QTZ635013塔吊格构式基础计算书.docx
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QTZ635013塔吊格构式基础计算书
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:
QZT63(5013);标准节长度b:
2.5m;
塔吊自重Gt:
500kN;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:
20mm;
塔吊起升高度H:
70m;塔吊地脚螺栓数目n:
12个;
塔身宽度B:
1.5m;
2、格构柱基本参数
格构柱计算长度lo:
6m;格构柱缀件类型:
缀条;
格构柱缀件节间长度a1:
0.5m;格构柱分肢材料类型:
L90x6;
格构柱基础缀件节间长度a2:
2m;格构柱钢板缀件参数:
宽800mm,厚300mm;
格构柱截面宽度b1:
0.5m;格构柱基础缀件材料类型:
L56x5;
3、基础参数
桩中心距a:
3m;桩直径d:
1m;
桩入土深度l:
10m;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:
20mm;
钢平台宽度:
5m;钢平台厚度:
1m;
钢平台的螺栓直径:
30mm;钢平台的螺栓数目:
12个;
钢平台的螺栓性能等级:
高强10.9级;
4、塔吊计算状态参数
地面粗糙类别:
A类近海或湖岸区;风荷载高度变化系数:
0.5;
主弦杆材料:
角钢/方钢;主弦杆宽度c:
250mm;
非工作状态:
所处城市:
浙江杭州市,基本风压ω0:
0.45kN/m2;
额定起重力矩Me:
600kN·m;基础所受水平力P:
30kN;
塔吊倾覆力矩M:
939.9kN·m;
工作状态:
所处城市:
浙江杭州市,基本风压ω0:
0.45kN/m2,
额定起重力矩Me:
600kN·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
作用在基础上的垂直力:
N=Gt=500.00=500.00kN;
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=0.89;
水平力:
Vk=ω×B×H×Φ+P=0.45×1.50×70.00×0.89+30.00=72.23kN;
4、每根格构柱的受力计算
作用于承台顶面的作用力:
Fk=500.00kN;
Mkmax=939.90kN·m;
Vk=72.23kN;
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)=500.00/4+(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=346.54kN;
最小压力:
Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=500.00/4-(939.90×3.00×2-0.5)/(2×(3.00×2-0.5)2)=-96.54kN;
需要验算桩基础抗拔力。
(2)、桩顶剪力的计算
V0=1.2Vk/4=1.2×72.23/4=21.67kN;
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=1×3.14×20.002×250/4=78.54kN;
Nv=1.2Vk/n=1.2×72.23/12=7.22kN<78.54kN;
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=3.14×17.652×400/4=97.92kN;
Nt=1.2Nkmin/n1=1.2×96.54/3.00=38.61kN<97.92kN;
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=((7.22/78.54)2+(38.61/97.92)2)0.5=0.40;
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、螺栓抗剪验算
每个螺栓所受剪力:
Nv=Vk/n=72.23/12=6.02kN;
Nvb=nvπd2fvb/4=1×3.14×30.002×310/(4×1000)=219.13kN;
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,即:
n1=n/4;
Nt-每一颗螺栓所受的力;
Nt=Nmin/n1=96.54/3.00=32.18kN;
Ntb=πde2ftb/4=3.14×26.722×500/(4×1000)=280.29kN;
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=((6.02/219.13)2+(32.18/280.29)2)0.5=0.12;
螺栓在同时受到剪力以及杆轴方向拉力时强度满足要求。
四、单肢格构柱截面验算
1、格构柱力学参数
L90x6
A=10.64cm2i=2.79cmI=82.77cm4z0=2.44cm
每个格构柱由4根角钢L90x6组成,格构柱力学参数如下:
Ix1=[I+A×(b1/2-z0)2]×4=[82.77+10.64×(50.00/2-2.44)2]×4=21992.15cm4;
An1=A×4=10.64×4=42.56cm2;
W1=Ix1/(b1/2-z0)=21992.15/(50.00/2-2.44)=974.83cm3;
ix1=(Ix1/An1)0.5=(21992.15/42.56)0.5=22.73cm;
2、格构柱平面内整体强度
Nmax/An1=415.84×103/(42.56×102)=97.71N/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=6.00m;
λx1=L0x1×102/ix1=6.00×102/22.73=26.39;
An1=42.56cm2;
Ady1=4×80.00×30.00=9600.00cm2;
λ0x1=(λx12+40×An1/Ady1)0.5=(26.392+40×42.56/9600.00)0.5=26.40;
查表:
Φx=0.95;
Nmax/(ΦxA)=415.84×103/(0.95×42.56×102)=103.02N/mm2格构柱整体稳定性满足要求。
4、刚度验算
λmax=λ0x1=26.40<[λ]=150满足;
单肢计算长度:
l01=a1=50.00cm;
单肢回转半径:
i1=2.79cm;
单肢长细比:
λ1=lo1/i1=50/2.79=17.92<0.7λmax=0.7×26.4=18.48;
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=21992.15cm4An1=42.56cm2
W1=974.83cm3ix1=22.73cm
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=[21992.15+42.56×(3.00×102/2-0.50×102/2)2]×4=2747968.58cm4;
An2=An1×4=42.56×4=170.24cm2;
W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=2747968.58/(3.00×102/2-0.50×102/2)=21983.75cm3;
ix2=(Ix2/An2)0.5=(2747968.58/170.24)0.5=127.05cm;
2、格构柱基础平面内整体强度
1.2N/An+1.4Mx/(γx×W)=600.00×103/(170.24×102)+1315.86×106/(1.0×21983.75×103)=95.10N/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=6.00m;
λx2=L0x2/ix2=6.00×102/127.05=4.72;
An2=170.24cm2;
Ady2=2×5.42=10.84cm2;
λ0x2=(λx22+40×An2/Ady2)0.5=(4.722+40×170.24/10.84)0.5=25.50;
查表:
φx=0.95;
NEX'=π2EAn2/1.1λ0x22
NEX=48371.81N;
1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))≤f
1.2N/(φxA)+1.4βmxMx/(Wlx(1-1.2φxN/NEX))=31.50N/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=25.50<[λ]=150满足;
单肢计算长度:
l02=a2=200.00cm;
单肢回转半径:
ix1=22.73cm;
单肢长细比:
λ1=l02/ix1=200/22.73=8.8<0.7λmax=0.7×25.5=17.85
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=3.142m;
Ap──桩端面积,Ap=0.785m2;
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
16.0056.001350.00粘性土
210.0050.001700.00粉土或砂土
由于桩的入土深度为10.00m,所以桩端是在第2层土层。
单桩竖向承载力验算:
Quk=3.142×536+1700×0.785=3019.071kN;
单桩竖向承载力特征值:
R=Ra=Quk/2=3019.071/2=1509.535kN;
Nk=346.537kN≤1.2R=1.2×1509.535=1