塔吊基础设计四桩.docx

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塔吊基础设计四桩

塔吊基础设计（四桩）计算书

工程名称：

样板工程

编制单位：

XXX建筑有限公司

一、编制依据

1．《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）；

2.《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）；

3.《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006年版）；

4.《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）；

5.《简明钢筋混凝土结构计算手册》；

6.《地基及基础》（高等数学教学用书）（第二版）；

7.建筑、结构设计图纸；

8.塔式起重机使用说明书；

9.塔式起重机设计规范（GB/T13752-92）；

10．《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001、J119-2001）；

11.岩土工程勘查报告。

二、计算参数

工程建筑面积65000m2,总高度m,地上18层,地下2层；

塔吊型号QTZ160，臂长65.00m,安装高度203.00m；

塔身尺寸1.70m,基坑底标高-5.50m；

现场面标高0.00m,承台面标高-4.70m。

1.塔吊基础受力情况：

荷载工况

基础荷载

P（kN）

M（kN.m）

Fk

Fh

M

MZ

工作状态

950

30

1700

340

非工作状态

850

70

2000

0

比较桩基础塔吊的工作状态和非工作状态的受力情况，塔吊基础按非工作状态计算

Fk=850.00×1.2=1020.00kNFh=70.00×1.4=98.00kN

Mk=（2000.00+70.00×1.40）×1.4=2937.20kN.m

2.桩顶以下岩土力学资料

序号

地层名称

厚度L

（m）

桩侧土摩阻力特征值qsia（kPa）

持力岩层端阻力特征值qpa（kPa）

桩侧岩层和桩端岩层单轴抗压强度frs、、frp（kPa）

qsia*

i

（kN/m）

抗拔摩阻力折减系数

λi

λi

qsia*

i

（kN/m）

1

松散粉细砂

0.20

40

8.00

0.4

3.20

2

中密中粗砂

12.56

40

502.40

0.4

200.96

3

强风化粉砂岩

0.7

60

42.00

0.6

25.20

4

中风化粉砂岩

1.00

100

10000

100.00

0.7

70.00

5

微风化粉砂岩

0.5

180

10000

90.00

0.7

63.00

桩长

14.96

∑qsia*Li

742.40

∑λiqsia*Li

362.36

3、基础设计主要参数

基础桩采用4根φ500钻（冲）孔灌注桩,桩顶标高-6.10m,桩端不设扩大头，桩端入微风化粉砂岩0.50m；

桩混凝土等级C25,fC=11.90N/mm2,EC=2.80×104N/mm2；

ftk=1.78N/mm2,桩长14.96m；

钢筋HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2；

承台尺寸长（a）=6.00m,宽（b）=6.00m,高（h）=1.50m，

桩中心与承台中心1.50m,承台面标高-4.70m；

承台混凝土等级C35，ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。

Gk=a×b×h×γ砼×1.2=6.00×6.00×1.50×25×1.2=1620.00kN

塔吊基础尺寸示意图

三、单桩允许承载力特征值计算

1、单桩竖向承载力特征值

（1）、按地基土物理力学指标与承载力参数计算

