塔吊格构柱计算书2.docx

塔吊格构柱计算书2.docx

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塔吊格构柱计算书2

塔吊格构式基础计算书

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：

QTZ70（JL5613）；标准节长度b：

2.8m；

塔吊自重Gt：

852.6kN；最大起重荷载Q：

30kN；

塔吊起升高度H：

120m；塔身宽度B:

1.758m；

2、格构柱基本参数

格构柱计算长度lo：

12.7m；格构柱缀件类型：

缀板；

格构柱缀件节间长度a1：

0.4m；格构柱分肢材料类型：

L140x14；

格构柱基础缀件节间长度a2：

0.4m；格构柱钢板缀件参数:

宽360mm，厚14mm；

格构柱截面宽度b1：

0.4m；

3、基础参数

桩中心距a：

3.9m；桩直径d：

0.8m；

桩入土深度l：

22m；桩型与工艺：

泥浆护壁钻（冲）孔灌注桩；

桩混凝土等级：

C35；桩钢筋型号：

HRB335；

桩钢筋直径：

14mm；

承台宽度Bc：

5.5m；承台厚度h：

1.4m；

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:

50mm；

承台箍筋间距：

200mm；

4、塔吊计算状态参数

地面粗糙类别：

B类城市郊区；风荷载高度变化系数：

2.38；

主弦杆材料：

角钢/方钢；主弦杆宽度c：

160mm；

非工作状态：

所处城市：

天津市滨海新区，基本风压ω0：

0.3kN/m2；

额定起重力矩Me：

0kN·m；基础所受水平力P：

80kN；

塔吊倾覆力矩M：

1930kN·m；

工作状态：

所处城市：

天津市滨海新区，基本风压ω0：

0.3kN/m2，

额定起重力矩Me：

756kN·m；基础所受水平力P：

50kN；

塔吊倾覆力矩M：

1720kN·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=2.5×5.50×5.50×1.40×10=1058.75kN；

作用在基础上的垂直力：

Fk=Gt+Gc=852.60+1058.75=1911.35kN；

2、塔吊倾覆力矩

总的最大弯矩值Mkmax=1930.00kN·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=0.50；

水平力：

Vk=ω×B×H×Φ+P=0.3×1.758×120.00×0.50+80.00=111.644kN；

4、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：

Fk=1911.35kN；

Mkmax=1930.00kN·m；

Vk=111.644kN；

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）格构柱竖向力的计算

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）=1911.35/4+（1930×3.90×2-0.5）/（2×（3.90×2-0.5）2）=827.8kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=1911.35/4-（1930×3.90×2-0.5）/（2×（3.90×2-0.5）2）=127.8kN；

均受压计算，无抗拔要求。

桩基础抗拔满足要求。

（2）格构柱顶水平剪力的计算

V0=1.2Vk/4=1.2×111.644/4=33.5kN；

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=（3.90-1.758）/2=1.071m；

Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；

经过计算得到弯矩设计值：

Mx=My=2×1.07×827.8×1.2=2125.8kN·m。

2、承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）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=1400.00-50.00=1350.00mm；

fy－钢筋受拉强度设计值，fy=400N/mm2；

经过计算得：

αs=2125.8×106/（1.000×16.700×5.5000×103×（1350.000）2）=0.013；

ξ=1-（1-2×0.013）0.5=0.013；

γs=1-0.013/2=0.994；

Asx=Asy=2125.8×106/（0.994×1250.000×400）=4277mm2；

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:

1400×5500×0.15%=11550mm2；

建议配筋值：

HRB400钢筋，25@200。

承台底面单向根数29根。

实际配筋值14228.125mm2。

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=827.8×1.2=993.36kN。

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=5500.00mm；

λ－计算截面的剪跨比，λ=a/ho，此处，a=（3900.00-1758.00）/2=1071mm，

当λ<0.25时，取λ=0.25；当λ>3时,取λ=3，得λ=0.79；

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=（800/1350）1/4=0.877

α──承台剪切系数，α=1.75/（0.79+1）=0.97；

ho－承台计算截面处的计算高度，ho=1400.00-50.00=1350.00mm；

993.36kN≤0.877×0.97×1.57×5500×1350/1000=9916kN；

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

L140x14

A=37.57cm2i=4.28cmI=688.81cm4z0=3.98cm

每个格构柱由4根角钢L140x14组成，格构柱力学参数如下：

Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[688.81+37.57×（40.00/2-3.98）2]×4=41323.16cm4；

