海上测风塔基础设计：承台结构强度提升

海上测风塔基础采用桩基混凝土承台结构时需要验算钢筋混凝土承台结构的强度和裂缝计算。一般的承台结构计算包括受弯计算、抗冲切计算和抗剪计算3部分，而海上测风塔承台基础的布置有其特殊性，这就使得其承台基础的验算内容略有不同。

对于桁架式测风塔塔架，当测风塔截面为三角形时承台布置成三角形，当测风塔截面为四边形时承台布置成四边形，承台桩基布置时桩顶与测风塔塔架腿柱底端多位于同一竖向平面内。与常规承台结构中结构柱位于承台中心部位的情形相比，海上测风塔这一特殊的结构与基础布置型式使得承台内力更小，各项强度验算更容易满足。

1.受弯计算

一般承台结构的受弯计算用于承台的配筋，海上测风塔承台结构配筋与之不同，应考虑两方面的配筋需要：一为承台受弯产生的截面弯矩；二为测风塔各腿柱底部的水平力差异而引起的承台拉力。水平力的差异根据测风塔塔架结构分析得到，并按照混凝土结构受拉截面配筋计算。

由于测风塔的塔架腿柱底部与桩顶通常位于同一竖向平面内，实际上由桩顶反力而产生的承台弯矩较小。下面给出的弯矩计算方法不考虑测风塔荷载对桩顶反力的折减效应，故计算结果偏于保守。

当采用矩形（或方形）承台时，弯矩计算截面通过承台形心处，两个方向的截面弯矩设计值计算为

式中 Mx、My——垂直y轴和x轴方向计算截面处的弯矩设计值；

xi、yi——垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离；

Ni——荷载效应基本组合下，由承台自重和测风塔荷载作用引起的第i桩竖向反力设计值。

当采用等腰三角形（或等边三角形）承台时，弯矩计算截面为通过承台形心并与各边边缘正交的截面，该截面范围内弯矩设计值可计算为

式中 Nmax——包含承台自重在内由测风塔塔架荷载综合作用下产生的三桩中最大桩顶竖向反力设计值；

sa——桩中心距。

式（7-99）中三桩承台弯矩设计值M是通过承台形心与相应承台边缘正交截面的弯矩设计值，在进行配筋计算时截面宽度应按此相应宽度来计算，而不是通过截面形心平行于三角形承台边缘的截面宽度，配筋一般采用沿三角形承台的三边方向均匀配筋方式。

2.受冲切计算

桩基承台厚度应满足柱对承台的冲切和桩基对承台的冲切承载力要求。海上测风塔桩基承台基础中塔架腿柱底端与桩顶基本在同一竖向平面内，除非二者位置偏差较大否则不存在塔架腿柱对承台的冲切问题。桩对承台的冲切计算时桩顶反力会受到塔架腿柱荷载的抵消作用，实际冲切力要小得多。从设计保守的角度出发，可不考虑塔架腿柱对冲切的有利作用，并按下述方法进行验算。

当采用四桩矩形（或方形）承台时，测风塔承台截面高度相同，承台受角桩冲切的承载力计算为(www.xing528.com)

式中 Nl——荷载效应基本组合下，扣除承台自重后的角桩桩顶竖向力设计值；

β1x、β1y——角桩冲切系数；

a1x、a1y——从角桩内边缘至承台中心沿x方向和y方向的距离，且不超过h0，海上测风塔承台结构下可均取h0；

c1、c2——从角桩内边缘至承台外边缘沿x方向和y方向的距离；

h0——承台外边缘的有效高度；

βhp——承台受冲切承载力截面高度影响系数，当截面高度h≤800mm时βhp取1.0，当截面高度h≥2000mm时βhp取0.9，其间按线性内插法取值；

ft——承台混凝土抗拉强度设计值。

当采用三桩等腰三角形（或等边三角形）承台时，测风塔承台截面高度相同，承台受三角形底部角桩冲切的承载力计算为

式中 c1——底部角桩内边缘沿边长方向至三角形承台底部角点的距离；

θ1——三角形承台底角的角度。

承台受三角形顶部角桩冲切的承载力计算为

式中 c2——顶部角桩内边缘沿边长方向至三角形承台顶部角点的距离；

θ2——三角形承台顶角的角度。

承台厚度除应满足上述冲切承载力要求外，还对承台的结构刚度产生影响，进而影响塔架腿柱间的内力分布和测风塔变形，应综合分析来确定。

承台结构除了进行受弯计算、受冲切计算外，一般还应进行柱边与桩边连线而形成的贯通承台截面的受剪承载力进行验算。海上测风塔承台结构与塔架腿柱和桩基的特殊位置关系使其不必进行抗剪承载力计算。