单桩竖向承载力特征值计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》

DBJ15-31-2003第10.2.4条。

按下列公式计算：

Ra=Rsa＋Rra＋Rpa

Rsa=μ∑qsia

i

Rra=μpC2frshr

Rpa=C1frpAp

式中Rsa－桩侧土总摩阻力特征值；

Rra－桩侧岩总摩阻力特征值；

Rpa－持力岩层总端阻力特征值；

μp－桩嵌岩端截面周长；

hr－嵌岩深度，当岩面倾斜时以低点起计；

Ap－桩截面面积，对扩底桩取扩大头直径计算桩截面面积；

frs、frp－分别为桩侧岩层和桩端岩层的岩样天然湿度单轴抗压强度；

C1、C2－系数，根据持力层基岩完整程度及沉渣厚度等因素而定。

Ap=πd2/4=3.14×0.25/4=0.20m2，C1=0.40，C2=0.05

Rsa=u∑qsia

i=πd∑qsia

i=3.14×0.50×742.40=1165.57kN

Rra1=upC2frshr=0.80×3.14×0.50×0.05×10000.00×1.00=628.00kN

Rra2=upC2frshr=0.80×3.14×0.50×0.05×10000.00×0.50=314.00kN

Rpa=C1frpAp=0.80×0.40×10000.00×0.20=628.00kN

Ra=Rsa＋Rra＋Rpa=1165.57+628.00+314.00+628.00=2735.57kN

（2）、桩身截面强度计算

桩身混凝土强度计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003第10.2.7条。

按下式验算桩身截面强度：

式中ψc－工作条件系数，灌注桩取0.7～0.8（水下灌注桩取较低值），预制桩取

0.8～0.9；

fc－桩身混凝土轴心抗压强度设计值；

Ap－桩身横截面面积；

Q－相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向设计值。

Ψc=0.70

ΨcfcAp=0.70×11.90×1000×0.20=1634.76kN

2、单桩水平承载力特征值计算

灌注桩的水平承载力特征值计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》

DBJ15-31-20第10.2.22条，按下式计算：

式中：

RHa－单桩水平承载力特征值；

α－桩的水平变形系数，按规范式（10.2.19）确定；

γm－塑性系数，圆形截面γm=2；

ftk－桩身混凝土抗拉强度标准值；

υm－桩身最大弯矩系数，按表10.2.23取值，视上部结构、承台、地梁对桩顶的约束程度及桩顶构造，分别按铰接或固接考虑；

N1k－桩顶扣除竖向活荷载作用的竖向力标准值；

ρg－桩身纵筋配筋率；

ζN－桩顶竖向力影响系数，竖向压力取ζN=0.8，竖向拉力取ζN=-1；

An－桩换算截面积，圆形截面为：

W0－桩身换算截面受拉边缘的截面抗弯模量，圆形截面取：

式中d－桩身直径；

d0－扣除保护层的桩直径；

Es－钢筋的弹性模量；

EC－混凝土的弹性模量。

Pg=0.3+（2000-500.00）/（2000-400）×（0.65-0.3）=0.63%

Wo=πd/32[d2＋2（ES/EC－1）ρgd02]=0.05×（0.25+12.29×0.63%×0.13）=0.0128m3

Io=Wod/2=0.0128×0.50/2=0.0032m4

EI=0.85ECIo=0.85×2.80×107×0=75900.03

查（DBJ15-31-2003）P.118:

m=6.00×103kN/m4,bo=0.9（1.5d+0.5）=1.13m

α=（mbo/ECI）0.2=（6.00×1000×1.13/75900.03）0.2=0.62

α×L=0.62×14.96=9.22＞4,满足长桩标准。

按α×L=4,查（DBJ15-31-2003）P.121:

