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十字格构式基础计算书

十字格构式基础计算书

计算依据：

1、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009

2、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010

3、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008

4、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011

5、《钢结构设计规范》GB50017-2003

一、塔机属性

塔机型号

QTZ80（浙江建机）

塔机独立状态的最大起吊高度H0（m）

40

塔机独立状态的计算高度H（m）

43

塔身桁架结构

方钢管

塔身桁架结构宽度B（m）

1.6

二、塔机荷载

1、塔机传递至基础荷载标准值

工作状态

塔机自重标准值Fk1（kN）

449

起重荷载标准值Fqk（kN）

60

竖向荷载标准值Fk（kN）

509

水平荷载标准值Fvk（kN）

31

倾覆力矩标准值Mk（kN·m）

1039

非工作状态

竖向荷载标准值Fk'（kN）

449

水平荷载标准值Fvk'（kN）

71

倾覆力矩标准值Mk'（kN·m）

1668

2、塔机传递至基础荷载设计值

工作状态

塔机自重设计值F1（kN）

1.35Fk1＝1.35×449＝606.15

起重荷载设计值FQ（kN）

1.35FQk＝1.35×60＝81

竖向荷载设计值F（kN）

606.15+81＝687.15

水平荷载设计值Fv（kN）

1.35Fvk＝1.35×31＝41.85

倾覆力矩设计值M（kN·m）

1.35Mk＝1.35×1039＝1402.65

非工作状态

竖向荷载设计值F'（kN）

1.35Fk'＝1.35×449＝606.15

水平荷载设计值Fv'（kN）

1.35Fvk'＝1.35×71＝95.85

倾覆力矩设计值M'（kN·m）

1.35Mk＝1.35×1668＝2251.8

三、桩顶作用效应计算

承台布置

桩数n

4

承台高度h（m）

1.3

承台梁宽l（m）

1.2

承台梁长b（m）

5.2

桩心距ab（m）

3.68

桩直径d（m）

0.8

加腋部分宽度a（m）

1

承台参数

承台混凝土强度等级

C35

承台混凝土自重γC（kN/m3）

25

承台上部覆土厚度h'（m）

0

承台上部覆土的重度γ'（kN/m3）

20

承台混凝土保护层厚度δ（mm）

40

格构式钢柱总重Gp2（kN）

20

基础布置图

承台底面积：

A=2bl-l2+2a2=2×5.20×1.20-1.202+2×1.002=13.04m2

承台及其上土的自重荷载标准值：

Gk=A（hγC+h'γ'）=13.04×（1.30×25.00+0.00×20.00）=423.8kN

承台及其上土的自重荷载设计值：

G=1.35Gk=1.35×423.8=572.13kN

1、荷载效应标准组合

轴心竖向力作用下：

Qk=（Fk+Gk+Gp2）/n=（449.00+423.8+20）/4=223.2kN

荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：

Qkmax=（Fk+Gk+Gp2）/n+（Mk+FVkh）/ab

=（449.00+423.8+20）/4+（1668.00+71.00×7.40）/3.68=819.233kN

Qkmin=（Fk+Gk+Gp2）/n-（Mk+FVkh）/ab

=（449.00+423.8+20）/4-（1668.00+71.00×7.40）/3.68=-372.833kN

2、荷载效应基本组合

荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：

Qmax=（F+G+1.35×Gp2）/n+（M+FVh）/ab

=（606.15+572.13+1.35×20）/4+（2251.80+95.85×7.40）/3.68=1105.964kN

Qmin=（F+G+1.35×Gp2）/n-（M+FVh）/ab

=（606.15+572.13+1.35×20）/4-（2251.80+95.85×7.40）/3.68=-503.324kN

四、格构柱计算

格构柱参数

格构柱缀件形式

缀板

格构式钢柱的截面边长a（mm）

