塔吊计算书讲解.docx
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塔吊计算书讲解
QTZ80塔吊格构基础设计计算书
基本参数
1、塔吊基本参数
塔吊型号:
QTZ80;
塔吊自重Gt:
490kN;
最大起重荷载Q:
60kN;
塔吊起升高度H:
40.50m;
塔身宽度B:
1.6m;
2、格构柱基本参数
格构柱计算长度lo:
5.9m;格构柱缀件类型:
缀板;
格构柱缀件节间长度a1:
0.6m;格构柱分肢材料类型:
L160x14;
格构柱基础缀件节间长度a2:
0.6m;格构柱钢板缀件参数:
宽420mm,厚10mm;
格构柱截面宽度b1:
0.50m;格构柱基础缀件材料类型:
L160x14;
3、基础参数
桩中心距a:
2.8m;桩直径d:
0.9m;
桩入土深度l:
18.5m;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:
HRB400;
桩钢筋直径:
25mm;
承台宽度Bc:
4.6m;承台厚度h:
1.35m;
承台混凝土等级为:
C35;承台钢筋等级:
HRB400;
承台钢筋直径:
25;承台保护层厚度:
100mm;
承台箍筋间距:
200mm;
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:
2.09;
主弦杆材料:
角钢/方钢;主弦杆宽度c:
140mm;
非工作状态:
所处城市:
福建莆田市,基本风压ω0:
0.70kN/m2;
额定起重力矩Me:
800kN·m;基础所受水平力P:
74kN;
塔吊倾覆力矩M:
1712kN·m;
工作状态:
所处城市:
福建莆田市,基本风压ω0:
0.7kN/m2,
额定起重力矩Me:
800kN·m;基础所受水平力P:
18.9kN;
塔吊倾覆力矩M:
1718kN·m;
非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=25×4.60×4.60×1.35=714.15kN;
作用在基础上的垂直力:
Fk=Gt+Gc=490.00+714.15=1204.15kN;
2、塔吊倾覆力矩
总的最大弯矩值Mkmax=1712.00kN·m;
3、塔吊水平力计算
挡风系数计算:
φ=(3B+2b+(4B2+b2)1/2)c/Bb
挡风系数Φ=0.46;
水平力:
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.70×1.60×40.50×0.46+74.00=94.87kN;
4、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力:
Fk=1204.15kN;
Mkmax=1712.00kN·m;
Vk=94.87kN;
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=(Fk+Gk)/n±Mxkxi/Σxj2
式中:
n-单桩个数,n=4;
Fk-作用于桩基承台顶面的竖向力标准值;
Gk-桩基承台的自重标准值;
Mxk-承台底面的弯矩标准值;
xi-单桩相对承台中心轴的X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)=1204.15/4+(1712.00×2.80×2-0.5)/(2×(2.80×2-0.5)2)=733.24kN;
最小压力:
Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1204.15/4-(1712.00×2.80×2-0.5)/(2×(2.80×2-0.5)2)=-131.46kN;
需要验算桩基础抗拔力。
(2)、桩顶剪力的计算
V0=1.2Vk/4=1.2×94.87/4=28.46kN;
二、承台验算
1、承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.9.1条。
Mx=∑Niyi
My=∑Nixi
其中Mx,My-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=(2.80-1.60)/2=0.60m;
Ni1-单桩桩顶竖向力设计值;
经过计算得到弯矩设计值:
Mx=My=2×0.60×554.70×1.2=798.77kN·m。
2、承台配筋计算
(1)承台梁底部配筋
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第6.2条受弯构件承载力计算。
αs=M/(α1fcbh02)
ζ=1-(1-2αs)1/2
γs=1-ζ/2
As=M/(γsh0fy)
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=1350.00-100.00=1250.00mm;
fy-钢筋受拉强度设计值,fy=360N/mm2;
经过计算得:
αs=798.77×106/(1.000×16.700×4.600×103×(1250.000)2)=0.006;
ξ=1-(1-2×0.008)0.5=0.006;
γs=1-0.008/2=0.997;
Asx=Asy=798.77×106/(0.997×1250.000×360)=1780.386mm2;
由于最小配筋率为0.20%,所以最小配筋面积为:
900×1250×0.20%=2250mm2;
建议配筋值:
HRB400钢筋,825。
实际配筋值3927mm2。
(2)承台梁顶部配筋
0.5×3927=1963.5mm2;
最小配筋率为0.20%,所以最小配筋面积为:
900×1250×0.20%=2250mm2;
建议配筋值:
HRB400钢筋,825。
实际配筋值3927mm2。
(3)承台梁腰筋配筋
HRB400,10@400,按梅花状布置。
3、承台斜截面抗剪切计算
依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.9.10条。
桩对矩形承台的最大剪切力为V=1064.42kN。
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:
V≤βhsαftb0h0
其中,b0──承台计算截面处的计算宽度,b0=4600.00mm;
λ-计算截面的剪跨比,λ=a/ho,此处,a=(2800.00-1600.00)/2=600.00mm,
当λ<0.25时,取λ=0.25;当λ>3时,取λ=3,得λ=0.48;
βhs──受剪切承载力截面高度影响系数,当h0<800mm时,取h0=800mm,h0>2000mm时,取h0=2000mm,其间按内插法取值,βhs=(600/1250)1/4=0.832;
α──承台剪切系数,α=1.75/(0.480+1)=1.182;
ho-承台计算截面处的计算高度,ho=1350.00-100.00=1250.00mm;
879.89kN≤0.832×1.182×1.57×4600×1250/1000=8877.86kN;
经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋!
