矩形格构式塔吊基础计算书.docx
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矩形格构式塔吊基础计算书
矩形格构式基础计算书
计算依据：
1、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009
2、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010
3、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008
4、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011
5、《钢结构设计规范》GB50017-2003
一、塔机属性
塔机型号
TC7052（QTZ400）
塔机独立状态的最大起吊高度H0（m）
63
塔机独立状态的计算高度H（m）
77
塔身桁架结构
方钢管
塔身桁架结构宽度B（m）
2.5
二、塔机荷载
塔机竖向荷载简图
1、塔机自身荷载标准值
塔身自重G0（kN）
2169
起重臂自重G1（kN）
176.26
起重臂重心至塔身中心距离RG1（m）
22
小车和吊钩自重G2（kN）
14.7
小车最小工作幅度RG2（m）
3.5
最大起重荷载Qmax（kN）
125
最大起重荷载至塔身中心相应的最大距离RQmax（m）
35
最小起重荷载Qmin（kN）
68
最大吊物幅度RQmin（m）
60
最大起重力矩M2（kN·m）
Max[125×35，68×60]＝4375
平衡臂自重G3（kN）
153.67
平衡臂重心至塔身中心距离RG3（m）
12
平衡块自重G4（kN）
260
平衡块重心至塔身中心距离RG4（m）
19
2、风荷载标准值ωk（kN/m2）
工程所在地
湖北武汉市
基本风压ω0（kN/m2）
工作状态
0.2
非工作状态
0.35
塔帽形状和变幅方式
锥形塔帽，小车变幅
地面粗糙度
B类（田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区）
风振系数βz
工作状态
1.576
非工作状态
1.618
风压等效高度变化系数μz
1.525
风荷载体型系数μs
工作状态
1.95
非工作状态
1.95
风向系数α
1.2
塔身前后片桁架的平均充实率α0
0.35
风荷载标准值ωk（kN/m2）
工作状态
0.8×1.2×1.576×1.95×1.525×0.2＝0.9
非工作状态
0.8×1.2×1.618×1.95×1.525×0.35＝1.617
3、塔机传递至基础荷载标准值
工作状态
塔机自重标准值Fk1（kN）
2169+176.26+14.7+153.67+260＝2773.63
起重荷载标准值Fqk（kN）
125
竖向荷载标准值Fk（kN）
2773.63+125＝2898.63
水平荷载标准值Fvk（kN）
0.9×0.35×2.5×77＝60.637
倾覆力矩标准值Mk（kN·m）
176.26×22+14.7×35-153.67×12-260×19+0.9×（4375+0.5×60.637×77）＝3646.752
非工作状态
竖向荷载标准值Fk'（kN）
Fk1＝2773.63
水平荷载标准值Fvk'（kN）
1.617×0.35×2.5×77＝108.945
倾覆力矩标准值Mk'（kN·m）
176.26×22+14.7×3.5-153.67×12-260×19+0.5×108.945×77＝1339.512
4、塔机传递至基础荷载设计值
工作状态
塔机自重设计值F1（kN）
1.2Fk1＝1.2×2773.63＝3328.356
起重荷载设计值FQ（kN）
1.4FQk＝1.4×125＝175
竖向荷载设计值F（kN）
3328.356+175＝3503.356
水平荷载设计值Fv（kN）
1.4Fvk＝1.4×60.637＝84.892
倾覆力矩设计值M（kN·m）
1.2×（176.26×22+14.7×35-153.67×12-260×19）+1.4×0.9×（4375+0.5×60.637×77）＝5583.817
非工作状态
竖向荷载设计值F'（kN）
1.2Fk'＝1.2×2773.63＝3328.356
水平荷载设计值Fv'（kN）
1.4Fvk'＝1.4×108.945＝152.523
倾覆力矩设计值M'（kN·m）
1.2×（176.26×22+14.7×3.5-153.67×12-260×19）+1.4×0.5×108.945×77＝2446.291
