3号塔吊格构式基础计算书.doc

塔吊格构式基础计算书杭政储出（2013）74号地块工程；工程建设地点：杭州市拱墅区；属于框剪结构；地上28层；地下2层；建筑高度：89.6m；标准层层高：2.9m ；总建筑面积：125000平方米；总工期：808天。本工程由恺筑融信房地产开发有限公司投资建设，中国联合工程公司设计，杭州市勘察院地质勘察，浙江荣阳工程监理有限公司监理，浙江宝华集团有限公司组织施工；由李炳杰担任项目经理，熊维志担任技术负责人。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（GB500172003）、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（GB50092001）、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）、建筑桩基技术规范（JGJ942008）、建筑地基基础设计规范（GB500072002）等编制。基本参数1、塔吊基本参数塔吊型号：QTZ63； 标准节长度b：2.8m；塔吊自重Gt：649.6kN； 塔吊地脚螺栓性能等级：高强10.9级；最大起重荷载Q：60kN； 塔吊地脚螺栓的直径d：30mm；塔吊起升高度H：40m； 塔吊地脚螺栓数目n：12个；塔身宽度B: 1.65m； 2、格构柱基本参数格构柱计算长度lo：9m； 格构柱缀件类型：缀板；格构柱缀件节间长度a1：0.65m； 格构柱分肢材料类型：L140x12；格构柱基础缀件节间长度a2：2m； 格构柱钢板缀件参数:宽450mm，厚450mm；格构柱截面宽度b1：0.5m； 格构柱基础缀件材料类型：L140x12；3、基础参数桩中心距a：2m； 桩直径d：0.8m；桩入土深度l：27m； 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：RRB400；桩钢筋直径：20mm； 承台宽度Bc：3.6m； 承台厚度h：1.3m；承台混凝土等级为：C35； 承台钢筋等级：RRB400；承台钢筋直径：20； 承台保护层厚度:50mm；承台箍筋间距：165mm； 4、塔吊计算状态参数地面粗糙类别：C类 有密集建筑群的城市郊区；风荷载高度变化系数：1.13；主弦杆材料：角钢/方钢； 主弦杆宽度c：135mm；非工作状态：所处城市：浙江杭州市， 基本风压0：0.45 kN/m2；额定起重力矩Me：630kNm； 基础所受水平力P：73.5kN；塔吊倾覆力矩M：1796kNm； 工作状态：所处城市：浙江杭州市， 基本风压0：0.45 kN/m2，额定起重力矩Me：630kNm； 基础所受水平力P：24.5kN；塔吊倾覆力矩M：1282kNm； 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=25BcBch=253.603.601.30=421.20kN；作用在基础上的垂直力：Fk=Gt+Gc=649.60+421.20=1070.80kN；2、塔吊倾覆力矩总的最大弯矩值Mkmax=1796.00kNm；3、塔吊水平力计算挡风系数计算： = (3B+2b+(4B2+b2)1/2c/Bb)挡风系数=0.43；水平力：Vk=BH+P=0.451.6540.000.43+73.50=86.41kN；4、每根格构柱的受力计算 作用于承台顶面的作用力：Fk=1070.80kN； Mkmax=1796.00kNm； Vk=86.41kN；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)/nMxkxi/xj2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+(Mkmaxa2-0.5)/(2(a2-0.5)2)=1070.80/4+(1796.002.002-0.5)/(2(2.002-0.5)2)=902.68kN；最小压力：Nkmin=Fk/4-(Mkmaxa2-0.5)/(2(a2-0.5)2)=1070.80/4-(1796.002.002-0.5)/(2(2.002-0.5)2)=-367.28kN；需要验算桩基础抗拔力。（2）、桩顶剪力的计算V0=1.2Vk/4=1.286.41/4=25.92kN；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=nvd2fvb/4=13.1430.002310/4=219.13kN；Nv=1.2Vk/n=1.286.41/12=8.64kN219.13kN；螺栓抗剪强度满足要求。2、螺栓抗拉验算 n1Nt = 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=de2ftb/4=3.1426.722500/4=280.29kN；Nt=1.2Nkmin/n1=1.2367.28/3.00=146.91kN280.29kN；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=(8.64/219.13)2+(146.91/280.29)2)0.5=0.53；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=(2.00-1.65)/2=0.18m； Ni1单桩桩顶竖向力设计值；经过计算得到弯矩设计值：Mx=My=20.18797.381.2=334.90kNm。2、螺栓粘结力锚固强度计算锚固深度计算公式: h N/dfb其中 N锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=146.91kN； d楼板螺栓的直径，d=30mm； 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 146.91103/(3.1430.001.57)=992.86mm；构造要求：h660.00mm；螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于992.86mm。3、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。 s = M/(1fcbh02) = 1-(1-2s)1/2 s = 1-/2 As = M/(sh0fy)式中：l系数，当混凝土强度不超过C50时， 1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，1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=1300.00-50.00=1250.00mm； fy钢筋受拉强度设计值，fy=360N/mm2；经过计算得：s=334.90106/(1.00016.7003.600103(1250.000)2)=0.004； =1-(1-20.004)0.5=0.004； s =1-0.004/2=0.998； Asx =Asy=334.90106/(0.9981250.000360)=745.554mm2；由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:130036000.15%=7020mm2；建议配筋值：RRB400钢筋，20150。