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塔吊安全验算书
塔吊安全验算书
一、塔吊基础验算
一、参数信息
塔吊型号:
QTZ80
塔机自重标准值:
FK1=627.00KN
起重荷载标准值:
Fqk=60.00kN
水平力:
Fh=73.9kN;
塔吊最大起重力矩:
M=800.00kN.m
柱作用于基础承台的竖向荷载:
Nk=188.13kN
塔吊计算高度:
H=115m
塔身宽度:
B=1.60m
承台混凝土等级:
C35
矩形承台边长:
5.0m
承台厚度:
Hc=1.400m
承台钢筋级别:
HPB235
桩混凝土等级:
C35
保护层厚度:
50mm
桩直径d=1.000m
桩钢筋级别:
HRB400
桩入土深度:
13.00m
二、荷载计算
1)塔机自重标准值
Fk1=627kN
2)起重荷载标准值
Fqk=60kN
3)塔机作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(Fk1+Fqk)=824.40kN
柱作用于桩基承台顶面的竖向力N=1.2×Nk=225.76kN
4)基础以及覆土自重
Gk=1.2×(5.02+3.2×1.97)×25×1.4=1316.11kN
5)最大压力:
N=F+N+Gk=824.40+225.76+1316.11=2366.27kN
6)塔吊的倾覆力矩M=1.4×800=1120.00kN.m
三、承台计算
1、塔吊基础承载力计算
依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2条承载力计算。
当不考虑附着时的基础设计值计算公式:
Pmax=+,Pmin=
当考虑附着时的基础设计值计算公式
P=
当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式:
Pmax=
F——塔吊作用于基础的竖向力,它包括塔吊自重,压重和最大起重荷载,F=824.40kN;
N——柱作用于基础的竖向力,N=218.52KN
G——基础自重与基础上面的土的自重,G=1316.11kN
Bc——基础底面的宽度,取Bc=5.00m;
W——基础底面的抵抗矩,W=bh2/6=53/6=20.83m3;
M1——塔吊倾覆力矩,包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩,M=1.4×800=1120.00kN.m;
M2——柱作用于基础的弯矩,M=1.4*N*e1=1.4*218.52*0.3=91.78kN.m;
A——基础底面积,A基础底面积=5.02+3.2×1.97=31.34m2
a——合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m),按下式计算:
a=Bc/2-
a=5.00/2-1120.00/(824.40+1316.11)=1.98m。
经过计算得到:
无附着的最大压力设计值
Pmax=(824.4+218.52+1316.11)/31.34+1120/20.83=122.04kPa
无附着的最小压力设计值
Pmin=(824.4+218.52+1316.11)/31.34-1120/20.83=14.50kPa
有附着的压力设计值P-(824.4+218.52+1316.11)/31.34=68.27kPa
偏心距较大时压力设计值Pkmax=2×(824.4+218.52+1316.11)/(3×5.00×1.98)=68.27kPa
2.地基基础承载力验算
地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第5.2.3.条。
计算公式如下:
fa=fak+ηbr(b-3)+ηdrm(d-0.5)
fa——修正后的地基承载力特征值(kN/m2);
fak——地基承载力特征值,取fak=180.00kN/m2;
ηb——基础宽度地基承载力修正系数,取ηb=0.30;
ηd——基础埋深地基承载力修正系数,取ηd=1.50;
r——基础底面以下土的重度,取r=19.00kN/m3;
rm——基础底面以上土的重度,取rm=18.50kN/m3;
b——基础底面宽度,取b=5.00m;
D——基础埋深度,取D=1.40m。
解得地基承载力设计值fa1=180+0.3×19(5.00-3)+1.5×18.5×(1.4-0.5)-206.115kPa
实际计算取的地基承载力设计值为:
fa=247.34kPa
“地基承载力设计值大于最大压力设计值122.04kPa,满足要求1”
“地基承载力设计值大于偏心距较大时压力设计值68.2kPa,满足要求!