三、桩顶作用效应计算
承台布置
桩数n
4
承台高度h（m）
1.6
承台长l（m）
4.8
承台宽b（m）
4.8
承台长向桩心距al（m）
3.3
承台宽向桩心距ab（m）
3.3
桩直径d（m）
0.8
承台参数
承台混凝土等级
C30
承台混凝土自重γC（kN/m3）
25
承台上部覆土厚度h'（m）
0
承台上部覆土的重度γ'（kN/m3）
19
承台混凝土保护层厚度δ（mm）
50
配置暗梁
是
格构式钢柱总重Gp2（kN）
20
基础布置图
承台及其上土的自重荷载标准值：
Gk=bl（hγc+h'γ'）=4.8×4.8×（1.6×25+0×19）=921.6kN
承台及其上土的自重荷载设计值：
G=1.2Gk=1.2×921.6=1105.92kN
桩对角线距离：
L=（ab2+al2）0.5=（3.32+3.32）0.5=4.667m
1、荷载效应标准组合
轴心竖向力作用下：
Qk=（Fk+Gk+Gp2）/n=（2898.63+921.6+20）/4=960.058kN
荷载效应标准组合偏心竖向力作用下：
Qkmax=（Fk+Gk+Gp2）/n+（Mk+FVkh）/L
=（2898.63+921.6+20）/4+（3646.752+60.637×1.6）/4.667=1762.253kN
Qkmin=（Fk+Gk+Gp2）/n-（Mk+FVkh）/L
=（2898.63+921.6+20）/4-（3646.752+60.637×1.6）/4.667=157.862kN
2、荷载效应基本组合
荷载效应基本组合偏心竖向力作用下：
Qmax=（F+G+1.35×Gp2）/n+（M+Fvh）/L
=（3503.356+1105.92+1.35×20）/4+（5583.817+84.892×1.6）/4.667=2384.644kN
Qmin=（F+G+1.35×Gp2）/n-（M+Fvh）/L
=（3503.356+1105.92+1.35×20）/4-（5583.817+84.892×1.6）/4.667=-66.506kN
四、格构柱计算
格构柱参数
格构柱缀件形式
缀板
格构式钢柱的截面边长a（mm）
450
格构式钢柱长度H0（m）
12.7
缀板间净距l01（mm）
310
格构柱伸入灌注桩的锚固长度（m）
3
格构柱分肢参数
格构柱分肢材料
L160X16
分肢材料截面积A0（cm2）
49.07
分肢对最小刚度轴的回转半径iy0（cm）
3.14
格构柱分肢平行于对称轴惯性矩I0（cm4）
1175.08
分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0（cm）
4.55
分肢材料屈服强度fy（N/mm2）
235
分肢材料抗拉、压强度设计值f（N/mm2）
215
格构柱缀件参数
格构式钢柱缀件材料
424×300×20
格构式钢柱缀件截面积A1x'（mm2）
6000
缀件钢板抗弯强度设计值f（N/mm2）
215
缀件钢板抗剪强度设计值τ（N/mm2）
125
焊缝参数
角焊缝焊脚尺寸hf（mm）
10
焊缝计算长度lf（mm）
594
焊缝强度设计值ftw（N/mm2）
160
1、格构式钢柱换算长细比验算
整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：
I=4[I0+A0（a/2-Z0）2]=4×[1175.08+49.07×（45.00/2-4.55）2]=67942.227cm4
整个构件长细比：
λx=λy=H0/（I/（4A0））0.5=1270/（67942.227/（4×49.07））0.5=68.261
分肢长细比：
λ1=l01/iy0=31.00/3.14=9.873
分肢毛截面积之和：
A=4A0=4×49.07×102=19628mm2
格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：
λ0max=（λx2+λ12）0.5=（68.2612+9.8732）0.5=68.971
λ0max=68.971≤[λ]=150
满足要求！
2、格构式钢柱分肢的长细比验算
λ1=9.873≤min（0.5λ0max，40）=min（0.5×68.971，40）=34.486
满足要求！
3、格构式钢柱受压稳定性验算
λ0max（fy/235）0.5=68.971×（235/235）0.5=68.971
查表《钢结构设计规范》GB50017附录C：
b类截面轴心受压构件的稳定系数：
φ=0.757
