塔吊格构式基础3计算书600桩.docx

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塔吊格构式基础3计算书600桩

塔吊格构式基础3（勘探点JN21）计算书

基本参数

1、塔吊基本参数

塔吊型号：

QTZ63；标准节长度b：

2.5m；

塔吊自重Gt：

450.8kN；塔吊地脚螺栓性能等级：

高强8.8级；

最大起重荷载Q：

60kN；塔吊地脚螺栓的直径d：

36mm；

塔吊起升高度H：

40m；塔吊地脚螺栓数目n：

16个；

塔身宽度B:

1.8m；

2、格构柱基本参数（品茗软件计算参数）

格构柱计算长度lo：

3m；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：

L75x10；

格构柱基础缀件节间长度a2：

3m；格构柱钢板缀件参数:

宽200mm，厚12mm；

格构柱截面宽度b1：

0.45m；格构柱基础缀件材料类型：

L50x6；

砼灌注桩（替代格构柱）基本参数（施工技术参数）

采用灌注桩代替钢构件格构柱，灌注桩如下参数能满足钢格构柱设计要求：

灌注桩直径：

0.6m，超出地面高度lo：

3.0m；桩身上部2/3配筋1618，下部1/3配筋818，18@2000加强筋，8@150螺旋箍；桩顶主筋锚入塔吊承台基础锚固长度；灌注桩之间，承台向下2000设置250×400构造拉结梁，配筋316；316；8@150箍筋；

3、基础参数

桩中心距a：

2.8m；桩直径d：

0.6m；

桩入土深度l：

19m；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：

18mm；

承台宽度Bc：

4m；承台厚度h：

1m；

承台混凝土等级为：

C35；承台钢筋等级：

HRB335；

承台钢筋直径：

20；承台保护层厚度:

50mm；

承台箍筋间距：

250mm；

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：

1.56；

主弦杆材料：

圆钢；主弦杆宽度c：

127mm；

非工作状态：

所处城市：

江苏南京市，基本风压ω0：

0.4kN/m2；

额定起重力矩Me：

630kN·m；基础所受水平力P：

30kN；

塔吊倾覆力矩M：

1171.16kN·m；

工作状态：

所处城市：

江苏南京市，基本风压ω0：

0.4kN/m2，

额定起重力矩Me：

630kN·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

承台自重：

Gc=25×Bc×Bc×h=25×4.00×4.00×1.00=400.00kN；

作用在基础上的垂直力：

Fk=Gt+Gc=450.80+400.00=850.80kN；

2、塔吊倾覆力矩

总的最大弯矩值Mkmax=1171.16kN·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=0.42；

水平力：

Vk=ω×B×H×Φ+P=0.40×1.80×40.00×0.42+30.00=42.02kN；

4、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：

Fk=850.80kN；

Mkmax=1171.16kN·m；

Vk=42.02kN；

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）=850.80/4+（1171.16×2.80×2-0.5）/（2×（2.80×2-0.5）2）=508.46kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=850.80/4-（1171.16×2.80×2-0.5）/（2×（2.80×2-0.5）2）=-83.06kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2Vk/4=1.2×42.02/4=12.60kN；

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=1×3.14×36.002×250/4=254.47kN；

Nv=1.2Vk/n=1.2×42.02/16=3.15kN<254.47kN；

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=3.14×32.252×400/4=326.69kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×83.06/4.00=24.92kN<326.69kN；

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=（（3.15/254.47）2+（24.92/326.69）2）0.5=0.08；

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、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=（2.80-1.80）/2=0.50m；

Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；

经过计算得到弯矩设计值：

Mx=My=2×0.50×408.46×1.2=490.16kN·m。

2、螺栓粘结力锚固强度计算

锚固深度计算公式:

h≥N/πd[fb]

其中N－锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=24.92kN；

d－楼板螺栓的直径，d=36mm；

[fb]－楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，[fb]=1.57N/mm2；

h－楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h≥24.92×103/（3.14×36.00×1.57）=140.34mm；

