1、工程概况：

   某车辆段综合利用项目，总建筑面积224700M²，建筑高度45M，层数4-9层。本项目是在一级开发的基础上再进行二次开发建设住宅楼、办公楼等相应建筑。需要在盖上安装塔吊进行施工。

2、塔吊基础选型设计：

   1.1塔吊基础重量的选择：

盖上限重40T。而塔吊必须设置在上盖梁板上才利于施工。根据现场实际情况，建设单位、设计单位、监理单位、施工单位和生产厂家经过近三个月的研究沟通。制定的以下三种方案供选择。

方案一：采用厂家标准矩形砼基础。基础长7M，宽7M，高1.6M，经计算，在满足抗倾覆力矩的情况下基础下部支撑点需要与原有结构的下部梁、柱植筋锚固。因原有结构为型钢砼，梁柱内均有型钢梁或者型钢柱，植筋实施困难且对原结构破坏较大。如果加大基础尺寸，在满足要求的前体下，重量将达到188.2T。超过限重40T。不可行。

方案二：塔吊基础放于原一级开发的自然地面。经查原一级开发地质勘察报告显示盖下土质承载力较差，在满足塔吊地基承载力200KPa的情况下需要挖至10M以下的持力层，且对原一级开发的基础影响较大。同时还得报地铁部门进行专项安全评估。不可行。

方案三：矩形钢框架基础。其带支腿的主梁通过托梁和螺栓等连接件与既有结构形成抱梁连接，有效将塔吊基础和既有结构连成整体，在塔吊运行时，其侧倾产生的拉拔力在既有结构梁上转化为剪力，架空既有结构板的上空，使既有结构板不受荷载，既有结构安全即可保证塔吊运行安全，在满足结构的承载力情况下，增强了塔基的抗倾翻能力，且下部无需辅助架体支撑，既满足了吊装使用需求，又保证了地铁的正常运行。基础自重及上部总重量约为35T。符合设计要求。可行。故本工程选定钢框架塔式起重机基础。

钢框架基础与原有砼框架梁通过长螺栓进行连接。塔吊基础节与专用支腿采用销钉进行连接，专用支腿与钢框架基础采用焊接进行连接。焊接钢板采用20MM，Q355B级，焊材采用E50XX。

1.2塔吊基础经济可行性选择：

经济效益分析表

钢框架塔基施工综合成本低于塔吊说明书中标准混凝土塔基44.8万，且运行过程中，可行性高，无混凝土强度28天等待时间，更高效、更安全，材料可二次利用或回收，节材、环保效果显著。是本工程的优选方案，值得其他类似项目效仿推广。

3、施工工序及焊缝的计算：

3.1施工工序：编制方案—论证方案—钢框架制作（厂家）—安装钢框架—基础节连接—支腿焊接—焊缝探伤检测—安装塔吊—监测运行—拆除。

3.1.1支腿焊接的施工方法与要求：

1）支腿底部打坡口：支腿到场验收后合格后进行切割，切割后的飞边、毛刺应清理干净。钢材切割面保证无裂纹、夹渣、分层等缺陷和大于1mm的缺棱。坡口的角度控制在±5⁰，钝边控制在±1mm范围内。

     2）拼装塔吊第一标准节与4个支腿：将标准节与塔吊4个支腿进行立装拼装，吊装时注意施工人员的人身安全。

    3）安装销轴：将4支腿的各销轴进行安装，保证各销轴安装牢固。

    4）定位测量放线：根据塔吊基础支腿拟定位置进行十字测量定位放线，对支腿位置进行测量。

    5）吊装到塔基定位位置：将连接好的塔吊支腿及塔吊首节进行整体吊装，与基础定位的十字中心线对准。

6）复测定位及垂直校正：对塔吊支腿位置进行复测，使四个支腿中心线与水平面垂直度误差控制在1.5/1000以内。

7）预焊接：在打磨好的钢结构基础连接板上进行预焊接，进行点焊定位。

8）安装加强肋板：将每个支腿的四个肋板进行点焊焊接安装，注意企口的留置，需符合规范的要求。

9）摘钩：将吊车吊钩摘去。

10）焊接：采用手工CO2气体保护焊接，所用的焊丝必须满足《气体保护焊钢丝》（GB/T14958-94）要求，CO2气体纯度不得低于99.5%（体积法）。

11）焊缝两侧打磨：按要求进行探伤焊缝两侧钢板的打磨。

12）100%探伤：根据规范要求进行第三方监测中心的100%探伤检查。

3.2焊缝的计算：

已知：厂家提供的连接件为角钢L200x24，材质为Q355;

