矩形格构式基础计算书101.docx
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矩形格构式基础计算书101
矩形格构式基础计算书
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
QTZ63（ZJ5311）
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）
484
起重荷载标准值Fqk（kN）
60
竖向荷载标准值Fk（kN）
544
水平荷载标准值Fvk（kN）
19.02
倾覆力矩标准值Mk（kN·m）
2439.08
非工作状态
竖向荷载标准值Fk'（kN）
484
水平荷载标准值Fvk'（kN）
44.07
倾覆力矩标准值Mk'（kN·m）
2407.85
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＝1.35×484＝653.4
起重荷载设计值FQ（kN）
1.35FQk＝1.35×60＝81
竖向荷载设计值F（kN）
653.4+81＝734.4
水平荷载设计值Fv（kN）
1.35Fvk＝1.35×19.02＝25.68
倾覆力矩设计值M（kN·m）
1.35Mk＝1.35×2439.08＝3292.76
非工作状态
竖向荷载设计值F'（kN）
1.35Fk'＝1.35×484＝653.4
水平荷载设计值Fv'（kN）
1.35Fvk'＝1.35×44.07＝59.49
倾覆力矩设计值M'（kN·m）
1.35Mk＝1.35×2407.85＝3250.6
三、桩顶作用效应计算
承台布置
桩数n
4
承台高度h（m）
1.35
承台长l（m）
4.5
承台宽b（m）
4.5
承台长向桩心距al（m）
3
承台宽向桩心距ab（m）
3
桩直径d（m）
0.8
承台参数
承台混凝土等级
C30
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）
19
承台混凝土保护层厚度δ（mm）
50
配置暗梁
是
矩形桩式基础布置图
承台及其上土的自重荷载标准值：
Gk=bl（hγc+h'γ'）=4.5×4.5×（1.35×25+0×19）=683.44kN
承台及其上土的自重荷载设计值：
G=1.35Gk=1.35×683.44=922.64kN
桩对角线距离：
L=（ab2+al2）0.5=（32+32）0.5=4.24m
1、荷载效应标准组合
轴心竖向力作用下：
Qk=（Fk+Gk）/n=（544+683.44）/4=306.86kN
荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：
Qkmax=（Fk+Gk）/n+（Mk+FVkh）/L
=（544+683.44）/4+（2439.08+19.02×14.3）/4.24=945.89kN
Qkmin=（Fk+Gk）/n-（Mk+FVkh）/L
=（544+683.44）/4-（2439.08+19.02×14.3）/4.24=-332.17kN
2、荷载效应基本组合
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax=（F+G）/n+（M+Fvh）/L
=（734.4+922.64）/4+（3292.76+25.68×14.3）/4.24=1276.95kN
Qmin=（F+G）/n-（M+Fvh）/L
=（734.4+922.64）/4-（3292.76+25.68×14.3）/4.24=-448.43kN
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）
460
格构式钢柱计算长度H0（m）
16.63
缀板间净距l01（mm）
300
格构柱伸入灌注桩的锚固长度（m）
3
格构柱分肢参数
格构柱分肢材料
L160X12
分肢材料截面积A0（cm2）
37.44
分肢对最小刚度轴的回转半径iy0（cm）
3.18
格构柱分肢平行于对称轴惯性矩I0（cm4）
916.58
分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0（cm）
4.39
分肢材料强度设计值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
400×300×20
格构式钢柱缀件截面积A1x'（mm2）
6000
焊缝参数
角焊缝焊脚尺寸hf（mm）
10
焊缝计算长度lf（mm）
200
焊缝强度设计值ftw（N/mm2）
160
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×[916.58+37.44×（46.00/2-4.39）2]=55533.02cm4
整个构件长细比：
λx=λy=H0/（I/（4A0））0.5=1663/（55533.02/（4×37.44））0.5=86.36
分肢长细比：
λ1=l01/iy0=30.00/3.18=9.43
分肢毛截面积之和：
A=4A0=4×37.44×102=14976mm2
格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：
λ0max=（λx2+λ12）0.5=（86.362+9.432）0.5=86.87
λ0max=86.87≤[λ]=150
满足要求！
2、格构式钢柱分肢的长细比验算
λ1=9.43≤min（0.5λ0max，40）=min（0.5×86.87，40）=40
满足要求！
3、格构式钢柱受压稳定性验算