构造要求：

h≥792.00mm；

螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于792.00mm。

3、承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第7.2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=1000.00-50.00=950.00mm；

fy－钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2；

经过计算得：

αs=490.16×106/（1.000×16.700×4.000×103×（950.000）2）=0.008；

ξ=1-（1-2×0.008）0.5=0.008；

γs=1-0.008/2=0.996；

Asx=Asy=490.16×106/（0.996×950.000×300）=1726.891mm2；

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:

1000×4000×0.15%=6000mm2；

建议配筋值：

HRB335钢筋，20@195。

承台底面单向根数20根。

实际配筋值6284mm2。

4、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=610.16kN。

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=4000.00mm；

λ－计算截面的剪跨比，λ=a/ho，此处，a=（2800.00-1800.00）/2=500.00mm，

当λ<0.25时，取λ=0.25；当λ>3时,取λ=3，得λ=0.53；

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=（800/950）1/4=0.958；

α──承台剪切系数，α=1.75/（0.526+1）=1.147；

ho－承台计算截面处的计算高度，ho=1000.00-50.00=950.00mm；

610.16kN≤0.96×1.147×1.57×4000×950/1000=6552.67kN；

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！

四、单肢格构柱截面验算

1、格构柱力学参数

L75x10

A=14.13cm2i=2.26cmI=71.98cm4z0=2.22cm

每个格构柱由4根角钢L75x10组成，格构柱力学参数如下：

Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[71.98+14.13×（45.00/2-2.22）2]×4=23533.38cm4；

An1=A×4=14.13×4=56.52cm2；

W1=Ix1/（b1/2-z0）=23533.38/（45.00/2-2.22）=1160.42cm3；

ix1=（Ix1/An1）0.5=（23533.38/56.52）0.5=20.41cm；

2、格构柱平面内整体强度

Nmax/An1=610.16×103/（56.52×102）=107.95N/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=3.00m；

λx1=L0x1×102/ix1=3.00×102/20.41=14.70；

单肢缀板节间长度：

a1=0.50m；

λ1=L1/iv=50.00/1.46=34.25；

λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（14.702+34.252）0.5=37.27；

查表：

Φx=0.91；

Nmax/（ΦxA）=610.16×103/（0.91×56.52×102）=118.77N/mm2

格构柱整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x1=37.27<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l01=a1=50.00cm；

单肢回转半径：

i1=2.26cm；

单肢长细比：

λ1=lo1/i1=50/2.26=22.12<0.7λmax=0.7×37.27=26.09；

因截面无削弱，不必验算截面强度。

分肢稳定满足要求。

采用灌注桩代替钢格构柱，桩径600，砼C30，桩身上部2/3配筋1618，下部1/3配筋818，18@2000加强筋，8@150螺旋箍；Ix1=39740.63cm4；An1=2826cm2；W1=2649.4cm3；ix1=30cm；能满足钢格构柱设计要求，不再计算。

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=23533.38cm4An1=56.52cm2

W1=1160.42cm3ix1=20.41cm

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=[23533.38+56.52×（2.80×102/2-0.45×102/2）2]×4=3215450.50cm4；

An2=An1×4=56.52×4=226.08cm2；

W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=3215450.50/（2.80×102/2-0.45×102/2）=27365.54cm3；

ix2=（Ix2/An2）0.5=（3215450.50/226.08）0.5=119.26cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=1020.96×103/（226.08×102）+1639.62×106/（1.0×27365.54×103）=105.07N/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=3.00m；

λx2=L0x2/ix2=3.00×102/119.26=2.52；

An2=226.08cm2；

Ady2=2×5.69=11.38cm2；

λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（2.522+40×226.08/11.38）0.5=28.30；

查表：

φx=0.94；

NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22

NEX=52168.93N；

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））≤f

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=44.51N/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=28.30<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l02=a2=300.00cm；

单肢回转半径：

ix1=20.41cm；

单肢长细比：

λ1=l02/ix1=300/20.41=14.7<0.7λmax=0.7×28.3=19.81

因截面无削弱，不必验算截面强度。

刚度满足要求。

采用灌注桩代替钢格构柱，桩径600，砼C30，桩身上部2/3配筋1618，下部1/3配筋818，18@2000加强筋，8@150螺旋箍；Ix1=39740.63cm4；An1=2826cm2；W1=2649.4cm3；ix1=30cm；