An1=A×4=37.57×4=150.28cm2；

W1=Ix1/（b1/2-z0）=41323.16/（40.00/2-3.98）=2579.47cm3；

ix1=（Ix1/An1）0.5=（41323.16/150.28）0.5=16.58cm；

2、格构柱平面内整体强度

Nmax/An1=827.8×1.2×103/（150.28×102）=66.10N/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=16-2.55-0.75=12.7m；

λx1=L0x1×102/ix1=12.7×102/16.58=76.60；

其中b──缀板厚度，取b=0.14m。

h──缀板长度，取h=0.36m。

a1──格构架截面长，取a1=0.40m。

经过计算得i1=[（0.142+0.362）/48+5×0.402/8]0.5=0.40m。

λ1=L1/iv=12.7/0.4=31.75；

λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（76.602+31.752）0.5=82.92；

查表：

Φx=0.763；

Nmax/（ΦxA）=993.36×103/（0.763×150.28×102）=86.63N/mm2

格构柱整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x1=82.92<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l01=a1=40.00cm；

单肢回转半径：

i1=4.28cm；

单肢长细比：

λ1=lo1/i1=40/4.28=9.35<0.7λmax=0.7×82.92=58.04；

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=41323.16（77193.93）cm4An1=150.28cm2

W1=2579.47cm3ix1=16.58cm

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=[41323.16+150.28×（3.90×102/2-0.40×102/2）2]×4=18574592cm4；

An2=An1×4=150.28×4=601.12cm2；

W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=18574592/（3.90×102/2-0.40×102/2）=106140.53cm3；

ix2=（Ix2/An2）0.5=（18574592/601.12）0.5=175.78cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=2293.6×103/（601.12×102）+2702×106/（1.0×106140×103）=58.56N/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=12.7m；

λx2=L0x2/ix2=12.7×102/175.78=7.22；

An2=601.12cm2；

Ady2=2×22.80=45.60cm2；

λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（7.222+40×601.12/45.60）0.5=24.07；

查表：

φx=0.954；

NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22

NEX=191812.98N；

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

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=65.6N/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=24.07<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l02=a2=40.00cm；

单肢回转半径：

ix1=16.58cm；

单肢长细比：

λ1=l02/ix1=40/16.58=2.41<0.7λmax=0.7×24.07=16.8

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=2.513m；

Ap──桩端面积,Ap=0.503m2；

各土层厚度及阻力标准值如下表:

选勘察报告11#点竖状图

序号

土层名称

土层标高

土厚度

土侧阻力标准值（kPa）

土端阻力标准值（kPa）

1

4粉质粘土

-10.85

3.8m

34

/

2

粉质粘土

4.5m

43

/

3

1粉土

3.6m

58

/

4

2粉质粘土

4.0m

55

/

5

粉质粘土

1.9m

54

/

6

1粉质粘土

2.9m

56

/

7

2粉土

3.6m

62

800

8

累计深度

24米

/

/

灌注桩桩顶标高-12.4米，灌注桩计划长度22米。

由于桩的入土深度为22m,所以桩端是在第7层土层。

单桩竖向承载力验算:

Quk=2.513×1137.7+800×0.503=3259.7kN；

单桩竖向承载力特征值：

R=Ra=Quk/2=3259.7/2=1629.8kN；

Nk=827.8kN≤1.2R=1.2×1629.8=1955.76kN；

桩基竖向承载力满足要求！

七、桩配筋计算

1、桩构造配筋计算

按照构造要求配筋。

As=πd2/4×0.65%=3.14×8002/4×0.65%=3267mm2

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

桩不受拉力，不计算这部分配筋，只需构造配筋！

建议配筋值：

HRB335钢筋，14根14。

实际配筋值2154.04mm2。

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

承台自重：

Gc=25×Bc×Bc×h=25×5.50×5.50×1.40=1058.75kN；

作用在基础上的垂直力：

Fk=Gt+Gc+Q=852.60+1058.75+30.00=1941.35kN；

2、塔吊倾覆力矩

总的最大弯矩值Mkmax=1720kN·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=0.50；

水平力：

Vk=ω×B×H×Φ+P=0.3×1.758×120.00×0.50+50.00=81.644kN

4、每根格构柱的受力计算

作用于承台顶面的作用力：

Fk=1941.35kN；

Mkmax=1720kN·m；

Vk=81.64kN；

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）=1941.35/4+（1720×3.90×2-0.5）/（2×（3.90×2-0.5）2）=797.24kN；

