塔吊格构式基础计算书讲解.docx
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塔吊格构式基础计算书讲解
塔吊格构式基础计算书
宁波市江北区投资创业中心门户区长兴路以南3-4、3-5地块工程;工程建设地点:
宁波市江北区投资创业中心门户区长兴路以南;属于框剪结构;地上25层;地下2层;建筑高度:
99m;标准层层高:
4m;总建筑面积:
47422.19平方米;总工期:
936天。
本工程由欣捷投资控股集团有限公司投资建设,浙江省高专建筑设计研究院有限公司设计,浙江华展工程研究设计院有限公司地质勘察,宁波市天正工程咨询有限公司监理,欣捷建设有限公司组织施工;由周云晖担任项目经理,担任技术负责人。
本计算书主要依据本工程地质勘察报告,塔吊使用说明书、《钢结构设计规范》(GB50017-2003)、《钢结构设计手册》(第三版)、《建筑结构静力计算手册》(第二版)、《结构荷载规范》(GB5009-2001)、《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)、《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)等编制。
基本参数
1、塔吊基本参数
塔吊型号:
QTZ63;标准节长度b:
2.5m;
塔吊自重Gt:
450.8kN;塔吊地脚螺栓性能等级:
普通8.8级;
最大起重荷载Q:
60kN;塔吊地脚螺栓的直径d:
30mm;
塔吊起升高度H:
101m;塔吊地脚螺栓数目n:
12个;
塔身宽度B:
2.5m;
2、格构柱基本参数
格构柱计算长度lo:
7m;格构柱缀件类型:
缀条;
格构柱缀件节间长度a1:
0.5m;格构柱分肢材料类型:
L140x10;
格构柱基础缀件节间长度a2:
1.9m;格构柱钢板缀件参数:
宽400mm,厚400mm;
格构柱截面宽度b1:
0.45m;格构柱基础缀件材料类型:
L70x6;
3、基础参数
桩中心距a:
3m;桩直径d:
0.8m;
桩入土深度l:
25m;桩型与工艺:
泥浆护壁钻(冲)孔灌注桩;
桩混凝土等级:
C30;桩钢筋型号:
HRB335;
桩钢筋直径:
18mm;
承台宽度Bc:
5m;承台厚度h:
1.3m;
承台混凝土等级为:
C35;承台钢筋等级:
HRB335;
承台钢筋直径:
20;承台保护层厚度:
50mm;
承台箍筋间距:
250mm;
4、塔吊计算状态参数
地面粗糙类别:
B类田野乡村;风荷载高度变化系数:
2.38;
主弦杆材料:
角钢/方钢;主弦杆宽度c:
250mm;
工作状态:
所处城市浙江宁波市,基本风压ω0:
0.5kN/m2,
额定起重力矩Me:
630kN·m;基础所受水平力P:
30kN;
塔吊倾覆力矩M:
939.9kN·m;
工作状态下荷载计算
一、塔吊受力计算
1、塔吊竖向力计算
承台自重:
Gc=25×Bc×Bc×h×1.2=25×5.00×5.00×1.30×1.2=975.00kN
作用在基础上的垂直力:
N=1.2×(Gt+Gc+Q)=1.2×(450.80+975.00+60.00)=1782.96kN
2、塔吊倾覆力矩
总的最大弯矩值Mmax=939.90kN·m
3、塔吊水平力计算
挡风系数计算:
φ=(3B+2b+(4B2+b2)1/2c/Bb)
挡风系数Φ=0.72
水平力:
V=1.2×(ω×B×H×Φ+P)=1.2×(0.50×2.50×101.00×0.72+30.00)=145.63kN
4、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力:
N=1782.96kN
Mmax=939.90kN·m
V=145.63kN
图中x轴的方向是随时变化的,计算时应按照倾覆力矩Mmax最不利方向进行验算。
(1)、桩顶竖向力的计算
Ni=(F+G)/4±Mxyi/Σyi2±Myxi/Σxi%2%;
式中:
N-单桩个数,n=4;
F-作用于桩基承台顶面的竖向力设计值;
G-桩基承台的自重;
Mx,My-承台底面的弯矩设计值;
xi,yi-单桩相对承台中心轴的XY方向距离;
Ni-单桩桩顶竖向力设计值;
经计算得到单桩桩顶竖向力设计值
最大压力:
Nmax=N/4+(Mmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1782.96/4+(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=667.28kN
最小压力:
Nmin=N/4-(Mmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1782.96/4-(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=224.20kN
桩基础抗拔满足要求。
(2)、桩顶剪力的计算
V0=V/4=145.63/4=36.41kN
二、塔吊与承台连接的螺栓验算
1、螺栓抗剪验算
每个螺栓所受剪力:
Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×30.002×320/4=226.19kN
Nv=V/n=145.63/12=12.14kN<226.19kN
螺栓抗剪强度满足要求。
三、承台验算
1、承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.1条。
Mx1=∑Niyi
My1=∑Nixi
其中Mx1,My1-计算截面处XY方向的弯矩设计值;
xi,yi-单桩相对承台中心轴的XY方向距离取(a-B)/2=(3.00-2.50)/2=0.25m;
Ni1-单桩桩顶竖向力设计值;
经过计算得到弯矩设计值:
Mx1=My1=2×0.25×667.28=333.64kN·m。
2、承台截面主筋的计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。
As=M/(γsh0fy)