”
3.抗倾覆稳定性验算
e=
式中:
e—偏心距,即桩反力的合力至承台中心的距离;
M—作用在基础上的弯矩;
F—塔机作用在基础上的垂直荷载;
N—柱作用在基础上的垂直荷载;
Fh—作用在基础上的水平荷载;
G—钢筋混凝土基础的重力;
h—基础的高度;
b—基础底面的短边长度;
e=
==1.25m
偏心距e不大于,满足要求;
4.受冲切承载力验算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.7条。
验算公式如下:
Ft≤0.7βhpf2amh0
βhp——受冲切承载力截面高度影响系数,当h不大于800mm时,βhp取1.0,当h大于等于2000mm时,βhp取0.9,其间按线性内插法取用;取βhp=0.95;
ft——混凝土轴心抗拉强度设计值,取ft=1.57kPa;
am——冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:
am=(at+ab)/2
am=[1.6+(1.6+2×1.4)]/2=3.00m;
h0——承台的有效高度,取h0=1.4-0.05=1.35m;
Pj——最大压力设计值,取Pj=122.04kPa;
F1——实际冲切承载力:
F1=PjAi
F1=122.04×[(5.00-4.4)2/4+1.97×3.2]=780.32kN。
允许冲切力:
0.7×0.95×1570.00×3.00×1.35=4228.40kN
“实际冲切力小于允许冲切力设计值,所以能满足要求!
”
5.承台配筋计算
(1)抗弯计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.2.7条。
计算公式如下:
M1——任意截面Ⅰ-Ⅰ处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值;
a1——任意截面Ⅰ-Ⅰ至基底边缘最大反力处的距离;当墙体材料为混凝土时,取a1=b即取a1=(5.00-1.6)/2=1.70m;
Pmax——相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大地基反力设计值,取113.53kN/m2;
P——相应于荷载效应基本组合时在任意截面Ⅰ-Ⅰ处基础底面地基反力设计值;
a=1.6m
P=122.04×(3X1.6-1.70)/3(3×1.6)=78.82kPa
G——考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重,取1316.11kN/m2;
1——基础宽度,取1=5.00m;
a——塔身宽度,取a=1.6m;
a’——截面Ⅰ-Ⅰ在基底的投影长度,取a’=1.6m。
经过计算得M1=1.702×[(2×5.00+1.6)×(122.04+78.82-2×
1316.11/5.002)+(122.04-78.82)×5.00]/12=285.00kN.m
(2)配筋面积计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011第8.7.2条。
公式如下:
a1——当混凝土强度不超过C50时,a1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,取为0.94,期间按线性内插法确定,取a1=1.00;
fc——混凝土抗压强度设计值,查表得fc=16.7kPa;
fy——钢筋抗拉强度fy360N/mm2
ho——承台的计算高度,ho=1.35m。
as=285×106/(1.00×16.7×5000.00×(1350.00)2)=2.21X10-3;
ξ=1-(1-2×2.21×10-3)0.5=2.21X10-3;
rs=1-2.21/2X10-3=1.00;
As=285×106(1.00×1350.00×360)=690.84mm2
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:
5.00×1000×1.4×1000×0。
15%=10500.00mm2。
本工程设计图纵横向配筋为Φ25@205(As=23563.2mm2),满足条件;
四、桩身最大弯矩计算
计算简图:
1、按照m法计算桩身最大弯矩:
计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-2008)的第5.4.5条,并参与《桩基础的设计方法与施工技术》。
(1)计算桩的水平变形系数a(1/m):
其中m——地基土水平抗力系数;
