QTZ80塔吊格构式基础计算书.docx
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QTZ80塔吊格构式基础计算书
QTZ80塔吊格构式基础计算书
慈溪城南区块综合改造E-05地块安置房工程A标段(Ⅳ标)工程;工程建设地点:
慈溪市、南三环路、乌山路;结构类型框剪;地下一层,1#、2#、4#楼地上11层;3#、5#楼地上15层;建筑高度:
36.55m(11层)、47.45m(15层);标准层层高:
3m;总建筑面积:
40806平方米;总工期:
635天。
本工程由慈溪城南建设投资有限公司投资建设,浙江绿城东方建筑设计有限公司设计,慈溪市建设工程监理咨询有限公司监理,长业建设集团有限公司组织施工;由王世华担任项目经理,魏敏担任技术负责人。
本计算书主要依据本工程地质勘察报告,QTZ80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》(JGJ94-2008)、《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:
QZT80;标准节长度b:
3m;
塔吊自重Gt:
550kN;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:
60m;塔吊地脚螺栓数目n:
12个;
塔身宽度B:
1.6m;
2、格构柱基本参数
格构柱计算长度lo:
7m;格构柱缀件类型:
缀板;
格构柱缀件节间长度a1:
0.5m;格构柱分肢材料类型:
L110x10;
格构柱基础缀件节间长度a2:
1.5m;格构柱钢板缀件参数:
宽200mm,厚10mm;
格构柱截面宽度b1:
0.3m;格构柱基础缀件材料类型:
L56x5;
3、基础参数
桩中心距a:
1.65m;桩直径d:
0.8m;
桩入土深度l:
28m;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:
8Φ18mm;螺旋箍ф8@200,Φ12@1500内箍
钢平台宽度:
2.5m;钢平台厚度:
0.04m;
钢平台的螺栓直径:
30mm;钢平台的螺栓数目:
12个;
钢平台的螺栓性能等级:
普通8.8级;
4、塔吊计算状态参数
地面粗糙类别:
A类近海或湖岸区;风荷载高度变化系数:
0.5;
主弦杆材料:
角钢/方钢;主弦杆宽度c:
250mm;
工作状态:
所处城市:
浙江慈溪市,基本风压ω0:
0.45kN/m2,
额定起重力矩Me:
600kN·m;基础所受水平力P:
30kN;
塔吊倾覆力矩M:
1282.88kN·m非工作状态的倾覆力矩939.3KN/m不作计算
工作状态下荷载计算
一、塔吊受力计算
1、塔吊竖向力计算
作用在基础上的垂直力:
N=Gt+Q=550.00+60.00=610.00kN;
2、塔吊风荷载计算
地处浙江慈溪市,基本风压ω0=0.45kN/m2;
挡风系数计算:
φ=(3B+2b+(4B2+b2)1/2c/Bb)
挡风系数Φ=0.79;
体型系数μs=1.90;
查表得:
荷载高度变化系数μz=0.50;
高度z处的风振系数取:
βz=1.0;
所以风荷载设计值为:
ω=0.7×βz×μs×μz×ω0=0.7×1.00×1.90×0.50×0.45=0.30kN/m2;
3、塔吊弯矩计算
风荷载对塔吊基础产生的弯矩计算:
Mω=ω×Φ×B×H×H×0.5=0.30×0.79×1.60×60.00×60.00×0.5=681.68kN·m;
总的最大弯矩值:
Mmax=1.4×(Me+Mω+P×h)=1.4×(600.00+681.68+30.00×0.04)=1282.88kN·m;
4、塔吊水平力计算
水平力:
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.45×1.60×60.00×0.79+30.00=64.17kN
5、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力:
Fk=610.00kN;
Mkmax=1282.88kN·m;
Vk=64.17kN;
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
Nik=(F+G)/n±Myyi/Σyj2;
式中:
n-单桩个数,n=4;
F-作用于桩基承台顶面的竖向力标准值;
G-桩基承台的自重标准值;
My-承台底面的弯矩标准值;
yj-单桩相对承台中心轴的Y方向距离;
Nik-单桩桩顶竖向力标准值;
经计算得到单桩桩顶竖向力标准值
最大压力:
Nkmax=Fk/4+(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=610.00/4+(1282.88×1.65×2-0.5)/(2×(1.65×2-0.5)2)=702.28kN;
最小压力:
Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=610.00/4-(1282.88×1.65×2-0.5)/(2×(1.65×2-0.5)2)=-397.28kN;
需要验算桩基础抗拔力。
(2)、桩顶剪力的计算
V0=1.2V/4=1.2×64.17/4=19.25kN;
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=1.2Vk/n=1.2×64.17/12=6.42kN<226.19kN;
螺栓抗剪强度满足要求。
2、螺栓抗拉验算
n1×Nt=Nmin
其中:
n1-塔吊每一个角上螺栓的数量,n1=n/4;
Nt-每一颗螺栓所受的力;
Ntb=πde2ftb/4=3.14×26.722×400/4=224.23kN;
Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×397.28/3.00=158.91kN<224.23kN;
螺栓抗拉强度满足要求。
3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算
((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2≤1
其中:
Nv、Nt-一个普通螺栓所承受的剪力和拉力;
Nvb、Ntb、Ncb-一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值;
((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((6.42/226.19)2+(158.91/224.23)2)0.5=0.71;
螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。
三、承台验算
1、螺栓抗剪验算
每个螺栓所受剪力:
Nv=Vk/n=64.17/12=5.35kN;
Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×30.002×320/(4×1000)=226.19kN;
螺栓抗剪强度满足要求。
2、螺栓抗拉验算
n1×Nt=Nmin
其中:
n1-塔吊每一个角上螺栓的数量,即:
n1=n/4;
Nt-每一颗螺栓所受的力;
Nt=Nmin/n1=397.28/3.00=132.43kN;
Ntb=πde2ftb/4=3.14×26.722×400/(4×1000)=224.23kN;
螺栓抗拉强度满足要求。
3、螺栓同时受到剪力以及拉力时的验算
((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)1/2≤1
其中:
Nv、Nt-一个普通螺栓所承受的剪力和拉力;
Nvb、Ntb、Ncb-一个普通螺栓的受剪、受拉和承压承载力的设计值;
((Nv/Nvb)2+(Nt/Ntb)2)0.5=((5.35/226.19)2+(132.43/224.23)2)0.5=0.59;
螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。
四、单肢格构柱截面验算
1、格构柱力学参数
L110x10
A=21.26cm2i=3.38cmI=242.19cm4z0=3.09cm
每个格构柱由4根角钢L110x10组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[242.19+21.26×(30.00/2-3.09)2]×4=13031.52cm4;
An1=A×4=21.26×4=85.04cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=13031.52/(30.00/2-3.09)=1094.17cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(13031.52/85.04)0.5=12.38cm;
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=842.73×103/(85.04×102)=99.10N/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=7.00×102/12.38=56.55; 单肢缀板节间长度: a1=0.50m; λ1=L1/iv=50.00/2.17=23.04; λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(56.552+23.042)0.5=61.06; 查表: Φx=0.80; Nmax/(ΦxA)=842.73×103/(0.80×85.04×102)=123.61N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=61.06<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=50.00cm; 单肢回转半径: i1=3.38cm; 单肢长细比: λ1=lo1/i1=50/3.38=14.79<0.7λmax=0.7×61.06=42.74; 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=13031.52cm4An1=85.04cm2 W1=1094.17cm3ix1=12.38cm 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=[13031.52+85.04×(1.65×102/2-0.30×102/2)2]×4=1601980.09cm4; An2=An1×4=85.04×4=340.16cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=1601980.09/(1.65×102/2-0.30×102/2)=23733.04cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(1601980.09/340.16)0.5=68.63cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=732.00×103/(340.16×102)+1796.03×106/(1.0×23733.04×103)=97.20N/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=7.00×102/68.63=10.20; An2=340.16cm2; Ady2=2×5.42=10.84cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(10.202+40×340.16/10.84)0.5=36.87; 