等有关,因此,对倾覆力矩的取值应根据施工现场的实际情况进行计算或对塔吊使 用说明书的提供值进行复核.
4 结语
塔吊布置与基础设计,需要考虑施工场地,周围环境,上部结构与地下室的平面形状,基坑支护的形式等多种因素的影响,特别是基坑开挖对塔吊基础稳定性的影响;充分理解塔吊不利工况,不利验算截面和倾覆力矩的取值,是一项把工程理论知识与实际工作经验相结合的系统工程.
因此,根据工程情况,因地制宜,科学合理地选择塔吊布置方案,确保塔吊使用过程以及安装,拆除的安全,减少对基坑支护稳定性带来的不利影响,满足施工要求,有效地提高塔吊使用效率,从而达到加快施工进度的目的.