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=