一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础及其设计方法与流程

本发明属于建筑施工，具体涉及一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础及其设计方法。

背景技术：

1、目前，常用的塔吊基础形式为落地式和爬升式，落地式塔吊或标准节穿越地下室或桩基础穿越地下室，导致地下室顶板在塔楼主体结构封顶之前，都无法封闭以便继续后续工序施工，造成大量的成本损失、安全与质量风险。而爬升式塔吊将塔吊重量全部施加在核心筒上，会进一步影响偏置核心筒的质心位置，增大核心筒质心偏移，加大偏置核心筒水平变形的风险。另外，现有塔吊基础的设计计算非常复杂，均为多元函数，不仅需要借助baqus、sap2000等复杂的三维模拟软件，而且从业人员需要具备较高的专业能力，并熟练掌握上述软件的使用方法方可完成塔吊基础的设计验算，实操性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础及其设计方法，用于解决现有塔吊基础不适用于核心筒偏置结构，设计计算复杂的问题。

2、本发明提供一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，包括以下步骤：

3、步骤1：确定塔吊基础的结构；所述塔吊基础包括四根钢梁，所述四根钢梁包括两根下梁和两根上梁；所述下梁的一端设计为连接有牛腿，所述牛腿用于与预埋于剪力墙的预埋件焊接，下梁的另一端设计为搁置于地下室柱顶；两根上梁的两端分别设置在两根下梁之上；其中，预埋件包括锚板和锚筋；

4、步骤2：简化塔吊基础的受力为简支梁受力模型，计算钢梁受到的最大支座反力值和最大弯矩值；

5、步骤3：基于钢梁受到的最大弯矩值，并结合所述钢梁的宽度和厚度的给定值，确定钢梁的设计高度；

6、步骤4：确定牛腿的最大支座反力值，并结合牛腿的长度、锚筋的抗拉强度设计值以及给定的锚筋直径和锚板厚度，计算锚筋的设计总面积，基于锚筋的设计总面积，确定锚筋实配数量；

7、步骤5：基于牛腿的最大支座反力值和长度，确定牛腿的最大弯矩值，并基于牛腿的最大弯矩值，结合所述牛腿的宽度和材料厚度的给定值，确定牛腿的设计高度；进行牛腿与预埋件的焊缝验算。

8、进一步地，所述步骤2中，在简化塔吊基础的受力为简支梁受力模型之前，还包括步骤：

9、按照以下公式计算塔吊基础的上梁和下梁相交的支点在塔吊不同工作状态下的荷载：

10、

11、上述式中：f压/拉—塔吊基础的支点的集中力；nv—塔吊在工作状态或非工作状态下的垂直力；m—塔吊在工作状态或非工作状态下的弯矩值；n—塔吊基础的支点数量；la—塔吊标准节中心点距离塔吊基础的支点的距离。

12、进一步地，所述步骤2中，简化塔吊基础的受力为简支梁受力模型的步骤还包括：将塔吊基础简化为结构力学中有刚度和强度但无尺寸的受力杆件，所有受力杆件按照简支梁建立受力模型；所述钢梁受到的最大支座反力值和最大弯矩值的计算公式如下：

13、

14、mmax＝max{mxi}＝rmax×lxi

15、上述式中：rmax—钢梁受到的最大支座反力值；mmax—钢梁受到的最大弯矩值；n1、n2—受力杆件所受到的集中力；lx1、lx2—受力杆件所受到的集中力距离支座的距离；mxi—受力杆件所受集中力处的弯矩值；lxi—受力杆件所受集中力距离支座的距离。

16、进一步地，所述步骤3中钢梁的设计高度的计算公式如下：

17、

18、上述式中：h—钢梁的设计高度；b—钢梁的宽度；t—钢梁的厚度；γ—钢梁的截面系数；[σ]—钢梁的材料最大允许正应力值。

19、进一步地，所述步骤4中锚筋的设计总面积的计算公式如下：

20、

21、上述式中：asmin-锚筋的设计总面积；r’max-牛腿的最大支座反力值；lnt-牛腿的长度；fy-锚筋的抗拉强度设计值；fc-混凝土抗压强度设计值；ar-锚筋层数的影响系数；d-锚筋的直径；t-锚板的厚度；z-沿剪力作用方向最外层锚筋中心线之间的距离。

