1 塔吊平面布置
塔吊按其分類一般分為固定式及軌道行走式,行走式對基礎(chǔ)土體的擾動(dòng)較大,對深基坑的支護(hù)及場地要求比較高,且由于獨(dú)立高度受到限制,故在城市高層建筑深基坑中使用的較少。絕大部分采用固定基礎(chǔ)附著式自升塔吊,本文就這種塔吊的平面布置形式做一論述。
1.1 塔式起重機(jī)的選用原則
1) 參數(shù)應(yīng)滿足施工要求　要對塔吊各主要參數(shù)逐項(xiàng)核查,務(wù)必使所選用塔吊的幅度、起重量、起重力矩和吊鉤高度諸參數(shù)與分析結(jié)果相適應(yīng)。
2) 塔吊生產(chǎn)效率應(yīng)能滿足施工進(jìn)度的要求　為驗(yàn)證塔吊生產(chǎn)率是否滿足施工進(jìn)度的需要,可就吊次多少按下述程序進(jìn)行分析: ①鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑標(biāo)準(zhǔn)層平均每平米建筑面積約需1.1～1.6 吊次,根據(jù)樓層建筑面積估算出總吊次N ; ②塔吊平均每臺(tái)班約可完成50～75 吊次,可根據(jù)計(jì)劃配用的塔吊數(shù)量和每天作業(yè)臺(tái)班數(shù),計(jì)算出塔吊可完成的總吊次N總計(jì)。如N 總計(jì)≥N 總估,即可認(rèn)為塔吊的生產(chǎn)效率能滿足施工進(jìn)度的要求。塔吊的生產(chǎn)率也可用重量計(jì)來分析是否能滿足施工進(jìn)度的要求。但它與塔吊的起重能力、起重量的利用程度、臺(tái)班作業(yè)時(shí)間的利用情況以及吊次等因素有關(guān),因此塔吊的生產(chǎn)率可按下式估算:
P = k1*k2*Q*n
n = 60P( Σs/v tn )
式中: Q 為塔吊的最大起重量(10kN) ; k1 為起重量利用系數(shù),取0.5～0.9 ; k2 為作業(yè)時(shí)間利用系數(shù),取0.4～0.7 ; n 為每小時(shí)理論吊次(吊次/h); s 為構(gòu)件、建筑材料或機(jī)具設(shè)備的垂直運(yùn)距(m) ; v 為塔吊起升速度(m/min) ; tn 為掛鉤、脫鉤就位以及加速、減速等所耗用的時(shí)間(min) 。
分析時(shí),首先應(yīng)熟悉施工圖紙,并按照施工組織設(shè)計(jì)所規(guī)定的施工組織和施工方法進(jìn)行分層、分段(施工流水段) 工程量的計(jì)算,得出需要垂直運(yùn)輸?shù)闹亓?然后按照施工進(jìn)度要求計(jì)算出每作業(yè)臺(tái)班及每小時(shí)需要升運(yùn)的重量,并取其中最大值與塔吊生產(chǎn)率( P) 作比較。
1.2 塔吊的平面布置
塔吊的平面布置視建筑物的情況因地而宜、不盡相同。但高層建筑其基坑較深以及場地的復(fù)雜性,決定了塔吊布置的多樣性。在考慮了施工工藝,建筑物平面幾何尺寸,周邊環(huán)境和基坑支護(hù)安全的前提下,介紹幾種合理的深基坑塔吊布置方式及其設(shè)計(jì)思路。
1.2.1 塔吊在基坑壁附近布置
如果基坑平面尺寸較小,在基坑一側(cè)布置固定式塔吊即可使垂直運(yùn)輸覆蓋整個(gè)基坑工作面,其基礎(chǔ)可放在圍護(hù)壁外的土體中,也可放在圍護(hù)壁上,視施工場地而定。
1) 如塔吊放在圍護(hù)壁外的土體中,宜在塔吊基礎(chǔ)下施打若干支承樁,將塔吊基礎(chǔ)的荷載傳到基坑底下的土體中,以減少塔吊基礎(chǔ)對基坑周圍土體的影響,保證基坑圍護(hù)的安全。
2) 如塔吊基礎(chǔ)放在基坑圍護(hù)壁上,一般還需在圍護(hù)壁外加設(shè)2 根支承樁,由圍護(hù)壁與支承樁共同承受塔吊基礎(chǔ)荷載。這時(shí)承受豎向塔吊荷載的圍護(hù)壁區(qū)段在設(shè)計(jì)中要適當(dāng)加長入土深度,注意受荷載過程中與相鄰圍護(hù)壁的沉降差異控制,并解決與壁外承載樁的共同工作問題?？刹捎猛ǔ兜某两盗坑?jì)算方法來驗(yàn)算塔吊基礎(chǔ)下樁的協(xié)調(diào)工作問題,沉降計(jì)算可采用《上海市地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ0811-89 第6.3.1 條關(guān)于樁基沉降量的計(jì)算方法,也可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-94 第5.3 節(jié)樁基的沉降計(jì)算進(jìn)行驗(yàn)算。如果基坑平面尺寸較大,盡可能把塔吊放在基坑一側(cè),這時(shí)可放多臺(tái)固定式塔吊在基坑對邊,其基礎(chǔ)放置和設(shè)計(jì)的原理如上所述。如受場地限制,而基坑尺寸較大,這時(shí)可將塔吊放置在基坑內(nèi)。
1.2.2 塔吊在基坑內(nèi)布置
城市高層建筑深基坑受周邊環(huán)境的影響,一般場地狹窄,如塔吊放置在基坑周邊,勢必影響工程施工,這種情況下要求塔吊放在基坑內(nèi),并滿足各種工況下的使用;當(dāng)基坑尺寸比較大時(shí)將固定塔吊放在基坑一側(cè)總有工作區(qū)域浪費(fèi)而又有一部分沒有塔吊工作面的問題,如果能將塔吊放置在基坑內(nèi),則可大大提高塔吊的工作區(qū)域利用率,同時(shí)將塔吊基礎(chǔ)的荷載傳到基坑的土體中,對周圍環(huán)境的影響就會(huì)大大減弱,空間工作區(qū)域也會(huì)縮至基坑范圍內(nèi),這時(shí)采用樁基礎(chǔ)是較好的解決辦法。這種方法可與基坑圍護(hù)施工階段同步,在土方開挖前塔吊安裝結(jié)束,可以大大縮短工期。
坑內(nèi)樁基一般采用800～1 000mm 樁徑的鉆孔灌注樁內(nèi)插鋼格構(gòu)柱,灌注樁中心距與塔吊軸心間距一致, 格構(gòu)柱一般出室外地面即可(見圖1) 。鋼格構(gòu)柱一般不會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性, 盡量不要穿越地下室的框架梁。這種塔吊基礎(chǔ)的布置有以下優(yōu)點(diǎn): ①格構(gòu)柱不穿越地下室框梁, 結(jié)構(gòu)整體性好, 僅在板上預(yù)留孔洞, 塔吊拆除后格構(gòu)柱在地下室地板面以上割斷拔出; ②經(jīng)濟(jì)性好,減少了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的切割浪費(fèi)。
1.2.3 塔吊在基坑內(nèi)布置時(shí)基礎(chǔ)埋置在大底板下
由于其它原因塔吊樁基礎(chǔ)未進(jìn)行施工,而土方開挖已經(jīng)開始,場地限制又不能在深基坑外做樁基,此時(shí)可以在土方開挖時(shí)進(jìn)行塔吊基礎(chǔ)施工,采用承臺(tái)方式作為塔吊基礎(chǔ),承臺(tái)埋置在基礎(chǔ)底板下,通過格構(gòu)柱或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)傳遞上部荷載。此時(shí)承臺(tái)類似淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì),根據(jù)基坑內(nèi)的地質(zhì)條件調(diào)整承臺(tái)平面尺寸,在基礎(chǔ)底板未澆筑前完全按照淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法,底板澆筑后要考慮底板與承臺(tái)的協(xié)調(diào)變形。此種布置方法可以滿足各種工況下的施工,保證施工工期。如無錫佳城大廈就是采用這種方法(見圖2) 。