查表: φx=0.91; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=46255.01N; 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))≤f 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=17.99N/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=36.87<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l02=a2=150.00cm; 单肢回转半径: ix1=12.38cm; 单肢长细比: λ1=l02/ix1=150/12.38=12.12<0.7λmax=0.7×36.87=25.81 因截面无削弱,不必验算截面强度。 刚度满足要求。 六、桩竖向极限承载力验算 单桩竖向承载力标准值按下面的公式计算: Quk=Qsk+Qpk=u∑qsikli+qpkAp u──桩身的周长,u=2.513m; Ap──桩端面积,Ap=0.503m2; 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 11.5011.000.00粘土 210.605.000.00淤泥质粘土 33.7016.000.00粉质粘土 48.2023.000.00粘土 54.0027.000.00粘土 由于桩的入土深度为28.00m,所以桩端是在第5层土层。 单桩竖向承载力验算: Quk=2.513×425.3+1×0.503=1068.895kN; 单桩竖向承载力特征值: R=Ra=Quk/2=1068.895/2=534.448kN; Nk=610kN≤1.2R=1.2×534.448=641.337kN; 桩基竖向承载力满足要求! 七、抗拔桩基承载力验算 群桩呈非整体破坏时,桩基的抗拔极限承载力标准值: Tuk=Σλiqsikuili=700.223kN; 其中: Tuk-桩基抗拔极限承载力标准值; ui-破坏表面周长,取u=πd=2.51m; qsik-桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值; λi-抗拔系数,砂土取0.50~0.70,粘性土、粉土取0.70~0.80,桩长l与桩径d之比小于20时,λ取小值; li-第i层土层的厚度。 群桩呈整体破坏时,桩基的抗拔极限承载力标准值: Tgk=(ulΣλiqsikli)/4=682.594kN; ul-桩群外围周长,ul=4×(1.65+0.8)=9.8m; 经过计算得到: TUk=Σλiqsikuili=700.22kN; 桩基抗拔承载力公式: Nk≤Tgk/2+Ggp Nk≤Tuk/2+Gp 其中Nk-桩基上拔力设计值,Nk=397.28kN; Ggp-群桩基础所包围体积的桩土总自重设计值除以总桩数,Ggp=840.35kN; Gp-基桩自重设计值,Gp=351.86kN; Tgk/2+Ggp=682.594/2+840.35=1181.647kN>397.278kN; Tuk/2+Gp=700.223/2+351.858=701.97kN>397.278kN; 桩抗拔满足要求。 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 依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.4条正截面受拉承载力计算。 N≤fyAs 式中: N──轴向拉力设计值,N=397277.67N; fy──钢筋强度抗压强度设计值,fy=300N/mm2; As──纵向普通钢筋的全部截面积。 As=N/fy=397277.67/300=1324.26mm2 建议配筋值: HRB335钢筋,818。 实际配筋值30048mm2。 符合要求。 依据《建筑桩基设计规范》(JGJ94-2008), 箍筋采用螺旋式,直径不应小于6mm,间距宜为200~300mm;实际使用ф8@200符合设计要求,受水平荷载较大的桩基、承受水平地震作用的桩基以及考虑主筋作用计算桩身受压承载力时,桩顶以下5d范围内箍筋应加密;间距不应大于100mm;当桩身位于液化土层范围内时箍筋应加密;当考虑箍筋受力作用时,箍筋配置应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定;当钢筋笼长度超过4m时,应每隔2m设一道直径不小于12mm的焊接加劲箍筋。 九、格构柱施工要求(工程经验) 1、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; 2、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)。 3、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。 4、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。 5、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。 6、钢构柱露出端顶部设置承压板的,校水平后进行承压板刚性定位,焊接后四块承压板的上表面平面度不大于1/500。 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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