承台底面单向根数23根。实际配筋值7226.6mm2。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=1083.22kN。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： Vhsftb0h0其中，b0承台计算截面处的计算宽度，b0=3600.00mm； 计算截面的剪跨比，=a/ho，此处，a=(2000.00-1650.00)/2=175.00mm， 当 3时,取=3，得=0.25； hs受剪切承载力截面高度影响系数，当h0800mm时，取h0=800mm，h02000mm时，取h0=2000mm，其间按内插法取值，hs=(800/1250)1/4=0.894； 承台剪切系数，=1.75/(0.25+1)=1.4； ho承台计算截面处的计算高度，ho=1300.00-50.00=1250.00mm；1083.22kN0.891.41.5736001250/1000=8846.78kN；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L140x12A =32.51cm2 i =4.31cm I =603.68cm4 z0 =3.90cm每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下：Ix1=I+A（b1/2z0）2 4=603.68+32.51(50.00/2-3.90)24=60309.83cm4；An1=A4=32.514=130.04cm2；W1=Ix1/(b1/2-z0)=60309.83/(50.00/2-3.90)=2858.29cm3；ix1=(Ix1/An1)0.5=(60309.83/130.04)0.5=21.54cm；2、格构柱平面内整体强度Nmax/An1=1083.22103/(130.04102)=83.30N/mm2f=360N/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=9.00m；x1=L0x1102/ix1=9.00102/21.54=41.79；单肢缀板节间长度：a1=0.65m；1=L1/iv=65.00/2.77=23.47；0x1=(x12+12)0.5=(41.792+23.472)0.5=47.93；查表：x=0.87；Nmax/(xA)=1083.22103/(0.87130.04102)=96.26N/mm2f=360N/mm2；格构柱整体稳定性满足要求。4、刚度验算max=0x1=47.93=150 满足；单肢计算长度：l01=a1=65.00cm；单肢回转半径：i1=4.31cm；单肢长细比：1=lo1/i1=65/4.31=15.080.7max=0.747.93=33.55；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=60309.83cm4 An1=130.04cm2W1=2858.29cm3 ix1=21.54cm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(b2102/2-b1102/2)24=60309.83+130.04(2.00102/2-0.50102/2)24=3167139.31cm4；An2=An14=130.044=520.16cm2；W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=3167139.31/(2.00102/2-0.50102/2)=42228.52cm3；ix2=(Ix2/An2)0.5=(3167139.31/520.16)0.5=78.03cm；2、格构柱基础平面内整体强度1.2N/An+1.4Mx/(xW)=1284.96103/(520.16102)+2514.40106/(1.042228.52103)=84.25N/mm2f=360N/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=9.00m；x2=L0x2/ix2=9.00102/78.03=11.53；An2=520.16cm2；Ady2=232.51=65.02cm2；0x2=(x22+40An2/Ady2)0.5=(11.532+40520.16/65.02)0.5=21.28；查表：x=0.97； NEX = 2EAn2/1.10x22NEX=212218.26N； 1.2N/(xA) + 1.4mxMx/(Wlx(1-1.2xN/NEX) f1.2N/(xA)+1.4mxMx/(Wlx(1-1.2xN/NEX)=13.29N/mm2f=360N/mm2；格构式基础整体稳定性满足要求。4、刚度验算max=0x2=21.28=150 满足；单肢计算长度：l02=a2=200.00cm；单肢回转半径：ix1=21.54cm；单肢长细比：1=l02/ix1=200/21.54=9.29 367.282kN；Tuk/2+Gp=1014.91/2+339.292=846.747kN 367.282kN；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=d2/40.65%=3.148002/40.65%=3267mm22、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：RRB400钢筋，1120。实际配筋值3456.2 mm2。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200300mm；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=25BcBch=253.603.601.30=421.20kN；作用在基础上的垂直力：Fk=Gt+Gc+Q=649.60+421.20+60.00=1130.80kN；2、塔吊倾覆力矩总的最大弯矩值Mkmax=1282.00kNm；3、塔吊水平力计算挡风系数计算： = (3B+2b+(4B2+b2)1/2c/Bb)挡风系数=0.43；水平力：Vk=BH+P=0.451.6540.000.43+24.50=37.41kN4、每根格构柱的受力计算 作用于承台顶面的作用力：Fk=1130.80kN； Mkmax=1282.00kNm； Vk=37.41kN；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)/nMyyi/yj2；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+(Mkmaxa2-0.5)/(2(a2-0.5)2)=1130.80/4+(1282.002.002-0.5)/(2(2.002-0.5)2)=735.96kN；最小压力：Nkmin=Fk/4-(Mkmaxa2-0.5)/(2(a2-0.5)2)=1130.80/4-(1282.002.002-0.5)/(2(2.002-0.5)2)=-170.56kN；需要验算桩基础抗拔力。