λ0max（fy/235）0.5=86.87×（215/235）0.5=83.1
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=0.668
Qmax/（φA）=1276.95×103/（0.668×14976）=127.64N/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=14976×215×10-3×（235/235）0.5/85=37.88kN
格构柱相邻缀板轴线距离：
l1=l01+30=30.00+30=60cm
作用在一侧缀板上的弯矩：
M0=Vl1/4=37.88×0.6/4=5.68kN·m
分肢型钢形心轴之间距离：
b1=a-2Z0=0.46-2×0.0439=0.37m
作用在一侧缀板上的剪力：
V0=Vl1/（2·b1）=37.88×0.6/（2×0.37）=30.53kN
角焊缝面积：
Af=0.8hflf=0.8×10×200=1600mm2
角焊缝截面抵抗矩：
Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×2002/6=46667mm3
垂直于角焊缝长度方向应力：
σf=M0/Wf=5.68×106/46667=122N/mm2
垂直于角焊缝长度方向剪应力：
τf=V0/Af=30.53×103/1600=19N/mm2
（（σf/1.22）2+τf2）0.5=（（122/1.22）2+192）0.5=102N/mm2≤ftw=160N/mm2
满足要求！
根据缀板的构造要求
缀板高度：
300mm≥2/3b1=2/3×0.37×1000=248mm
满足要求！
缀板厚度：
20mm≥max[1/40b1,6]=max[1/40×0.37×1000,6]=9mm
满足要求！
缀板间距：
l1=600mm≤2b1=2×0.37×1000=744mm
满足要求！
五、桩承载力验算
桩参数
桩混凝土强度等级
C30
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）
33
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
HRB33512Φ16
地基属性
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
21.59
8
450
0.7
-
粉砂
2.7
19
850
0.7
-
圆砂
2
50
2600
0.7
-
杂填土
1
0
0
0.7
-
粘性土
2.99
13
750
0.7
-
粉砂
5.8
19
750
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=2.51m
桩端面积：
Ap=πd2/4=3.14×0.82/4=0.5m2
Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap
=2.51×（7.14×8+2.7×19+2×50+1×0+2.99×13+4.22×19）+750×0.5=1199.91kN
Qk=306.86kN≤Ra=1199.91kN
Qkmax=945.89kN≤1.2Ra=1.2×1199.91=1439.89kN
满足要求！
2、桩基竖向抗拔承载力计算
Qkmin=-332.17kN<0
按荷载效应标准组合计算的桩基拔力：
Qk'=332.17kN
桩身的重力标准值：
Gp=lwApγz=（33-16.63+3+0.68）×0.5×25=251.89kN
Ra'=uΣλiqsiali+Gp=2.51×（0.7×7.14×8+0.7×2.7×19+0.7×2×50+0.7×1×0+0.7×2.99×13+0.7×4.22×19）+251.89
=827.94kN
Qk'=332.17kN≤Ra'=827.94kN
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=12×3.14×162/4=2413mm2
（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=1276.95kN
ψcfcAp+0.9fy'As'=（0.75×14×0.5×106+0.9×（300×2412.74））×10-3=6114.8kN
Q=1276.95kN≤ψcfcAp+0.9fy'As'=6114.8kN
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=448.43kN
fyAS=300×2412.74×10-3=723.82kN
Q'=448.43kN≤fyAS=723.82kN
满足要求！
4、桩身构造配筋计算
As/Ap×100%=（2412.74/（0.5×106））×100%=0.48%≥0.45%
满足要求！
六、承台计算
承台配筋
承台底部长向配筋
HRB400Φ22@150
承台底部短向配筋
HRB400Φ22@150
承台顶部长向配筋
HRB400Φ18@200
承台顶部短向配筋
HRB400Φ18@200
暗梁配筋
承台梁上部配筋
HRB4006Φ22
承台梁腰筋配筋
HRB4004Φ14
承台梁底部配筋
HRB4006Φ22
承台梁箍筋配筋
HPB300Φ12@200
承台梁箍筋肢数n
4
暗梁计算宽度l'（m）
0.8
1、荷载计算
塔身截面对角线上立杆的荷载设计值：
Fmax=F/n+M/（20.5B）=734.4/4+3292.76/（20.5×1.6）=1638.81kN