22、进一步地，所述步骤5中，所述牛腿的最大弯矩值计算公式为：

23、m’max＝r’maxlnt/2

24、上述式中：m’max-牛腿的最大弯矩值；r’max-牛腿的最大支座反力值；lnt-牛腿的长度。

25、进一步地，所述步骤5中，所述牛腿的设计高度的计算公式如下：

26、

27、上述式中：h—牛腿的设计高度；b—牛腿的宽度；t—牛腿的材料厚度；[σ]-牛腿的材料允许最大应力值；m’max-牛腿的最大弯矩值；γ—牛腿的截面系数。

28、进一步地，所述步骤5中，采用如下公式进行牛腿与预埋件的焊缝验算：

29、lw＝b+2h

30、

31、上述式中：σ-牛腿焊缝处应力；hf-牛腿焊缝高度；lw-牛腿焊缝长度；m-牛腿所受弯矩值；v-牛腿所受剪力值；[σ]-牛腿材料允许最大应力值；βf-正面角焊缝的强度设计值增大系数。

32、进一步地，所述步骤1中，基于塔吊型号、地下室柱顶的位置以及主体结构剪力墙的位置，确定塔吊基础的下梁的布置位置；基于塔吊的基脚位置确定两根上梁的间距。

33、第二方面，本发明还提出一种上述方法设计的用于核心筒偏置结构的塔吊基础，包括：

34、预埋件，包括焊接的锚板和锚筋，所述锚筋预埋于剪力墙；

35、牛腿，与所述锚板焊接；

36、两根下梁，沿其梁宽方向间距分布，所述下梁的一端连接所述牛腿，所述下梁的另一端搁置于地下室柱顶；以及

37、两根上梁，沿其梁宽方向间距分布，两根上梁的两端分别设置在两根下梁之上。

38、本发明的有益效果包括：通过将下梁的一端通过牛腿与预埋于剪力墙的预埋件连接，另一端搁置于地下室柱顶，并在下梁上铺设两根上梁，用于支撑塔吊；相比于传统的落地式塔吊基础而言，塔吊标准节位于地下室顶板之上，无需穿越地下室顶板，不影响地下室封闭及其后续施工，提高了建筑结构的施工效率，并降低了施工成本；相比传统的爬升式塔吊基础而言，塔吊重量直接施加在剪力墙和地下室柱顶上，不会施加在核心筒上，从而不会影响偏置核心筒的质心位置，降低了核心筒质心偏移和核心筒水平变形的风险。提高了施工安全性。另外，可根据地下室柱网和剪力墙的布置位置，灵活的调整塔吊基础的设置位置，塔吊施工更灵活。本发明的塔吊基础设计方法可以很好的解决目前超高层工程地下室穿插施工的痛点，并满足偏心筒结构施工荷载严格控制的需求。通过本发明的设计方法，融合大量工程力学、材料力学、结构力学等基础学科原理，将传统复杂的公式进行优化、组合、调整，使每一步公式由传统的多元函数简化为一元函数，降低了计算复杂度，从业人员无需具备较高的专业能力，也无需掌握专业三维模拟软件即可完成塔吊基础的设计验算，实操性强。

技术特征：

1.一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤2中，在简化塔吊基础的受力为简支梁受力模型之前，还包括步骤：

3.根据权利要求1所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤2中，简化塔吊基础的受力为简支梁受力模型的步骤还包括：将塔吊基础简化为结构力学中有刚度和强度但无尺寸的受力杆件，所有受力杆件按照简支梁建立受力模型；所述钢梁受到的最大支座反力值和最大弯矩值的计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤3中钢梁的设计高度的计算公式如下：

5.根据权利要求1所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤4中锚筋的设计总面积的计算公式如下：

6.根据权利要求1所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤5中，所述牛腿的最大弯矩值计算公式为：

7.根据权利要求6所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤5中，所述牛腿的设计高度的计算公式如下：

8.根据权利要求7所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤5中，采用如下公式进行牛腿与预埋件的焊缝验算：

9.根据权利要求1-8中任一项所述的一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础设计方法，其特征在于，所述步骤1中，基于塔吊型号、地下室柱顶的位置以及主体结构剪力墙的位置，确定塔吊基础的下梁的布置位置；基于塔吊的基脚位置确定两根上梁的间距。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的方法设计的用于核心筒偏置结构的塔吊基础，其特征在于，包括：

技术总结
本申请涉及建筑施工技术领域，提供一种用于核心筒偏置结构的塔吊基础及其设计方法，方法包括：塔吊基础的结构确定；结构受力模型简化；塔吊基础的钢梁受力计算；塔吊基础的钢梁尺寸设计；预埋件设计；牛腿尺寸设计及焊缝验算。塔吊基础包括四根钢梁，所述四根钢梁包括两根下梁和两根上梁；所述下梁的一端设计为连接有牛腿，所述牛腿用于与预埋于剪力墙的预埋件焊接，下梁的另一端设计为搁置于地下室柱顶；两根上梁的两端分别设置在两根下梁之上。本发明提高了建筑结构的施工效率；降低了核心筒质心偏移和核心筒水平变形的风险。降低了计算复杂度，实操性强。

技术研发人员：贾佰渠,王远航,朱黎明,范巍,张同生
受保护的技术使用者：中建三局第一建设工程有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13