αs=M/(α1fcbh02)
ζ=1-(1-2αs)1/2
γs=1-ζ/2
式中:
αl-系数,当混凝土强度不超过C50时,α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时,α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00;
fc-混凝土抗压强度设计值查表得16.70N/mm2;
ho-承台的计算高度ho=1300.00-50.00=1250.00mm;
fy-钢筋受拉强度设计值,fy=300N/mm2;
经过计算得:
αs=333.64×106/(1.000×16.700×5.000×103×(1250.000)2)=0.003;
ξ=1-(1-2×0.003)0.5=0.003;
γs=1-0.003/2=0.999;
Asx=Asy=333.64×106/(0.999×1250.000×300)=890.843mm2;
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:
1300×5000×0.15%=9750mm2;
建议配筋值:
HRB335钢筋,20@150。
承台底面单向根数32根。
实际配筋值10054.4mm2。
3、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。
根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性,记为V=667.28kN。
我们考虑承台配置箍筋的情况,斜截面受剪承载力满足下面公式:
γ0V≤βfcb0h0
其中:
γo-建筑桩基重要性系数,取1.00;
Bc-承台计算截面处的计算宽度,Bc=5000.00mm;
ho-承台计算截面处的计算高度,ho=1300.00-50.00=1250.00mm;
λ-计算截面的剪跨比,λ=a/ho,此处,a=(5000.00/2-2500.00/2)-(5000.00/2-3000.00/2)=250.00mm,
当λ<0.3时,取λ=0.3;当λ>3时,取λ=3,得λ=0.30;
β-剪切系数,当0.3≤λ<1.4时,β=0.12/(λ+0.3);当1.4≤λ≤3.0时,β=0.2/(λ+1.5),得β=0.20;
fc-混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.70N/mm2;
则,1.00×667.28=667.28kN≤0.20×16.70×5000.00×1250.00/1000=20875.00kN;
经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋!
四、单肢格构柱截面验算
1、格构柱力学参数
L140x10
A=27.37cm2i=4.34cmI=514.65cm4z0=3.82cm
每个格构柱由4根角钢L140x10组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[514.65+27.37×(45.00/2-3.82)2]×4=40260.81cm4;
An1=A×4=27.37×4=109.48cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=40260.81/(45.00/2-3.82)=2155.29cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(40260.81/109.48)0.5=19.18cm;
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=667.28×103/(109.48×102)=60.95N/mm2 格构柱平面内整体强度满足要求。 3、格构柱整体稳定性验算 L0x1=lo=7.00m; λx1=L0x1×102/ix1=7.00×102/19.18=36.50; An1=109.48cm2; Ady1=4×40.00×40.00=6400.00cm2; λ0x1=(λx12+40×An1/Ady1)0.5=(36.502+40×109.48/6400.00)0.5=36.51; 查表: Φx=0.91; Nmax/(ΦxA)=667.28×103/(0.91×109.48×102)=66.83N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=36.51<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=50.00cm; 单肢回转半径: i1=4.34cm; 单肢长细比: λ1=l01/i1=50.00/4.34=11.52<0.7λmax=0.7×36.51=25.56; 因截面无削弱,不必验算截面强度。 分肢稳定满足要求。 五、整体格构柱基础验算 1、格构柱基础力学参数 单肢格构柱力学参数: Ix1=40260.81cm4An1=109.48cm2 W1=2155.29cm3ix1=19.18cm 格构柱基础是由四个单肢的格构柱组成的,整个基础的力学参数: Ix2=[Ix1+An1×(b2×102/2-b1×102/2)2]×4=[40260.81+109.48×(3.00×102/2-0.45×102/2)2]×4=7279980.26cm4; An2=An1×4=109.48×4=437.92cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=7279980.26/(3.00×102/2-0.45×102/2)=57097.88cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(7279980.26/437.92)0.5=128.93cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 N/An+Mx/(γx×W)=1782.96×103/(437.92×102)+939.90×106/(1.0×57097.88×103)=57.18N/mm2 格构式基础平面内稳定满足要求。 