2 塔吊基礎(chǔ)設(shè)計(jì)
采用樁基的塔吊基礎(chǔ)布置在基坑外或側(cè)壁與布置在基坑內(nèi)的樁基設(shè)計(jì)計(jì)算步驟相同。樁基以上部分,坑外需要布置承臺(tái),塔吊安裝在承臺(tái)上,坑內(nèi)需要內(nèi)插格構(gòu)柱,塔吊安裝在格構(gòu)柱上,這時(shí)二者設(shè)計(jì)的內(nèi)容不同。對于在基坑內(nèi)的承臺(tái)基礎(chǔ)布置,則可以參照淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。
2.1 塔吊樁基的設(shè)計(jì)
塔吊樁基頂部豎向荷載較小,一般更多的是考慮樁的抗拔驗(yàn)算來控制樁的入土深度。
2.1.1 單樁承載力驗(yàn)算
Ra = qpk AP up Σqsia li > Nimax
式中: up 為樁身周長; qsia 為用靜力觸探比貫入值估算的樁周第i 層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值; li 為樁穿過第i層土的厚度; qpk為樁端附近的靜力觸探比貫入阻力標(biāo)準(zhǔn)值(平均值) ; Ap 為樁端面積; Nimax 為偏心豎向力作用下第i 復(fù)合基樁或基樁的豎向力設(shè)計(jì)值。
2.1.2 單樁水平承載力驗(yàn)算
可按照《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ94-94 的樁的水平承載力進(jìn)行驗(yàn)算。
2.1.3 樁的抗拔極限承載力的計(jì)算
按照廣東省《樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》10.2.10 公式計(jì)算。
2.1.4 抗傾覆力矩驗(yàn)算