bo——桩的计算宽度,bo=1.80m
E——抗弯弹性模量,E=0.67Ec=21105.00N/mm2;
Ⅰ——截面惯性矩,Ⅰ=0.05m4;
经计算得到桩的水平变形系数:
a=0.431/m
(2)计算Dv:
Dv=98.12/(0.43×1120)=0.203
(3)由查表得:
(4)计算Mmax:
Mmax=MoKm
经计算得到桩的最大弯矩值:
Mmax=1120×1.01=1131.2kN.m。
由Dv查表得:
最大弯矩深度z=0.25/0.43=0.59m。
五、桩配筋计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第7.3.8条。
沿周边均匀配置纵向钢筋的圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件,其截面受压承载力计算:
(1)偏心受压构件,其偏心矩增大系数按下式计算:
式中1o——桩的计算长度,取1=13.00m;
h——截面高度,取h=1.00m;
h0——截面有效高度,取ho=0.95m;
ξ1——偏心受压构件的截面曲率修正系数:
解得:
ξ1=1.00
A——构件的截面面积,取A=0.79m2;
ξ2——构件长细比对截面曲率的影响系数,当1o/h<15时,取1.0,否则按下式:
解得:
ξ1=1.00
经计算偏心增大系数
(2)偏心受压构件应符合下列规定:
式中As——全部纵向钢筋的截面面积;
r——圆形截面的半径,取r=0.50m;
rs——纵向钢筋重心所在圆周的半径,取rs=0.45m;
eo——轴向压力对截面重心的偏心矩:
eo=Mmax/F=1131.2/2366.27=0.48m;
ea——附加偏心矩,应取20mm和偏心放学截面最大尺寸的1/30两者中的较大者,ea=33.33mm;
a——对应于受压区混凝土截面面积的圆心角与2
的比值,取a=0.51;
at——纵向受拉钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值,当a>0.625时,取at=0:
at=1.25-2a
由一式,经计算解得:
As=-2348.52mm2
由二式,经计算解得:
As=3335.29mm2
由上两式计算结果:
桩的配筋面积As=3335.29mm2。
本工程设计图纵向配筋为12Φ12@2000,加密箍筋Φ8@100,加劲箍筋Φ8@200满足条件;
六、桩竖向承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)的第6.3.3和6.3.4条
轴心竖向力作用下,Qk=2366.27kN
桩基竖向承载力必须满足以下两式:
单桩竖向承载力特征值按下式计算:
其中Ra——单桩竖向承载力特征值;
qsik——第i层岩石的桩侧阻力特征值;按下表取值;
qpa——桩端端阻力特征值,按下表取值;
u——桩身的周长,u=3.14m;
Ap——桩端面积,取Ap=0.79m2;
1i——第i层土层的厚度,取值如下表;
厚度及侧阻力标准值表如下:
序号
土层厚度(m)
侧阻力特征值(kPa)
端阻力特征值(kpa)
土名称
1
3.15
80
——
粉质粘土
2
3.9
150
——
圆砾
3
1.7
180
——
全风化砂砾岩
4
1.8
160
——
强风化砂砾岩
5
5
——
9000
中风化砂砾岩
由于桩的入土深度为13m,所以桩端是在第5层土层。
最大压力验算:
Ra=3.14×(3.15×80+3.9×150+1.7×180+1.8×160+2.45×0)+9000×0.79=11564.21kN
由于:
Ra=11564.21>QK=2366.27,所以满足要求!
六、桩抗拔承载力验算
桩抗拔承载力验算依据(建筑桩基础技术规范)JGJ94-2008第5.4.5条。
桩抗拔承载力应满足下列要求:
总极限抗拔侧阻力
极限抗拔承载力
式中Ugk——在桩抗拔极限承载力标准值;
解得:
Tsu=3.14*(80*0.7*3.15+150*0.6*1.7+160*0.6*1.8)=2775.13KN
Ta=2775.13/2+0.79*13*25=1644.32kN≧73.9KN,满足要求;
二、塔吊附着计算
计算依据:
《塔式起重混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
一、参数信息
塔吊高度:
115.00(m)
附着塔吊最大倾覆力矩:
800.00(kN.m)
附着塔吊边长:
1.60(m)
附着框宽度:
2.14(m)
回转扭矩:
276.90(kN/m)
风荷载设计值:
0.74(kN/m)
附着杆选用钢管:
216.00×10.00
附着节点数:
6
各层附着高度分别:
21.0,0.36,0.51,0.66,0.81,0.96.0(m)
附着点1到塔吊的竖向距离:
3.04(m)
附着点1到塔吊的横向距离:
2.13(m)
附着点1到附着2的距离:
5.86(m)
二、支座力计算
塔机按照说明书与建筑附着时,最上面一道附着装置的负荷最大,因此以此道附着杆的负荷作为设计或校核附着杆截面的依据。
附着式塔机的塔身可以视为一个带悬臂的刚性支撑连续梁,其内力及支座反力计算如下:
风荷载取值q=0.74kN.m
计算结果:
Nw=97.349kN
三、附着杆内力计算
计算简图:
计算单元的平衡方程为:
四、第一种工况的计算
塔机满载工作,风向垂直于起重臂,考虑塔身在最上层截面的回转惯性力产生的扭矩和风荷载扭短。
将上面的方程组求解,其中θ从0-360循环,分别取正负两种情况,分别求得各附着最大的轴压力和轴拉力:
杆1的最大轴向压力为:
242.05kN
杆2的最大轴向压力为:
176.30kN
杆3的最大轴向压力为:
150.98kN
杆1的最大轴向拉力为:
242.05kN
标2的最大轴向拉力为:
176.3kN
杆3的最大轴向拉力为:
150.98kN
五、第二种工况的计算
塔机的非工作状态,风向顺着起重臂,不考虑扭矩的影响。
将上面的方程组求解,其中θ=45,135,225,315,Mw=0,分别求得各附着最大的轴压力和轴拉力。
杆1的最大轴向压力为:
84.05kN
杆2的最大轴向压力为:
29.36kN
杆3的最大轴向压力为:
96.91kN
杆1的最大轴向压力为:
84.05kN
杆2的最大轴向压力为:
29.36kN
杆3的最大轴向压力为:
96.91kN
六、附着杆强度验算
1、杆件轴心受拉强度验算
验算公式:
σ=N/An≤f
其中N——为杆件的最大轴向拉力,取N=242.05kN;
σ——为杆件的受拉应力;
An——为杆件的截面面积,An=6471.68mm2;
经计算,杆件的最大受拉应力σ=242.05×1000/6471.68=37.40N/mm2。
最大拉应力不大于拉杆的允许拉应力215N/mm2,满足要求!
2、杆件轴心受压强度验算
验算公式:
σ=N/∮An≤f
其中σ——为杆件的受压应力;
N——为杆件的轴向压力,杆1:
取N=242.05kN;杆2:
取N=176.30kN;
杆3:
取N=150.98kN;
An——为杆件的截面面积,An=6471.68mm2;
∮——为杆件的受压稳定系数,是根据λ,查表计算得,杆1:
取∮=0.856,杆2:
取∮=0.745,杆3:
取∮=0.869;
λ——杆件长细比,杆1:
取λ=50.906,杆2:
取λ=71.884,杆3:
取λ=47.049。
经计算,杆件的最大受压应力σ=43.69N/mm2。
最大压应力不大于拉杆的允许压应力215N/mm2,满足要求!
七、焊缝强度计算
附着杆如果采用焊接方式加长,对接焊缝强度公式如下:
其中N为附着杆的最大拉力或压力,N=242.050kN;
1w为附着杆的周长,取678.59mm;
T为焊缝厚度,t=10.00mm;
ft或fc为对接焊缝的抗拉或抗压强度,取185N/mm2;
经过焊缝强度σ=242050.00/(678.59×10.00)=35.67N/mm2。
对接焊缝的抗压或抗压强度计算满足要求!
八、塔吊附着对结构构件的验算
本方案以最不利组合的原则,选取了3#楼标准层塔吊附墙位置,为轴(3-9)~轴(3-14)与轴(3-M)相交区段的边梁上,如下图所示:
由图可知被附着的梁高500mm、宽度200m、长度2400mm,混凝土等级为C25,配筋形式为上层纵向钢筋各配2Φ16,下层纵向钢筋各配5Φ163/2,箍筋为Φ8@100/200
(2);
(1)构件最大挠度1o/250-2400/250=9.60mm
弹性模量E=2.8*104N/mm2
(2)轴心最大挠度:
Ymax=5p13/(384EI)
=5*242.05*103*24003/(384*2.8*104*3.33*108)
=4.67mm<9.60mm
其中Ⅰy=hb3/12=500*2003/12=3.338(mm3)满足要求;
三、塔吊稳定性验算
(一)塔吊最大起重状态下的稳定性验算
一、塔吊有荷载时稳定性验算
塔吊有荷载时,计算简图:
塔吊有荷载时,稳定安全系数可按下式验算
K1——塔吊有荷载时稳定安全系数,允许稳定安全系数最小取1.15;
G——起重机自重力(包括配重,压重),G=627.00(kN);
c——起重机重心至旋转中心的距离,c=0.50(m);
ho——起重机重心至支承平面距离,ho=6.00(m);