（2）、桩顶剪力的计算V0=1.2V/4=1.237.41/4=11.22kN；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=nvd2fvb/4=13.1430.002310/4=219.13kN；Nv=1.2Vk/n=1.237.41/12=3.74kN219.13kN；螺栓抗剪强度满足要求。2、螺栓抗拉验算 n1Nt = 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=de2ftb/4=3.1426.722500/4=280.29kN；Nt=1.2Nkmin/n1=1.2170.56/3.00=68.22kN280.29kN；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=(3.74/219.13)2+(68.22/280.29)2)0.5=0.24；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=(2.00-1.65)/2=0.18m； Ni1单桩桩顶竖向力设计值；经过计算得到弯矩设计值：Mx=My=20.18630.661.2=264.88kNm。2、螺栓粘结力锚固强度计算锚固深度计算公式: h N/dfb其中 N锚固力，即作用于螺栓的轴向拉力，N=68.22kN； d楼板螺栓的直径，d=30mm； 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 68.22103/(3.1430.001.57)=461.06mm；构造要求：h660.00mm；螺栓在混凝土承台中的锚固深度要大于660.00mm。3、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。 s = M/(1fcbh02) = 1-(1-2s)1/2 s = 1-/2 As = M/(sh0fy)式中：l系数，当混凝土强度不超过C50时， 1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，1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=1300.00-50.00=1250.00mm； fy钢筋受拉强度设计值，fy=360N/mm2；经过计算得：s=264.88106/(1.00016.7003.600103(1250.000)2)=0.003； =1-(1-20.003)0.5=0.003； s =1-0.003/2=0.999； Asx =Asy=264.88106/(0.9991250.000360)=589.444mm2；由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:130036000.15%=7020mm2；建议配筋值：RRB400钢筋，20150。承台底面单向根数23根。实际配筋值7226.6mm2。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=883.15kN。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： Vhsftb0h0其中，b0承台计算截面处的计算宽度，b0=3600.00mm； 计算截面的剪跨比，=a/ho，此处，a=(2000.00-1650.00)/2=175.00mm， 当 3时,取=3，得=0.25； hs受剪切承载力截面高度影响系数，当h0800mm时，取h0=800mm，h02000mm时，取h0=2000mm，其间按内插法取值，hs=(800/1250)1/4=0.894； 承台剪切系数，=1.75/(0.25+1)=1.4； ho承台计算截面处的计算高度，ho=1300.00-50.00=1250.00mm；883.15kN0.891.41.5736001250/1000=8846.78kN；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L140x12A =32.51cm2 i =4.31cm I =603.68cm4 z0 =3.90cm每个格构柱由4根角钢L140x12组成，格构柱力学参数如下：Ix1=I+A（b1/2z0）2 4=603.68+32.51(50.00/2-3.90)24=60309.83cm4；An1=A4=32.514=130.04cm2；W1=Ix1/(b1/2-z0)=60309.83/(50.00/2-3.90)=2858.29cm3；ix1=(Ix1/An1)0.5=(60309.83/130.04)0.5=21.54cm；2、格构柱平面内整体强度Nmax/An1=883.15103/(130.04102)=67.91N/mm2f=360N/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=9.00m；x1=L0x1102/ix1=9.00102/21.54=41.79；单肢缀板节间长度：a1=0.65m；1=L1/iv=65.00/2.77=23.47；0x1=(x12+12)0.5=(41.792+23.472)0.5=47.93；查表：x=0.87；Nmax/(xA)=883.15103/(0.87130.04102)=78.48N/mm2f=360N/mm2；格构柱整体稳定性满足要求。4、刚度验算max=0x1=47.93=150 满足；单肢计算长度：l01=a1=65.00cm；单肢回转半径：i1=4.31cm；单肢长细比：1=lo1/i1=65/4.31=15.080.7max=0.747.93=33.55；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=60309.83cm4 An1=130.04cm2W1=2858.29cm3 ix1=21.54cm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(b2102/2-b1102/2)24=60309.83+130.04(2.00102/2-0.50102/2)24=3167139.31cm4；An2=An14=130.044=520.16cm2；W2=Ix2/(b2/2-b1/2)=3167139.31/(2.00102/2-0.50102/2)=42228.52cm3；ix2=(Ix2/An2)0.5=(3167139.31/520.16)0.5=78.03cm；2、格构柱基础平面内整体强度1.2N/An+1.4Mx/(xW)=1356.96103/(520.16102)+1794.80106/(1.042228.52103)=68.59N/mm2f=360N/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=9.00m；x2=L0x2/ix2=9.00102/78.03=11.53；An2=520.16cm2；Ady2=232.51=65.02cm2；0x2=(x22+40An2/Ady2)0.5=(11.532+40520.16/65.02)0.5=21.28；查表：x=0.97； NEX = 2EAn2/1.10x22NEX=212218.26N； 1.2N/(xA) + 1.4mxMx/(Wlx(1