塔吊格构式基础计算书.docx
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塔吊格构式基础计算书
塔吊格构式基础计算书
阳江项目工程;工程建设地点:
;属于结构;地上0层;地下0层;建筑高度:
0m;标准层层高:
0m;总建筑面积:
0平方米;总工期:
0天。
本工程由投资建设,设计,地质勘察,监理,组织施工;由担任项目经理,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》(JGJ94-2008)、《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:
QTK60;标准节长度b:
2.5m;
塔吊自重Gt:
225.4kN;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:
20mm;
塔吊起升高度H:
43m;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:
6m;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:
L90x6;
格构柱基础缀件节间长度a2:
2m;格构柱钢板缀件参数:
宽800mm,厚300mm;
格构柱截面宽度b1:
0.5m;格构柱基础缀件材料类型:
L56x5;
3、基础参数
桩中心距a:
3m;桩直径d:
1m;
桩入土深度l:
10m;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:
20mm;
钢平台宽度:
5m;钢平台厚度:
1m;
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:
高强10.9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;
非工作状态:
所处城市:
浙江杭州市,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:
939.9kN·m;
工作状态:
所处城市:
浙江杭州市,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:
939.9kN·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
作用在基础上的垂直力:
N=Gt=225.40=225.40kN;
2、塔吊倾覆力矩
总的最大弯矩值Mkmax=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=0.87;
水平力:
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.45×1.60×43.00×0.87+30.00=56.82kN;
4、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力:
Fk=225.40kN;
Mkmax=939.90kN·m;
Vk=56.82kN;
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)=225.40/4+(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=277.89kN;
最小压力:
Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=225.40/4-(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=-165.19kN;
需要验算桩基础抗拔力。
(2)、桩顶剪力的计算
V0=1.2Vk/4=1.2×56.82/4=17.05kN;
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=1×3.14×20.002×320/4=100.53kN;
Nv=1.2Vk/n=1.2×56.82/12=5.68kN<100.53kN;
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=3.14×17.652×400/4=97.92kN;
Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×165.19/3.00=66.07kN<97.92kN;
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=((5.68/100.53)2+(66.07/97.92)2)0.5=0.68;
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=56.82/12=4.74kN;
Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×30.002×310/(4×1000)=219.13kN;
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=165.19/3.00=55.06kN;
Ntb=πde2ftb/4=3.14×26.722×500/(4×1000)=280.29kN;
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=((4.74/219.13)2+(55.06/280.29)2)0.5=0.2;
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
L90x6
A=10.64cm2i=2.79cmI=82.77cm4z0=2.44cm
每个格构柱由4根角钢L90x6组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[82.77+10.64×(50.00/2-2.44)2]×4=21992.15cm4;
An1=A×4=10.64×4=42.56cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=21992.15/(50.00/2-2.44)=974.83cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(21992.15/42.56)0.5=22.73cm;
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=333.46×103/(42.56×102)=78.35N/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=6.00m; λx1=L0x1×102/ix1=6.00×102/22.73=26.39; An1=42.56cm2; Ady1=4×80.00×30.00=9600.00cm2; λ0x1=(λx12+40×An1/Ady1)0.5=(26.392+40×42.56/9600.00)0.5=26.40; 查表: Φx=0.95; Nmax/(ΦxA)=333.46×103/(0.95×42.56×102)=82.61N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=26.40<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=50.00cm; 单肢回转半径: i1=2.79cm; 单肢长细比: λ1=lo1/i1=50/2.79=17.92<0.7λmax=0.7×26.4=18.48; 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=21992.15cm4An1=42.56cm2 W1=974.83cm3ix1=22.73cm 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=[21992.15+42.56×(3.00×102/2-0.50×102/2)2]×4=2747968.58cm4; An2=An1×4=42.56×4=170.24cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=2747968.58/(3.00×102/2-0.50×102/2)=21983.75cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(2747968.58/170.24)0.5=127.05cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=270.48×103/(170.24×102)+1315.86×106/(1.0×21983.75×103)=75.74N/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=6.00m; λx2=L0x2/ix2=6.00×102/127.05=4.72; An2=170.24cm2; Ady2=2×5.42=10.84cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(4.722+40×170.24/10.84)0.5=25.50; 查表: φx=0.95; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=48371.81N; 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))≤f 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=2.84N/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=25.50<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l02=a2=200.00cm; 单肢回转半径: ix1=22.73cm; 单肢长细比: λ1=l02/ix1=200/22.73=8.8<0.7λmax=0.7×25.5=17.85 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=3.142m; Ap──桩端面积,Ap=0.785m2; 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 16.0056.001350.00粘性土 210.0050.001700.00粉土或砂土 由于桩的入土深度为10.00m,所以桩端是在第2层土层。 