三、单肢格构柱截面验算
1、格构柱力学参数
L160x14
A=43.30cm2i=4.92cmI=1048.36cm4z0=4.47cm
每个格构柱由4根角钢L160x14组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[1048.36+43.30×(50.00/2-4.47)2]×4=77193.93cm4;
An1=A×4=43.30×4=173.20cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=77193.93/(50.00/2-4.47)=3760.06cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(77193.93/173.20)0.5=21.11cm;
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=879.89×103/(173.20×102)=50.80N/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=5.90m; λx1=L0x1×102/ix1=5.90×102/21.11=27.95; 单肢缀板节间长度: a1=0.60m; λ1=L1/iv=60.00/3.16=18.99; λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(27.952+18.992)0.5=33.79; 查表: Φx=0.82; Nmax/(ΦxA)=879.89×103/(0.82×173.20×102)=61.95N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=33.79<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=60.00cm; 单肢回转半径: i1=4.92cm; 单肢长细比: λ1=lo1/i1=60/4.92=12.20<0.7λmax=0.7×33.79=23.65; 因截面无削弱,不必验算截面强度。 分肢稳定满足要求。 四、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=77193.93cm4An1=173.20cm2 W1=3760.06cm3ix1=21.11cm 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=[77193.93+173.20×(2.80×102/2-0.50×102/2)2]×4=9471055.72cm4; An2=An1×4=173.20×4=692.80cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=9471055.72/(2.80×102/2-0.50×102/2)=82357.01cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(9471055.72/692.80)0.5=116.92cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=1444.98×103/(692.80×102)+2396.80×106/(1.0×82357.01×103)=49.95N/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=5.90m; λx2=L0x2/ix2=5.90×102/136.64=4.32; An2=692.80cm2; Ady2=2×43.30=86.60cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(4.322+40×692.80/86.60)0.5=12.22; 查表: φx=0.94; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=334996.24N; 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))≤f 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=15.70N/mm2≤f=215N/mm2; 格构式基础整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x2=12.22<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l02=a2=60.00cm; 单肢回转半径: ix1=21.11cm; 单肢长细比: λ1=l02/ix1=60/21.11=2.84<0.7λmax=0.7×12.22=8.55 因截面无削弱,不必验算截面强度。 刚度满足要求。 五、桩竖向极限承载力验算 1、桩长18.5米情况: 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=2.827m; Ap──桩端面积,Ap=0.636m2; 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 46.9535.000.00残积砂质粘性土 56.1070.001800.00全风化花岗岩 65.4580.003000.0砂土状强风化花岗岩 由于桩的入土深度为18.50m,所以桩端是在第6层土层。 单桩竖向承载力验算: Quk=2.827×1126.45+3000×0.636=5033.107kN; 单桩竖向承载力特征值: R=Ra=Quk/2=5033.107/2=2516.554kN; Nk=733.24kN≤1.2R=1.2×2516.554=3019.864kN; 桩基竖向承载力满足要求! 六、抗拔桩基承载力验算 1、桩长18.5米情况: 群桩呈非整体破坏时,桩基的抗拔极限承载力标准值: Tuk=Σλiqsikuili=516.298kN; 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=2.83m; 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=675.02kN; ul-桩群外围周长,ul=4×(2.8+0.9)=14.80m; 经过计算得到: TUk=Σλiqsikuili=516.298kN; 桩基抗拔承载力公式: Nk≤Tgk/2+Ggp Nk≤Tuk/2+Gp 其中Nk-桩基上抗拔力设计值,Nk=131.46kN; 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=672.40kN; Gp-基桩自重设计值,Gp=294.15kN; Tgk/2+Ggp=675.20/2+672.4=1009.9kN>131.46kN; Tuk/2+Gp=516.298/2+294.15=552.3kN>131.46kN; 桩抗拔满足要求。 七、桩配筋计算 1、桩构造配筋计算 按照构造要求配筋。 As=πd2/4×0.45%=3.14×9002/4×0.45%=2861.3mm2 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 经过计算得到桩抗拔满足要求,只需构造配筋! 建议配筋值: HRB400钢筋,1218。 实际配筋面积3054mm2。 