Qmax/（φA）=2384.644×103/（0.757×19628）=160.491N/mm2≤f=215N/mm2
满足要求！
4、缀件验算
缀件所受剪力：
V=Af（fy/235）0.5/85=19628×215×10-3×（235/235）0.5/85=49.647kN
格构柱相邻缀板轴线距离：
l1=l01+30=31.00+30=61cm
作用在一侧缀板上的弯矩：
M0=Vl1/4=49.647×0.61/4=7.571kN·m
分肢型钢形心轴之间距离：
b1=a-2Z0=0.45-2×0.0455=0.359m
作用在一侧缀板上的剪力：
V0=Vl1/（2·b1）=49.647×0.61/（2×0.359）=42.179kN
σ=M0/（bh2/6）=7.571×106/（20×3002/6）=25.237N/mm2≤f=215N/mm2
满足要求！
τ=3V0/（2bh）=3×42.179×103/（2×20×300）=10.545N/mm2≤τ=125N/mm2
满足要求！
角焊缝面积：
Af=0.7hflf=0.8×10×594=4158mm2
角焊缝截面抵抗矩：
Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×5942/6=411642mm3
垂直于角焊缝长度方向应力：
σf=M0/Wf=7.571×106/411642=18N/mm2
平行于角焊缝长度方向剪应力：
τf=V0/Af=42.179×103/4158=10N/mm2
（（σf/1.22）2+τf2）0.5=（（18/1.22）2+102）0.5=18N/mm2≤ftw=160N/mm2
满足要求！
根据缀板的构造要求
缀板高度：
300mm≥2/3b1=2/3×0.359×1000=239mm
满足要求！
缀板厚度：
20mm≥max[1/40b1，6]=max[1/40×0.359×1000，6]=9mm
满足要求！
缀板间距：
l1=610mm≤2b1=2×0.359×1000=718mm
满足要求！
线刚度：
∑缀板/分肢=4×20×3003/（12×（450-2×45.5））/（1175.08×104/610）=26.028≥6
满足要求！
五、桩承载力验算
桩参数
桩混凝土强度等级
C30
桩基成桩工艺系数ψC
0.75
桩混凝土自重γz（kN/m3）
25
桩混凝土保护层厚度б（mm）
35
桩入土深度lt（m）
32
桩配筋
自定义桩身承载力设计值
否
桩混凝土类型
钢筋混凝土
桩身普通钢筋配筋
HRB40017Φ20
地基属性
地下水位至地表的距离hz（m）
0
承台埋置深度d（m）
1.5
是否考虑承台效应
是
承台效应系数ηc
0.7
土名称
土层厚度li（m）
侧阻力特征值qsia（kPa）
端阻力特征值qpa（kPa）
抗拔系数
承载力特征值fak（kPa）
杂填土
20
5
100
0.7
100
粘性土
20
24
340
0.7
340
素填土
10
18
200
0.7
200
考虑基坑开挖后，格构柱段外露，不存在侧阻力，此时为最不利状态
1、桩基竖向抗压承载力计算
桩身周长：
u=πd=3.14×0.8=2.513m
桩端面积：
Ap=πd2/4=3.14×0.82/4=0.503m2
承载力计算深度：
min（b/2,5）=min（4.8/2,5）=2.4m
fak=（2.4×100）/2.4=240/2.4=100kPa
承台底净面积：
Ac=（bl-nAp）/n=（4.8×4.8-4×0.503）/4=5.257m2
复合桩基竖向承载力特征值：
Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap+ηcfakAc=2.513×（9.6×5+13.5×24）+340×0.503+0.7×100×5.257=1473.855kN
Qk=960.058kN≤Ra=1473.855kN
Qkmax=1762.253kN≤1.2Ra=1.2×1473.855=1768.626kN
满足要求！
2、桩基竖向抗拔承载力计算
Qkmin=157.862kN≥0
不需要进行桩基竖向抗拔承载力计算！
3、桩身承载力计算
纵向普通钢筋截面面积：
As=nπd2/4=17×3.142×202/4=5341mm2
（1）、轴心受压桩桩身承载力
荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：
Q=Qmax=2384.644kN
ψcfcAp+0.9fy'As'=（0.75×14×0.503×106+0.9×（360×5340.708））×10-3=7313.628kN