480

格构式钢柱长度H0（m）

9

缀板间净距l01（mm）

400

格构柱伸入灌注桩的锚固长度（m）

2.25

格构柱分肢参数

格构柱分肢材料

L125X10

分肢材料截面积A0（cm2）

24.37

分肢对最小刚度轴的回转半径iy0（cm）

2.48

格构柱分肢平行于对称轴惯性矩I0（cm4）

361.67

分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0（cm）

3.45

分肢材料屈服强度fy（N/mm2）

235

分肢材料抗拉、压强度设计值f（N/mm2）

215

格构柱缀件参数

格构式钢柱缀件材料

420×320×12

格构式钢柱缀件截面积A1x'（mm2）

3840

缀件钢板抗弯强度设计值f（N/mm2）

215

缀件钢板抗剪强度设计值τ（N/mm2）

125

焊缝参数

角焊缝焊脚尺寸hf（mm）

10

焊缝计算长度lf（mm）

510

1、格构式钢柱换算长细比验算

整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：

I=4[I0+A0（a/2-Z0）2]=4×[361.67+24.37×（48.00/2-3.45）2]=42612.728cm4

整个构件长细比：

λx=λy=H0/（I/（4A0））0.5=900/（42612.728/（4×24.37））0.5=43.046

分肢长细比：

λ1=l01/iy0=40.00/2.48=16.129

分肢毛截面积之和：

A=4A0=4×24.37×102=9748mm2

格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：

λ0max=（λx2+λ12）0.5=（43.0462+16.1292）0.5=45.968

满足要求！

2、格构式钢柱分肢的长细比验算

λ1=16.129≤min（0.5λ0max，40）=min（0.5×45.968，40）=22.984

满足要求！

3、格构式钢柱受压稳定性验算

λ0max（fy/235）0.5=45.968×（235/235）0.5=45.968

查表《钢结构设计规范》GB50017附录C：

b类截面轴心受压构件的稳定系数：

φ=0.874

Qmax/（φA）=1105.964×103/（0.874×9748）=129.812N/mm2≤f=215N/mm2

满足要求！

4、缀件验算

缀件所受剪力：

V=Af（fy/235）0.5/85=9748×215×10-3×（235/235）0.5/85=24.657kN

格构柱相邻缀板轴线距离：

l1=l01+32=40.00+32=72cm

作用在一侧缀板上的弯矩：

M0=Vl1/4=24.657×0.72/4=4.438kN·m

分肢型钢形心轴之间距离：

b1=a-2Z0=0.48-2×0.0345=0.411m

作用在一侧缀板上的剪力：

V0=Vl1/（2·b1）=24.657×0.72/（2×0.411）=21.597kN

σ=M0/（bh2/6）=4.438×106/（12×3202/6）=21.671N/mm2≤f=215N/mm2

满足要求！

τ=3V0/（2bh）=3×21.597×103/（2×12×320）=8.436N/mm2≤τ=125N/mm2

满足要求！

角焊缝面积：

Af=0.7hflf=0.8×10×510=3570mm2

角焊缝截面抵抗矩：

Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×5102/6=303450mm3

垂直于角焊缝长度方向应力：

σf=M0/Wf=4.438×106/303450=15N/mm2

平行于角焊缝长度方向剪应力：

τf=V0/Af=21.597×103/3570=6N/mm2

（（σf/1.22）2+τf2）0.5=（（15/1.22）2+62）0.5=13N/mm2≤ftw=160N/mm2

满足要求！

根据缀板的构造要求

缀板高度：

320mm≥2/3b1=2/3×0.411×1000=274mm

满足要求！

缀板厚度：

12mm≥max[1/40b1,6]=max[1/40×0.411×1000,6]=10mm

满足要求！

缀板间距：

l1=720mm≤2b1=2×0.411×1000=822mm

满足要求！

线刚度：

∑缀板/分肢=4×12×3203/（12×（480-2×34.5））/（361.67×104/720）=63.487≥6

满足要求！