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=25×4.60×4.60×1.35=714.15kN; 作用在基础上的垂直力: Fk=Gt+Gc+Q=568.1+714.15=1282.3kN; 2、塔吊倾覆力矩 总的最大弯矩值Mkmax=1718.00kN·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=0.46; 水平力: Vk=ω×B×H×Φ+P=0.70×1.60×40.50×0.46+18.9=39.77kN 4、每根格构柱的受力计算 作用于承台顶面的作用力: Fk=1282.3kN; Mkmax=1718.00kN·m; Vk=39.77kN; 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)=1282.3/4+(1718.00×2.80×2-0.5)/(2×(2.80×2-0.5)2)=754.44kN; 最小压力: Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1282.3/4-(1718.00×2.80×2-0.5)/(2×(2.80×2-0.5)2)=-113.29kN; 需要验算桩基础抗拔力。 (2)、桩顶剪力的计算 V0=1.2V/4=1.2×39.77/4=11.93kN; 二、承台验算 1、承台弯矩的计算 依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.9.1条。 Mx=∑Niyi My=∑Nixi 其中Mx,My-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=(2.80-1.60)/2=0.60m; Ni1-单桩桩顶竖向力设计值; 经过计算得到弯矩设计值: Mx=My=2×0.60×575.89×1.2=829.28kN·m。 2、承台配筋计算 (1)承台梁底部配筋 依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)第6.2条受弯构件承载力计算。 αs=M/(α1fcbh02) ζ=1-(1-2αs)1/2 γs=1-ζ/2 As=M/(γsh0fy) 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=1350.00-100.00=1250.00mm; fy-钢筋受拉强度设计值,fy=360N/mm2; 经过计算得: αs=829.28×106/(1.000×16.700×4.600×103×(1250.000)2)=0.006; ξ=1-(1-2×0.008)0.5=0.006; γs=1-0.008/2=0.997; Asx=Asy=829.28×106/(0.997×1250.000×360)=1848.39mm2; 由于最小配筋率为0.20%,所以最小配筋面积为: 900×1250×0.20%=2250mm2; 建议配筋值: HRB400钢筋,825。 实际配筋值3927mm2。 (2)承台梁顶部配筋 0.5×3927=1963.5mm2; 最小配筋率为0.20%,所以最小配筋面积为: 900×1250×0.20%=2250mm2; 建议配筋值: HRB400钢筋,825。 实际配筋值3927mm2。 (3)承台梁腰筋配筋 HRB400,10@400,按梅花状布置。 3、承台斜截面抗剪切计算 依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-2008)的第5.9.10条。 桩对矩形承台的最大剪切力为V=909.89kN。 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: V≤βhsαftb0h0 其中,b0──承台计算截面处的计算宽度,b0=4600.00mm; λ-计算截面的剪跨比,λ=a/ho,此处,a=(2800.00-1600.00)/2=600.00mm, 当λ<0.25时,取λ=0.25;当λ>3时,取λ=3,得λ=0.48; βhs──受剪切承载力截面高度影响系数,当h0<800mm时,取h0=800mm,h0>2000mm时,取h0=2000mm,其间按内插法取值,βhs=(800/1250)1/4=0.832; α──承台剪切系数,α=1.75/(0.640+1)=1.182; ho-承台计算截面处的计算高度,ho=1350.00-100.00=1250.00mm; 905.33kN≤0.832×1.182×1.57×4600×1250/1000=8877.86kN; 经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋! 三、单肢格构柱截面验算 1、格构柱力学参数 L160x14 A=43.30cm2i=4.92cmI=1048.36cm4z0=4.47cm 每个格构柱由4根角钢L160x14组成,格构柱力学参数如下: Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[1048.36+43.30×(50.00/2-4.47)2]×4=77193.93cm4; An1=A×4=43.30×4=173.20cm2; W1=Ix1/(b1/2-z0)=77193.93/(50.00/2-4.47)=3760.06cm3; ix1=(Ix1/An1)0.5=(77193.93/173.20)0.5=21.11cm; 2、格构柱平面内整体强度 Nmax/An1=905.33×103/(173.20×102)=55.27N/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=5.90m; λx1=L0x1×102/ix1=5.90×102/21.11=27.95; 单肢缀板节间长度: a1=0.60m; λ1=L1/iv=60.00/3.16=18.99; λ0x1=(λx12+λ12)0.5=(27.952+18.992)0.5=33.79; 查表: Φx=0.82; Nmax/(ΦxA)=905.33×103/(0.82×173.20×102)=63.74N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=33.79<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=60.00cm; 单肢回转半径: i1=4.92cm; 单肢长细比: λ1=lo1/i1=60/4.92=12.20<0.7λmax=0.7×33.79=23.65; 因截面无削弱,不必验算截面强度。 分肢稳定满足要求。 四、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=77193.93cm4An1=173.20cm2 W1=3760.06cm3ix1=21.11cm 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=[77193.93+173.20×(2.80×102/2-0.50×102/2)2]×4=9471055.72cm4; An2=An1×4=173.20×4=692.80cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=9471055.72/(2.80×102/2-0.50×102/2)=82357.01cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(9471055.72/692.8)0.5=116.92cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=116.92×103/(692.8×102)+2405.20×106/(1.0×95815.23×103)=26.79N/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=5.90m; λx2=L0x2/ix2=5.90×102/136.64=4.32; An2=692.8cm2; Ady2=2×43.3=86.6cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(4.322+40×692.8/86.6)0.5=18.40; 查表: φx=0.94; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x2
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