Fmin=F/n-M/（20.5B）=734.4/4-3292.76/（20.5×1.6）=-1271.61kN
剪力图（kN）
弯矩图（kN·m）
Vmax=959.25kN，Mmax=586.13kN·m，Mmin=-949.66kN·m
2、受剪切计算
截面有效高度：
h0=h-δc-D/2=1350-50-22/2=1289mm
受剪切承载力截面高度影响系数：
βhs=（800/1289）1/4=0.89
塔吊边至桩边的水平距离：
a1b=（ab-B-d）/2=（3-1.6-0.8）/2=0.3m
a1l=（al-B-d）/2=（3-1.6-0.8）/2=0.3m
计算截面剪跨比：
λb'=a1b/h0=0.3/1.29=0.23，取λb=0.25；
λl'=a1l/h0=0.3/1.29=0.23，取λl=0.25；
承台剪切系数：
αb=1.75/（λb+1）=1.75/（0.25+1）=1.4
αl=1.75/（λl+1）=1.75/（0.25+1）=1.4
Vmax=959.25kN≤βhsαbftl'h0=0.89×1.4×1430×0.8×1.29=1832.38kN
Vmax=959.25kN≤βhsαlftl'h0=0.89×1.4×1430×0.8×1.29=1832.38kN
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/（α1fcl'h02）=949.66×106/（1.04×14.3×800×12892）=0.048
ζ1=1-（1-2αS1）0.5=1-（1-2×0.048）0.5=0.049
γS1=1-ζ1/2=1-0.049/2=0.975
AS1=Mmin/（γS1h0fy1）=949.66×106/（0.975×1289×360）=2099mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy1）=max（0.2,45×1.43/360）=max（0.2,0.18）=0.2%
梁底需要配筋：
A1=max（AS1,ρlh0）=max（2099,0.002×800×1289）=2099mm2
梁底部实际配筋：
AS1'=2281mm2≥AS1=2099mm2
满足要求！
（2）、承台梁上部配筋
αS2=Mmax/（α2fcl'h02）=586.13×106/（1.04×14.3×800×12892）=0.03
ζ2=1-（1-2αS2）0.5=1-（1-2×0.03）0.5=0.03
γS2=1-ζ2/2=1-0.03/2=0.985
AS1=Mmax/（γS2h0fy2）=586.13×106/（0.985×1289×360）=1283mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy2）=max（0.2,45×1.43/360）=max（0.2,0.18）=0.2%
梁上部需要配筋：
A2=max（AS2,ρl'h0）=max（1283,0.002×800×1289）=2063mm2
梁上部实际配筋：
AS2'=2281mm2≥AS2=2063mm2
满足要求！
（3）、梁腰筋配筋
梁腰筋按照构造配筋4Φ14
（4）、承台梁箍筋计算
箍筋抗剪
计算截面剪跨比：
λ'=（L-20.5B）/（2h0）=（4.5-20.5×1.6）/（2×1.29）=0.87
取λ=1.5
混凝土受剪承载力：
1.75ftl'h0/（λ+1）=1.75×1.43×0.8×1.29/（1.5+1）=1.03kN
Vmax=959.25kN>1.75ftl'h0/（λ+1）=1.03kN
nAsv1/s=4×（3.14×122/4）/200=2.26
（V-0.7ftl'h0）/（1.25fyvh0）
=（959.25×103-0.7×1.43×800×1289）/（1.25×270×1289）=-0.17mm2/mm
nAsv1/s≥（V-0.7ftlh0）/（1.25fyvh0）
满足要求！
配箍率验算
ρsv=nAsv1/（l's）=4×（3.14×122/4）/（800×200）
=0.28%≥psv，min=0.24ft/fyv=0.24×1.43/270=0.13%
满足要求！
（5）、板底面长向配筋面积
梁底需要配筋：
AS1=ρbh0=0.0015×4500×1289=8701mm2
承台底长向实际配筋：
AS1'=11785mm2≥AS1=8701mm2
满足要求！
（6）、板底面短向配筋面积
梁底需要配筋：
AS2=ρlh0=0.0015×4500×1289=8701mm2
承台底短向实际配筋：
AS2'=11785mm2≥AS2=8701mm2
满足要求！
（7）、板顶面长向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS3'=5981mm2≥0.5AS1'=0.5×11785=5893mm2
满足要求！
（8）、板顶面短向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS4'=5981mm2≥0.5AS2'=0.5×11785=5893mm2
满足要求！
（9）、承台竖向连接筋配筋面积
承台竖向连接筋为双向Φ10@500。
七、示意图
矩形桩式承台配筋图
矩形桩式暗梁配筋图
矩形桩式桩配筋图
矩形桩式钻孔灌注桩详图
矩形桩式格构柱与承台连接详图
矩形桩式格构柱详图
矩形桩式格构柱逆作法加固图
矩形桩式格构柱截面图
矩形桩式格构柱止水片详图
矩形桩式柱肢安装接头详图
矩形桩式水平剪刀撑布置图
矩形桩式水平剪刀撑连接详图
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