十字格构式基础计算书.docx
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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
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