设支座与钢梁之间的连接，按与角钢等强原则：

角钢L200x24    A0=9070mm2

                fy=295Mpa

角钢设计承载力  N=A0*fy=2675KN

支座与钢梁连接是通过两种焊接实现

第一种：角钢端部与钢梁熔透焊

A0=9070mm2

                ftw=295Mpa

角钢设计承载力  N1=A0*ftw=2675KN

第二种：四块加劲肋板角焊缝

                he=hf*0.7=11.2

                lw=200*8=1600

                 ftw=200Mpa

               N2=he*lw*βf*ftw=11.2*1600*1.0*200=3584KN             

N1+N2=6259KN>N=2675KN

结论：连接承载力远大于角钢承载力，符合设计要求。

3.3安装塔吊：

根据现场情况现场12台塔机均使用50t起重量汽车吊辅助安装人员完成塔机安装。（自重42T，回转半径12M）

汽车吊支腿必须支放到原一级开发的柱或者梁上，支腿下垫2.0m×6.0m铁板，距塔机中心不得超过12m。

3.3.1汽车吊相关计算：

50吨汽车吊自重42吨，轴荷26吨，支腿横纵间距为7.4m×6.05m，吊装T7530-18T塔机最重部件为回转总成，重8.6吨，按9吨考虑，吊钩0.4吨，钢丝绳0.2吨，动载系数取1.1。

（1）作用在支腿上的竖向载荷计算

F_VK=G₁+G₂+K(G₃+G₄+G₅)+G₆…+G_Q   

F_GK= G_I+G₂+G₆+G_Q              

式中∶F_VK为汽车吊特定吊装工况下作用在支腿上的竖向总载荷；F_GK为起重机自重；G₁为汽车吊裸机自重载荷；G₂为部分重型汽车吊的可拆卸平衡配重自重载荷G₃为实际吊载载荷G₄为吊索具自重载荷G₅为吊钩自重载荷G₆为部分汽车吊的超起支架、塔况支架、副臂等自重载荷G_Q为可能实际存在的其它类别自重载荷∶K为动载系数，取1.1。则50吨汽车吊作用在支腿上的竖向载荷为∶

F_VK= 42+1.1×(9+0.4+0.2)=52.6t；

F_GK= 42+0.4=42.4t。

特定吊装工况下最大倾覆力矩计算∶M _MaX=(0.5 F_VK-0.15 F_GK)×b  

式中∶M _MaX为汽车吊特定吊装工况下最大倾覆力矩；b一般为汽车吊纵向和横向支腿间距中数值较小的支腿间距。

则50T汽车吊在特定工况下最在倾覆力矩为：

M _MaX=（0.5×52.6-0.15×42.4）×6.05=120.637T.M。

（2）支腿压力计算：在实际施工中，仅验算结构能否承受极限最大单腿压力即可，此时计算α=β时的数值即F _MaX，α=β=45⁰。

根据公式:

F=--=--=11.325t≥0则在极限工况下支腿最大压力据下式计算：

F=-==14.975t。

每个支腿下面铺垫2米×6米规格的钢板，汽车吊站位点的承载力为：

14.98/(2×6)=1.25T/M₂=12.5kpa<35kpa。符合要求。

4、施工过程的管控：

4.1对原有建筑的变形监控：根据JGJ8-2016《建筑变形测量规范》、GB50911-2013《城市轨道交通工程监测技术规范》、DB11/T915-2012《穿越城市轨道交通设施检测评估及监测技术规范》、DB11490-2007《地铁工程监控量测技术规范》，采用几何水准测量手段，按国家二等水准测量要求对变形观测点进行观测。