式中: e 為最小樁軸線間距; F 為作用于樁基承臺(tái)頂面的豎向力設(shè)計(jì)值; G 為樁承臺(tái)和承臺(tái)上土自重設(shè)計(jì)值。
2.1.5 樁配筋計(jì)算
樁承載力計(jì)算依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》JGJ 94-94第4.1.1 條,樁頂軸向壓力設(shè)計(jì)值應(yīng)滿足:
γ0 N ≤fc A
式中:γ0 為樁基重要性系數(shù),取1.0 ; fc 為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(N/mm2 ) ; A 為樁截面面積(m2 ) 。依據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50010-2002 第7.3條正截面受壓構(gòu)件承載力計(jì)算。
2.1.6 鋼格構(gòu)柱驗(yàn)算
由于塔吊在土方開挖前即已安裝完畢,隨著土方開挖,格構(gòu)柱逐漸顯露出來后,對4 根格構(gòu)柱進(jìn)行系桿連接使格構(gòu)柱形成整體剛度,在系桿未連接之前把格構(gòu)柱看成一端固定,一端鉸接的的桿件進(jìn)行驗(yàn)算,依據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003 按照小偏壓構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定驗(yàn)算及強(qiáng)度驗(yàn)算。格構(gòu)柱除進(jìn)行整體穩(wěn)定驗(yàn)算外,尚應(yīng)對綴板、焊縫進(jìn)行驗(yàn)算(略) 。
2.2 承臺(tái)設(shè)計(jì)
深基坑塔吊基礎(chǔ)承臺(tái)一般考慮為整體式承臺(tái),根據(jù)情況分為2 種。

圖3 塔吊樁基礎(chǔ)承臺(tái)布置

2.2.1 樁基上的承臺(tái)
由于地腳螺栓安裝在基樁軸心位置(見圖3) ,樁基上承臺(tái)一般不考慮承臺(tái)的承載力及抗傾覆,這時(shí)承臺(tái)平面尺寸及厚度均可比非樁基承臺(tái)基礎(chǔ)小,承載力及抗傾覆見樁基設(shè)計(jì)。
2.2.2 天然地基上的承臺(tái)
天然地基上的承臺(tái)基礎(chǔ)要進(jìn)行以下驗(yàn)算,不管是布置在地面還是布置在基坑內(nèi)部。
1) 地基基礎(chǔ)承載力驗(yàn)算　根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002 第5.2.3 條進(jìn)行驗(yàn)算。
2) 受沖切承載力驗(yàn)算　依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002 第8.2.7 條驗(yàn)算。
3) 抗傾覆驗(yàn)算　為保持基礎(chǔ)穩(wěn)定,塔吊在非工作情況下作用于基礎(chǔ)諸力的偏心距應(yīng)滿足:

式中: M 為作用于塔身的不平衡力矩; H 為作用于塔吊的水平力; h 為基礎(chǔ)承臺(tái)的厚度; L 為混凝土基礎(chǔ)邊長;V 為塔吊結(jié)構(gòu)自重力,可取自塔吊說明書; G 為基礎(chǔ)自重力。

3 結(jié)語
以上3 種固定式塔吊布置方案是深基坑塔吊布置的基本方法,可在較多的施工環(huán)境中使用,在施工中需要注意的是:
1) 布置在基坑外或圍護(hù)壁上的樁基方案,要注意基樁與承臺(tái)的錨固,基坑壁根據(jù)基坑的支護(hù)情況要適當(dāng)進(jìn)行噴錨護(hù)坡。
2) 塔吊布置在基坑內(nèi)的樁基基礎(chǔ)要保證內(nèi)插格構(gòu)柱具有一定的錨固深度,塔吊下鋼格構(gòu)柱鉆孔灌注樁連接部分混凝土宜盡量澆筑至接近地表面,以增強(qiáng)鋼格構(gòu)柱下部的固端效果。此外,塔吊底座與格構(gòu)柱的連接要有可靠保證,特別是在附墻之前的工況的安全。
3) 塔吊布置在基坑內(nèi)的承臺(tái)基礎(chǔ)應(yīng)加快降水施工速度,如內(nèi)插鋼格構(gòu)柱或標(biāo)準(zhǔn)節(jié)應(yīng)在穿越大底板中部設(shè)置止水鋼板。高層建筑深基坑的塔吊布置根據(jù)場地情況因地制宜,具有較大的靈活性,合理的選擇塔吊基礎(chǔ)方案可以有效地提高塔吊的施工效率,加快施工進(jìn)度,保證施工安全。