五、桩承载力验算

桩参数

桩混凝土强度等级

C35

桩基成桩工艺系数ψC

0.75

桩混凝土自重γz（kN/m3）

25

桩混凝土保护层厚度б（mm）

35

桩入土深度lt（m）

25

桩配筋

自定义桩身承载力设计值

否

桩混凝土类型

钢筋混凝土

桩身普通钢筋配筋

HRB40012Φ20

地基属性

地下水位至地表的距离hz（m）

0

承台埋置深度d（m）

1.5

是否考虑承台效应

否

土名称

土层厚度li（m）

侧阻力特征值qsia（kPa）

端阻力特征值qpa（kPa）

抗拔系数

承载力特征值fak（kPa）

淤泥质土

2.73

7

0

0.7

-

淤泥质土

3

9

0

0.7

-

粘性土

4.1

27

600

0.7

-

粘性土

7.9

26

450

0.7

-

粘性土

12.1

22

350

0.7

-

考虑基坑开挖后，格构柱段外露，不存在侧阻力，此时为最不利状态

1、桩基竖向抗压承载力计算

桩身周长：

u=πd=3.14×0.8=2.513m

桩端面积：

Ap=πd2/4=3.14×0.82/4=0.503m2

Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap

=2.513×（2.23×27+7.9×26+8.77×22）+350×0.503=1328.391kN

Qk=223.2kN≤Ra=1328.391kN

Qkmax=819.233kN≤1.2Ra=1.2×1328.391=1594.069kN

满足要求！

2、桩基竖向抗拔承载力计算

Qkmin=-372.833kN<0

按荷载效应标准组合计算的桩基拔力：

Qk'=372.833kN

桩身的重力标准值：

Gp=（lt-（H0-hr-h/2））×（γz-10）×Ap=（25-（9-2.25-1.3/2））×（25-10）×0.503=142.503kN

Ra'=uΣλiqsiali+Gp=2.513×（0.7×2.23×27+0.7×7.9×26+0.7×8.77×22）+142.503

=949.226kN

Qk'=372.833kN≤Ra'=949.226kN

满足要求！

3、桩身承载力计算

纵向普通钢筋截面面积：

As=nπd2/4=12×3.142×202/4=3770mm2

（1）、轴心受压桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：

Q=Qmax=1105.964kN

ψcfcAp+0.9fy'As'=（0.75×16.7×0.503×106+0.9×（360×3769.911））×10-3=7652.92kN

Q=1105.964kN≤ψcfcAp+0.9fy'As'=7652.92kN

满足要求！

（2）、轴心受拔桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：

Q'=-Qmin=503.324kN

fyAS=360×3769.911×10-3=1357.168kN

Q'=503.324kN≤fyAS=1357.168kN

满足要求！

4、桩身构造配筋计算

As/Ap×100%=（3769.911/（0.503×106））×100%=0.75%≥0.65%

满足要求！

六、承台计算

承台梁底部配筋

HRB4008Φ22

承台梁上部配筋

HRB4006Φ18

承台梁腰筋配筋

HRB4006Φ16

承台箍筋配筋

HRB400Φ8@150

承台箍筋肢数n

4

1、荷载计算

塔身截面对角线上立杆的荷载设计值：

Fmax=F/4+M/（20.5B）=606.15/4+2251.80/（20.5×1.60）=1146.702kN

Fmin=F/4-M/（20.5B）=606.15/4-2251.80/（20.5×1.60）=-843.627kN

暗梁计算简图

弯矩图（kN·m）

剪力图（kN）

Vmax=763.239kN，Mmax=326.256kN·m，Mmin=-541.137kN·m

2、受剪切计算

截面有效高度：

h0=h-δc-D/2=1300-35-22/2=1254mm

受剪承载力截面高度影响系数：

βhs=（800/h0）1/4=（800/1254）1/4=0.894

塔吊边至桩边的水平距离：

a1=ab/2-B/20.5-d/2=3.68/2-1.60/20.5-0.80/2=1838mm

计算截面剪跨比：

λ'=a1/h0=1838/1254=1.466，取λ=1.466