υm=0.768

Nlk=（Fk＋Gk）/n=（1020.00+1620.00）/4=660.00kN,γm=2,ζN=0.80

An=πd2/4[1＋（Es/Ec-1）Pg]=0.20×（1+6.14×0.63%）=0.20m2

RHa=αγmftkW0/Vm（1.25+22ρg）（1+ζNN1k/γmftkAn）=36.44×1.39×1.73=87.40kN

3.单桩抗拔力特征值计算

桩抗拔力的验算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003

第10.2.10条,按下式计算：

式中G0－桩自重，地下水位以下取有效重度计算；

qsia－桩侧土摩阻力特征值；

μp－桩周长，μp=πd；

λi－抗拔摩阻力折减系数。

0.9G0=0.9×0.20×14.96×25=66.06kN

Rta=upΣλiqsiaιi+0.9G0=1.57×362.36+66.06=634.96kN

四、单桩桩顶作用力计算和承载力验算

1、轴心竖向力作用下

Qik=（Fk＋Gk）/n=（1020.00+1620.00）/4=660.00kN

轴心竖向力660.00kN小于2735.57kN,满足要求。

2、偏心竖向力作用

按照Mx作用在对角线进行计算，Mx=Mk=2937.20kN.myi=1.50m

Qik=（Fk＋Gk）/n±Mxyi/Σyi2=660.00±6230.74÷9.00=660.00±692.30

=

｛

1352.30kN

<

1.2Ra=3282.68kN

单桩承载力满足要求

<

ΨcfcAp=1634.76kN

桩身混凝土强度满足要求

-32.30kN

<

Rta=

634.96kN

单桩抗拔力满足要求

3、水平力作用下

Hik=Fh/n=98.00/4=24.50kN＜RHa=87.40kN

单桩水平力24.50kN小于87.40kN,满足要求。

五、抗倾覆验算

bi=3.00+0.25=3.25ma1=1.50+0.25=1.75m

倾覆力矩M倾=M＋Fhh=2000.00+70.00×1.40=2098.00kN.m

抗倾覆力矩M抗=（Fk＋Gk）a1/2＋2Rtabi

=（850.00+1350.00）×1.75+2×634.963×3.25=7977.26kN.m

M抗/M倾=7977.26/2098.00=3.80

抗倾覆验算3.80大于1.6,满足要求。

六、灌注桩配筋计算

承台下2（d＋1）米深度范围土层类别（中密中粗砂）按

（DBJ15-31-2003）P.119查β=59.00

βd2（1.5d2＋0.5d）0.2（1＋0.8Nlk/γmftkAp）=14.75×0.91×1.76=23.57kN

桩身可不配抗弯钢筋，但应该按照规范规定配置构造钢筋ρ=ρg=0.63%

As=ρAP=0.63%×196250.00=1233mm2,采用HRB400钢筋，fy=360.00N/mm2,取422

As1=4×379.9=1520mm2>As（满足要求）

桩顶钢筋抗拔验算1=32.30×1000÷1519.60=21.26N/mm2

桩顶钢筋抗拔验算2=1000×2098.00÷3.00÷2÷1519.60=230.10N/mm2

桩顶钢筋抗拔验算21.26与230.10N/mm2均小于360.00N/mm2,满足要求。

七、承台受冲切、受剪切承载力验算

按照广东省地基基础设计规范中10.5.4明确承台受冲切、受剪切承载力采用验算ho的高度来判断，可按下式计算：

式中Fι－作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值；

fc－承台混凝土抗压强度设计值；

μc－柱截面周长；

F－作用于柱底的竖向压力设计值；

∑Qki－冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力（不计承台及其上覆土重）之和；

Fk－作用于柱底处的竖向压力标准值；

n－桩数；

n0－冲切破坏锥体范围内的桩数。

Fι=F－1.2ΣQik=Fk=950.00kN，uc=4×0.2=0.80m，ho=1.50-0.07=1.43m

2×（Fι/fc）0.5－uc/8=2×（950000.00÷16.70）0.5-800.00÷8=377mm＜h0=1430mm

承台有效高度377mm小于1430mm,满足要求。

八、承台配筋计算

1.基础弯矩计算

Ni=Fk/n+Mxyi/Σyi2=255.00+6230.74÷9.00=947.30kN，Xi=1.50m

M=ΣNixi=2×947.30×1.50=2841.91kN.m

2.基础配筋计算

基础采用HRB335钢筋fy=300.00N/mm2

As1=M/0.9fyho=2841.91×106/（0.9×300.00×1430.00）=7361mm2

按照最小配筋率ρ=0.10%计算配筋

As2=ρbho=0.001×6000.00×1430.00=8580mm2

比较As1和As2，按As2配筋取3418@180mm（钢筋间距满足要求）

As=34×254.0=8636mm2

承台配筋面积8636mm2大于8580mm2,满足要求。

九、计算结果

基础桩：

钻（冲）孔4根φ500灌注桩，桩顶标高-6.10m,桩长14.96m,桩端入微风化粉砂岩0.50m；

桩混凝土C25HRB400，钢筋422，箍筋采用φ8@250mm；

承台：

长（a）=6.00m,宽（b）=6.00m,高（h）=1.50m;

桩中心与承台中心1.50m,承台面标高-4.70m；

混凝土等级C35,HRB335钢筋3418@180mm。

塔吊基础平面图

桩大样图

塔吊基础剖面图

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