3、格构柱基础整体稳定性验算 L0x2=lo=7.00m; λx2=L0x2/ix2=7.00×102/128.93=5.43; An2=437.92cm2; Ady2=2×8.16=16.32cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(5.432+40×437.92/16.32)0.5=33.21; 查表: φx=0.92; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=73395.40N; N/(φxA)+βmxMx/(Wlx(1-φxN/NEX))≤f N/(ΦxA)+βmxMx/(Wlx(1-φxN/NEX))=43.28N/mm2≤f=300N/mm2; 格构式基础整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x2=33.21<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l02=a2=190.00cm; 单肢回转半径: ix1=19.18cm; 单肢长细比: λ1=l02/ix1=190.00/19.18=9.91<0.7λmax=0.7×33.21=23.25; 因截面无削弱,不必验算截面强度。 刚度满足要求。 六、桩承载力验算 桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1条。 根据以上的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值,取其中最大值; N=667.28kN; 桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式: γ0N≤fcA 其中,γo-建筑桩基重要性系数,γo=1.00; fc-混凝土轴心抗压强度设计值,fc=14.30N/mm2; A-桩的截面面积,A=πd2/4=0.50m2; 则,1.00×667.28=667.28kN<14.30×0.50×103=7150.00kN; 经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋! 七、桩竖向极限承载力验算 单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算: R=ηsQsk/γs+ηpQpk/γp Qsk=u∑qsikli Qpk=qpkAp 其中R-最大极限承载力; Qsk-单桩总极限侧阻力标准值; Qpk-单桩总极限端阻力标准值; ηs,ηp-分别为桩侧阻群桩效应系数,桩端阻群桩效应系数; γs,γp-分别为桩侧阻力分项系数,桩端阻抗力分项系数; qsik-桩侧第i层土的极限侧阻力标准值; qpk-极限端阻力标准值; u-桩身的周长,u=πd=2.51m; Ap-桩端面积,Ap=0.50m2; li-第i层土层的厚度; 各土层厚度及阻力标准值如下表: 序号土厚度(m)土侧阻力标准值(kPa)土端阻力标准值(kPa)土名称 112.0041.001350.00粘性土 28.0022.001700.00粘性土 37.0050.001700.00粘性土 47.0056.001700.00粘性土 由于桩的入土深度为25.00m,所以桩端是在第3层土层。 已知: 桩中心距: Sa=a=3.00m,桩直径: d=0.80m,承台宽度: Bc=5.00m,桩入土长度: l=25.00m 由Sa/d=3.00/0.80=3.75,Bc/l=5.00/25.00=0.20 查表得: ηs=0.88,ηp=1.42 单桩竖向承载力验算: R=1209.58kN>667.28kN,桩的竖向极限承载力满足要求! 八、桩配筋计算 1、桩构造配筋计算 按照构造要求配筋。 As=πd2/4×0.65%=3.14×8002/4×0.65%=3267mm2 2、桩抗压钢筋计算 经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋! 3、桩受拉钢筋计算 桩不受拉力,不计算这部分配筋,只需构造配筋! 建议配筋值: HRB335钢筋,1318。 实际配筋值3308.5mm2。 依据《建筑桩基设计规范》(JGJ94-94), 箍筋采用6-8@200-300mm,宜采用螺旋式箍筋;受水平荷载较大的桩基和抗震桩基,桩顶3-5d范围内箍筋应适当加密;当钢筋笼长度超过4m时,应每隔2m左右设一道12-18焊接加劲箍筋。 桩锚入承台30倍主筋直径,伸入桩身长度不小于10倍桩身直径,且不小于承台下软弱土层层底深度。 格构柱施工要求(工程经验) 1、格构柱端锚入混凝土承台长度不小于450mm和1/3承台厚度;混凝土强度等级不小于C35; 2、格构柱锚入桩基中的长度不小于2000mm,并需增加箍筋和主筋数量,确保焊接质量桩混凝土等级不小于C30; 3、吊(插)入桩孔时,应控制钢构柱的垂直与水平二个方向的偏位。 特别需防止浇捣混凝土后钢构柱的偏位,施工方案中必须有防偏位措施(采用模具等定位方法)。 4、钢构柱应在工厂制作,成品后运往工地。 现场焊接水平杆与斜撑杆(柱间支撑)等构件,必须持有焊接上岗证,原则上仍应由生产厂家派员施焊。 5、单肢钢构柱内部需留有足够空间,浇捣混凝土中应采取有效手段保证混凝土的填充率达到95%以上。 6、开挖土方时,塔机钢构柱周围的土方应分层开挖,钢构柱之间的水平与斜撑杆(或柱间支撑),连接板等构件,必须跟随挖土深度而及时设置并焊接。 7、塔机使用中,要经常观察钢筋混凝土连接块的变形情况;经常观察地脚螺栓松动情况,随时拧紧;经常观察塔机的垂直度,发现超差及时纠正。
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