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离,b=2.50(m);
Q——最大工作荷载,Q=60.00(kN);
g——重力加速度(m/s2),取g=9.81;
v——起升速度,v=0.50(m/s);
t——制动时间,t=3.00(S);
a——起重机旋转中心至悬挂物重心的水平距离,a=11.00(m);
W1——作用在起重机上的风力,W1=15.85(kN);
W2——作用在荷载上的风力,W2=1.43(kN);
P1——自W1作用线至倾覆点的垂直距离,P1=73.00(m);
P2——自W2作用线至倾覆点的垂直哼,P2=2.50(m);
h——吊杆端部至支承平面的垂直距离,h=115.00(m);
n——起重机的旋转速度,n=0.60(r/min);
H——吊杆端部到重物最低位置时的重心距离,H=112.50(m);
a——起重机的倾斜角(轨道或道路的坡度),a=0.00(度)。
经过计算处到:
K1=1/[60.00×(11.00-2.50)]×{627.00×[0.50-6.00×sin0.00+2.50]-[60.00×0.50×(11.00-2.50)/(9.81×3.00)]-15.85×73.00-1.43×2.50-[(60.00×0.602×11.00×115.00)/(900-112.50×0.602)]}=1.33
“塔吊最大负载6T时,稳定性安全系数满足要求!
”
(二)塔吊最远起重状态下时稳定性验算
塔吊有荷载时,计算简图:
塔由有荷载时,稳定安全系数可按下式验算:
K1——塔吊有荷载时稳定安全系数,允许稳定安全系数最小取1.15;
G——起重机自重力(包括配重,压重),G=627.00(kN);
c——起重机重心至旋转中心的距离,c=0.50(m);
ho——起重机重心至支承平面距离,ho=6.00(m);
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离,b=2.50(m);
Q——最大工作荷载,Q=10.00(kN);
g——重力加速度(m/s2),取g=9.81;
v——起升速度,v=0.50(m/s);
t——制动时间,t=3.00(S);
a——起重机旋转中心至悬挂物重心的水平距离,a=56.00(m);
W1——作用在起重机上的风力,W1=15.85(kN);
W2——作用在荷载上的风力,W2=1.43(kN);
P1——自W1作用线至倾覆点的垂直距离,P1=73.00(m);
P2——自W2作用线至倾覆点的垂直哼,P2=2.50(m);
h——吊杆端部至支承平面的垂直距离,h=115.00(m);
n——起重机的旋转速度,n=0.60(r/min);
H——吊杆端部到重物最低位置时的重心距离,H=112.50(m);
a——起重机的倾斜角(轨道或道路的坡度),a=0.00(度)。
经过计算得到:
K1=1/[10.00×(56.00-2.50)]×{627.00×[0.50-6.00×sin0.00+2.50]-[10.00×0.50×(56.00-2.50)/(9.81×3.00)]-15.85×73.00-1.43×2.50-[(10.00×0.602×56.00×115.00)/(900-112.50×0.602)]}=1.28
“塔吊最远负载1T时,稳定性安全系数满足要求!
”
(三)塔吊无荷载时稳定性验算
塔吊无荷载时,计算简图:
塔吊无荷载时,稳定安全系数可按下式验算:
式中:
K2——塔吊无荷载时稳定安全系数,允许稳定安全系数最小取1.15;
G1——后倾覆点前面塔吊各部门的重力,G1=627.00(kN);
c1——G1至旋转中心的距离,c1=0.50(m);
b——起重机旋转中心至倾覆边缘的距离,b=2.50(m);
h1——G1至支承平面的距离,h1=6.00(m);
G2——使起重机倾覆部分的重力,G2=23.30(kN);
c2——G2至旋转中心的距离,c2=12.50(m);
h2——G2至支承平面的距离,h2=115.00(m);
W3——作用有起重机的几力,W3=11.84(kN);
P3——W3至倾覆点的距离,P3=38.33(m);
a——起重机的倾斜角(轨道或道路的坡度),a=0.00(度)
K2=[627.00×(2.50+0.50-6.00×Sin0.00)]/[23.30×(12.50-2.50+115.00×sin0.00)+11.84×38.33]=2.74
“塔吊有荷载时,稳定安全系数满足要求!
”
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