最小压力：

Nkmin=Fk/4-（Mkmax×a×2-0.5）/（2×（a×2-0.5）2）=1745.10/4-（1039.00×3.00×2-0.5）/（2×（3.00×2-0.5）2）=173.44kN；

桩基础抗拔满足要求。

（2）、桩顶剪力的计算

V0=1.2V/4=1.2×81.64/4=24.5kN；

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=（3.90-1.758）/2=1.071m；

Ni1－单桩桩顶竖向力设计值；

经过计算得到弯矩设计值：

Mx=My=2×1.071×797.24×1.2=2049（803.12）kN·m。

2、承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）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=1400.00-50.00=1350.00mm；

fy－钢筋受拉强度设计值，fy=400N/mm2；

经过计算得：

αs=2049×106/（1.0×16.7×5500×13502）=0.012；

ξ=1-（1-2×0.012）0.5=0.012；

γs=1-0.012/2=0.987；

Asx=Asy=2049×106/（0.987×1350.000×400）=3844mm2；

由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:

1400×5500×0.15%=11550mm2；

建议配筋值：

HRB400钢筋，25@200。

承台底面单向根数29根。

实际配筋值14228.125mm2。

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=956.7kN。

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=5500.00mm；

λ－计算截面的剪跨比，λ=a/ho，此处，a=（3900.00-1758.00）/2=1071mm，

当λ<0.25时，取λ=0.25；当λ>3时,取λ=3，得λ=0.79；

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=（800/1350）1/4=0.877；

α──承台剪切系数，α=1.75/（0.79+1）=0.97；

ho－承台计算截面处的计算高度，ho=1400.00-50.00=1350.00mm；

956.7kN≤0.877×0.97×1.57×5500×1350/1000=9916kN；

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

L140x14

A=37.57cm2i=4.28cmI=688.81cm4z0=3.98cm

每个格构柱由4根角钢L140x14组成，格构柱力学参数如下：

Ix1=[I+A×（b1/2－z0）2]×4=[688.81+37.57×（40.00/2-3.98）2]×4=41323.16cm4；

An1=A×4=37.57×4=150.28cm2；

W1=Ix1/（b1/2-z0）=41323.16/（40.00/2-3.98）=2579.47cm3；

ix1=（Ix1/An1）0.5=（41323.16/150.28）0.5=16.58cm；

2、格构柱平面内整体强度

Nmax/An1=956.7×103/（150.28×102）=63.66N/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=12.7m；

λx1=L0x1×102/ix1=12.7×102/16.58=76.60；

λ1=L1/iv=31.75；

λ0x1=（λx12+λ12）0.5=（76.602+31.752）0.5=82.92；

查表：

Φx=0.763；

Nmax/（ΦxA）=956.7×103/（0.763×150.28×102）=79.58N/mm2

格构柱整体稳定性满足要求。

4、刚度验算

λmax=λ0x1=82.92<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l01=a1=40.00cm；

单肢回转半径：

i1=4.28cm；

单肢长细比：

λ1=lo1/i1=40/4.28=9.35<0.7λmax=0.7×82.92=58.04；

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=41323.16cm4An1=150.28cm2

W1=2579.47cm3ix1=16.58cm

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=[41323.16+150.28×（3.90×102/2-0.40×102/2）2]×4=18574592cm4；

An2=An1×4=150.28×4=601.12cm2；

W2=Ix2/（b2/2-b1/2）=18574592/（3.90×102/2-0.40×102/2）=106140cm3；

ix2=（Ix2/An2）0.5=（18574592/601.12）0.5=175.78cm；

2、格构柱基础平面内整体强度

1.2N/An+1.4Mx/（γx×W）=2329.60×103/（601.12×102）+2408×106/（1.0×106140.53×103）=61.44N/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=12.7m；

λx2=L0x2/ix2=12.7×102/175.78=7.22；

An2=601.12cm2；

Ady2=2×22.80=45.60cm2；

λ0x2=（λx22+40×An2/Ady2）0.5=（7.222+40×601.12/45.60）0.5=24.07；

查表：

φx=0.95；

NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22

NEX=191812.98N；

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

1.2N/（φxA）+1.4βmxMx/（Wlx（1-1.2φxN/NEX））=68.7N/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=24.07<[λ]=150满足；

单肢计算长度：

l02=a2=40.00cm；

单肢回转半径：

ix1=16.58cm；

单肢长细比：

λ1=l02/ix1=40/16.58=