承台剪切系数：

α=1.75/（λ+1）=1.75/（1.466+1）=0.71

V=763.239kN≤βhsαftb0h0=0.894×0.71×1.57×103×1.20×1.254=1498.328kN

满足要求！

3、受冲切计算

钢格构柱顶部基础承台底有角钢托板，所以无需对混凝土承台进行抗冲切验算

4、承台配筋计算

（1）、承台梁底部配筋

αS1=Mmin/（α1fclh02）=541.137×106/（0.982×16.7×1200×12542）=0.017

ζ1=1-（1-2αS1）0.5=1-（1-2×0.017）0.5=0.018

γS1=1-ζ1/2=1-0.018/2=0.991

AS1=Mmin/（γS1h0fy1）=541.137×106/（0.991×1254×360）=1210mm2

最小配筋率：

ρ=max（0.2,45ft/fy1）=max（0.2,45×1.57/360）=max（0.2,0.196）=0.2%

承台梁底需要配筋：

A1=max（1210,ρlh0）=max（1210,0.002×1200×1254）=3010mm2

承台梁底部实际配筋：

AS1'=3042mm2≥AS1=3010mm2

满足要求！

（2）、承台梁上部配筋

αS2=Mmin/（α2fclh02）=326.256×106/（1.014×16.7×1200×12542）=0.01

ζ2=1-（1-2αS2）0.5=1-（1-2×0.01）0.5=0.01

γS2=1-ζ2/2=1-0.01/2=0.995

AS2=Mmax/（γS2h0fy2）=326.256×106/（0.995×1254×360）=727mm2

承台梁上部需要配筋：

A1=max（726,0.5AS1'）=max（726,0.5×3041）=1521mm2

承台梁上部实际配筋：

AS2'=1527mm2≥AS2=1521mm2

满足要求！

（3）、承台梁腰筋配筋

梁腰筋按照构造配筋HRB4006Φ16

（4）、承台梁箍筋计算

箍筋抗剪

箍筋钢筋截面积：

Asv1=3.14×82/4=51mm2

计算截面剪跨比：

λ'=（ab-20.5B）/（2h0）=（3.68-20.5×1.60）/（2×1.254）=0.565

取λ=1.5

混凝土受剪承载力：

1.75ftlh0/（λ+1）=1.75×1.57×103×1.20×1.254/（1.5+1）=1653.775kN

Vmax=763.239kN≤1.75ftlh0/（λ+1）=1653.775kN

按构造规定选配钢筋！

配箍率验算

ρsv=nAsv1/（ls）=4×50.24/（1200×150）=0.112％≥ρsv，min=0.24ft/fyv=0.24×1.57/360=0.105％

满足要求！

（5）、承台加腋处配筋

承台加腋处，顶部与底部配置水平构造筋Φ12@200mm、竖向构造箍筋Φ8@200mm，外侧纵向筋Φ10@200mm。

七、下承台计算

基础布置

下承台长l（m）

4.2

下承台宽b（m）

4.2

下承台高度h（m）

0.6

下承台参数

下承台混凝土等级

C35

下承台混凝土自重γC（kN/m3）

25

下承台上部覆土厚度h`（m）

0

下承台上部覆土的重度γ`（kN/m3）

11

下承台混凝土保护层厚度δ（mm）

40

承台配筋

承台底部长向配筋

HRB400Φ14@180

承台底部短向配筋

HRB400Φ14@180

承台顶部长向配筋

HRB400Φ14@180

承台顶部短向配筋

HRB400Φ14@180

（1）、板底面长向配筋面积

板底需要配筋：

AS1=ρbh0=0.0015×4200×553=3484mm2

承台底长向实际配筋：

AS1'=3746mm2≥AS1=3484mm2

满足要求！

（2）、板底面短向配筋面积

板底需要配筋：

AS2=ρlh0=0.0015×4200×553=3484mm2

承台底短向实际配筋：

AS2'=3746mm2≥AS2=3484mm2

满足要求！

（3）、板顶面长向配筋面积

承台顶长向实际配筋：

AS3'=3746mm2≥0.5AS1'=0.5×3746=1873mm2

满足要求！

（4）、板顶面短向配筋面积

承台顶短向实际配筋：

AS4'=3746mm2≥0.5AS2'=0.5×3746=1873mm2

满足要求！

八、示意图

上承台配筋图

桩配筋图

钻孔灌注桩详图

格构柱详图

格构柱与承台连接详图

格构柱逆作法加固图

格构柱截面图

格构柱止水片详图

柱肢安装接头详图

水平剪刀撑布置图

下承台配筋图