4.2变形监控点的布设：建筑的4角、核心筒4角、在转角处沿外墙每10~20M处或每隔3根柱基础上；高低层建筑、新旧建筑、纵横墙交接处的两侧。

4.3对塔吊基础焊缝的监测：

   焊缝使得塔吊基础与塔吊为刚性连接，在塔吊使用过程中焊缝应力会随着吊重和吊重位置的不同有所变化，同时也会受到温度、风等环境影响，但是，在相关荷载去掉后应该回复到初始状态。通过自动化高频率（采样间隔在30分钟之内）的数据采集可以判定焊缝的状态。

4.3.1数据分析

本次分析数据的时间区间为年7月20日至8月5日，采样频率为10min一次。

结合监测的焊缝应力演化规律图分析可知，四根支腿上6条主要焊缝的应力在整个数据分析区间内在进行稳定的上下波动，并且应力最大值约为200MP，小于材料的应力限值。未产生安全隐患。

4.4对塔吊基础与原结构连接处的监测：

4.4.1监测方案：按照传力路径分析，现阶段塔吊的荷载是通过钢板传递给既有梁、再传递给混凝土柱。因此，传力路径上的关键构件为钢板、既有混凝土梁和既有混凝土柱，其受力状态比较重要。在承受塔吊的动荷载的时候，钢板应该严格在弹性范围内工作。考虑传力路径关键构件，分别在抱梁钢板、混凝土梁、混凝土柱上布设传感器。

4.4.2数据分析

本次分析数据的时间区间为2021年7月20日至2021年8月5日，采样频率为10min一次，关键传力钢构件、混凝土梁、混凝土柱各测点监测数据经过分析可知：

1）塔吊的抱梁钢结构测点共计6个，其中除了抱梁（传感器编号:T4-BL-5,位置：东侧既有柱右一东侧钢板）外，其他的抱梁的应力最大的均小于40MPa，而抱梁（传感器编号:T4-BL-5,位置：东侧既有柱右一东侧钢板）在初时上升至160Mpa，后下降至140Mpa，目前稳定在130Mpa，应力在允许范围内弹性工作；此钢板采用Q355屈服强度为345Mpa，考虑折减系数取值305Mpa，应力最大时占用比为52%。考虑本项目的塔吊钢结构基座是采用了锚栓和抱梁两种方式进行转化，而且每种转化均是按照100%满足设置。因此，抱梁的应力52%仍然不存在安全问题。

2）混凝土梁的应力最大为4.5MPa，而且为压应力。远没有达到混凝土的极限抗压应力，结构混凝土梁处于安全状态。

3）混凝土柱子的应力最大为2.7MPa，而且为压应力。远小于混凝土极限抗压应力，结构混凝土柱处于安全状态。

  经过实测数据分析可知，塔吊焊缝、抱梁钢结构关键构件、钢筋混凝土梁和钢筋混凝土柱均处理安全状态。

5、结束语：

地铁上盖施工时，塔吊基础的选型很重要。本项目选择的的塔吊钢框架基础可减少既有结构负荷，既有结构顶板不受力，与既有结构“抱梁抵柱”连接，无需多余架体支撑。有效解决既有地铁停车库上盖塔吊设置和构件吊装的问题，同时也满足了地铁的正常运行。为以后同类施工提供技术借鉴。

参考文献

[1]郑全鹏,张琨,司小东.上盖建筑对既有地铁车辆段柱网结构变形影响分析[J].市政技术,2023,41(02):47-52.DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.02.047.

[2]王守德.地铁塔吊地上基础快速施工关键技术研究[J].安徽建筑,2022,29(02):65-66.DOI:10.16330/j.cnki.1007-7359.2022.02.030.

[3]王红振,程军,黄旭刚等.既有地铁之上的塔吊基础施工技术[J].建筑施工,2015,37(10):1170-1172.DOI:10.14144/j.cnki.jzsg.2015.10.010.