单桩竖向承载力验算: Quk=3.142×536+1700×0.785=3019.071kN; 单桩竖向承载力特征值: R=Ra=Quk/2=3019.071/2=1509.535kN; Nk=277.887kN≤1.2R=1.2×1509.535=1811.442kN; 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=1210.141kN; 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=3.14m; 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=1540.8kN; ul-桩群外围周长,ul=4×(3+1)=16m; 经过计算得到: TUk=Σλiqsikuili=1210.14kN; 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=165.19kN; 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=800.00kN; Gp-基桩自重设计值,Gp=196.35kN; Tgk/2+Ggp=1540.8/2+800=1570.4kN>165.187kN; Tuk/2+Gp=1210.141/2+196.35=801.42kN>165.187kN; 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%=3.14×10002/4×0.65%=5105mm2 2、桩抗压钢筋计算 经过计算得到桩顶竖向极限承载力验算满足要求,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: HRB335钢筋,1720。 实际配筋值5341.4mm2。 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;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。 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=225.40+60.00=285.40kN; 2、塔吊倾覆力矩 总的最大弯矩值Mkmax=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=0.87; 水平力: Vk=ω×B×H×Φ+P=0.45×1.60×43.00×0.87+30.00=56.82kN 4、每根格构柱的受力计算 作用于承台顶面的作用力: Fk=285.40kN; Mkmax=939.90kN·m; Vk=56.82kN; 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)=285.40/4+(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=292.89kN; 最小压力: Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=285.40/4-(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=-150.19kN; 需要验算桩基础抗拔力。 (2)、桩顶剪力的计算 V0=1.2V/4=1.2×56.82/4=17.05kN; 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=1×3.14×20.002×320/4=100.53kN; Nv=1.2Vk/n=1.2×56.82/12=5.68kN<100.53kN; 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=3.14×17.652×400/4=97.92kN; Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×150.19/3.00=60.07kN<97.92kN; 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=((5.68/100.53)2+(60.07/97.92)2)0.5=0.62; 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=56.82/12=4.74kN; Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×30.002×310/(4×1000)=219.13kN; 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=150.19/3.00=50.06kN; Ntb=πde2ftb/4=3.14×26.722×500/(4×1000)=280.29kN; 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=((4.74/219.13)2+(50.06/280.29)2)0.5=0.18; 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 L90x6 A=10.64cm2i=2.79cmI=82.77cm4z0=2.44cm 每个格构柱由4根角钢L90x6组成,格构柱力学参数如下: Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[82.77+10.64×(50.00/2-2.44)2]×4=21992.15cm4; An1=A×4=10.64×4=42.56cm2; W1=Ix1/(b1/2-z0)=21992.15/(50.00/2-2.44)=974.83cm3; ix1=(Ix1/An1)0.5=(21992.15/42.56)0.5=22.73cm; 2、格构柱平面内整体强度 Nmax/An1=351.46×103/(42.56×102)=82.58N/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=6.00m; λx1=L0x1×102/ix1=6.00×102/22.73=26.39; An1=42.56cm2; Ady1=4×80.00×30.00=9600.00cm2; λ0x1=(λx12+40×An1/Ady1)0.5=(26.392+40×42.56/9600.00)0.5=26.40; 查表: Φx=0.95; Nmax/(ΦxA)=351.46×103/(0.95×42.56×102)=87.07N/mm2 格构柱整体稳定性满足要求。 4、刚度验算 λmax=λ0x1=26.40<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l01=a1=50.00cm; 单肢回转半径: i1=2.79cm; 单肢长细比: λ1=lo1/i1=50/2.79=17.92<0.7λmax=0.7×26.4=18.48; 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=21992.15cm4An1=42.56cm2 W1=974.83cm3ix1=22.73cm 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=[21992.15+42.56×(3.00×102/2-0.50×102/2)2]×4=2747968.58cm4; An2=An1×4=42.56×4=170.24cm2; W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=2747968.58/(3.00×102/2-0.50×102/2)=21983.75cm3; ix2=(Ix2/An2)0.5=(2747968.58/170.24)0.5=127.05cm; 2、格构柱基础平面内整体强度 1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=342.48×103/(170.24×102)+1315.86×106/(1.0×21983.75×103)=79.97N/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=6.00m; λx2=L0x2/ix2=6.00×102/127.05=4.72; An2=170.24cm2; Ady2=2×5.42=10.84cm2; λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(4.722+40×170.24/10.84)0.5=25.50; 查表: φx=0.95; NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22 NEX=48371.81N; 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))≤f 1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=10.71N/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=25.50<[λ]=150满足; 单肢计算长度: l02=a2=200.00cm; 单肢回转半径: ix1=22.73cm; 单肢长细比: λ1=l02/ix1=200/22.73=8.8<0.7λmax=0.7×25.5=17.85 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=3.142m; Ap──桩端面积,Ap=0.785m2; 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 16.0056.001350.00粘性土 210.0050
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