能满足钢格构柱设计要求，不再计算。

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=1.885m；

Ap──桩端面积,Ap=0.283m2；

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

1

1.50

44.00

500.00

3-1粉质粘土

2

12.50

32.00

500.00

3-2粉质粘土

3

4.60

45.00

600.00

3-3粉质粘土

4

0.90

40.00

550.00

4粉质粘土混砾石

5

20.00

50.00

950.00

5强风化泥质粉砂层

由于桩的入土深度为19.00m,所以桩端是在第4层土层。

单桩竖向承载力验算:

Quk=1.885×689+950×0.283=1567.341kN；

单桩竖向承载力特征值：

R=Ra=Quk/2=1567.341/2=783.67kN；

Nk=508.463kN≤1.2R=1.2×783.67=940.404kN；

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=968.302kN；

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=1.88m；

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=1746.58kN；

ul－桩群外围周长，ul=4×（2.8+0.6）=13.6m；

经过计算得到：

TUk=Σλiqsikuili＝968.30kN；

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=83.06kN；

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=1098.20kN；

Gp-基桩自重设计值，Gp=134.30kN；

Tgk/2+Ggp=1746.58/2+1098.2=1971.49kN>83.063kN；

Tuk/2+Gp=968.302/2+134.303=618.454kN>83.063kN；

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%=3.14×6002/4×0.65%=1838mm2

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，818。

实际配筋值2036mm2。

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。

为保证高桩桩身侧向抗剪切强度，灌注桩直径：

0.6m，超出地面高度lo：

3.0m；桩身上部配筋1618，下部配筋818，18@2000加强筋，8@150螺旋箍；

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=25×4.00×4.00×1.00=400.00kN；

作用在基础上的垂直力：

Fk=Gt+Gc+Q=450.80+400.00+60.00=910.80kN；

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=0.42；

水平力：

Vk=ω×B×H×Φ+P=0.40×1.80×40.00×0.42+30.00=42.02kN

4、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：

Fk=910.80kN；

Mkmax=939.90kN·m；

Vk=42.02kN；

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）=910.80/4+（939.90×2.80×2-0.5）/（2×（2.80×2-0.5）2）=465.06kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=910.80/4-（939.90×2.80×2-0.5）/（2×（2.80×2-0.5）2）=-9.66kN；

需要验算桩基础抗拔力。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2V/4=1.2×42.02/4=12.60kN；

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=1×3.14×36.002×250/4=254.47kN；

Nv=1.2Vk/n=1.2×42.02/16=3.15kN<254.47kN；

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=3.14×32.252×400/4=326.69kN；

Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×9.66/4.00=2.90kN<326.69kN；

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=（（3.15/254.47）2+（2.90/326.69）2）0.5=0.02；

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、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=（2.80-1.80）/2=0.50m；

Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；

经过计算得到弯矩设计值：

Mx=My=2×0.50×365.06×1.2=438.07kN·m。

2、螺栓粘结力锚固强度计算

锚固深度计算公式:

h≥N/πd[fb]

其中N－锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=2.90kN；

d－楼板螺栓的直径，d=36mm；

[fb]－楼板螺栓与混凝土的容许粘接强度，[fb]=1.57N/mm2；

h－楼板螺栓在混凝土楼板内的锚固深度，经过计算得到h≥2.90×103/（3.14×36.00×1.57）=16.32mm；

构造要求：

h≥792.00mm；

螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于792.00mm。

3、承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）第7.2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=1000.00-50.00=950.00mm；

fy－钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2；

经过计算得：

αs=438.07×106/（1.000×16.700×4.000×103×（950.000）2）=0.007；

ξ=1-（1-2×0.007）0.5=0.007；

γs=1-0.007/2=0.996；

Asx=Asy=438.07×106/（0.996×950.000×300）=1542.723mm2；

由于最