Q=2384.644kN≤ψcfcAp+0.9fy'As'=7313.628kN
满足要求！
（2）、轴心受拔桩桩身承载力
Qkmin=157.862kN≥0
不需要进行轴心受拔桩桩身承载力计算！
4、桩身构造配筋计算
As/Ap×100%=（5340.708/（0.503×106））×100%=1.062%≥0.45%
满足要求！
六、承台计算
承台配筋
承台底部长向配筋
RRB400Φ25@150
承台底部短向配筋
RRB400Φ25@150
承台顶部长向配筋
HRB400Φ25@150
承台顶部短向配筋
HRB400Φ25@150
暗梁配筋
承台梁上部配筋
HRB4006Φ25
承台梁腰筋配筋
HRB4004Φ18
承台梁底部配筋
HRB3356Φ25
承台梁箍筋配筋
HPB300Φ14@180
承台梁箍筋肢数n
4
暗梁计算宽度l'（m）
0.8
1、荷载计算
塔身截面对角线上立杆的荷载设计值：
Fmax=F/4+M/（20.5B）=3503.356/4+5583.817/（20.5×2.5）=2455.181kN
Fmin=F/4-M/（20.5B）=3503.356/4-5583.817/（20.5×2.5）=-703.503kN
剪力图（kN）
弯矩图（kN·m）
Vmax=2072.782kN，Mmax=181.424kN·m，Mmin=-1171.122kN·m
2、受剪切计算
截面有效高度：
h0=h-δc-D/2=1600-50-25/2=1538mm
受剪切承载力截面高度影响系数：
βhs=（800/1538）1/4=0.849
塔吊边至桩边的水平距离：
a1b=（ab-B-d）/2=（3.3-2.5-0.8）/2=0m
a1l=（al-B-d）/2=（3.3-2.5-0.8）/2=0m
计算截面剪跨比：
λb'=a1b/h0=0/1.538=0，取λb=0.25；
λl'=a1l/h0=0/1.538=0，取λl=0.25；
承台剪切系数：
αb=1.75/（λb+1）=1.75/（0.25+1）=1.4
αl=1.75/（λl+1）=1.75/（0.25+1）=1.4
Vmax=2072.782kN≤βhsαbftl'h0=0.849×1.4×1430×0.8×1.538=2091.914kN
Vmax=2072.782kN≤βhsαlftl'h0=0.849×1.4×1430×0.8×1.538=2091.914kN
满足要求！
3、受冲切计算
钢格构柱顶部基础承台底有角钢托板，所以无需对混凝土承台进行抗冲切验算
4、承台配筋计算
（1）、承台梁底部配筋
αS1=Mmin/（α1fcl'h02）=1171.122×106/（1.04×14.3×800×15382）=0.042
ζ1=1-（1-2αS1）0.5=1-（1-2×0.042）0.5=0.043
γS1=1-ζ1/2=1-0.043/2=0.979
AS1=Mmin/（γS1h0fy1）=1171.122×106/（0.979×1538×300）=2594mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy1）=max（0.2,45×1.43/300）=max（0.2,0.214）=0.214%
梁底需要配筋：
A1=max（AS1,ρlh0）=max（2594,0.0021×800×1538）=2640mm2
梁底部实际配筋：
AS1'=2946mm2≥AS1=2640mm2
满足要求！
（2）、承台梁上部配筋
αS2=Mmax/（α2fcl'h02）=181.424×106/（1.04×14.3×800×15382）=0.006
ζ2=1-（1-2αS2）0.5=1-（1-2×0.006）0.5=0.006
γS2=1-ζ2/2=1-0.006/2=0.997
AS1=Mmax/（γS2h0fy2）=181.424×106/（0.997×1538×360）=395mm2
最小配筋率：
ρ=max（0.2,45ft/fy2）=max（0.2,45×1.43/360）=max（0.2,0.179）=0.2%
梁上部需要配筋：
A2=max（AS2,ρl'h0）=max（395,0.002×800×1538）=2461mm2
梁上部实际配筋：
AS2'=2946mm2≥AS2=2461mm2
满足要求！
（3）、梁腰筋配筋
梁腰筋按照构造配筋4Φ18
（4）、承台梁箍筋计算
箍筋抗剪
计算截面剪跨比：
λ'=（L-20.5B）/（2h0）=（4.8-20.5×2.5）/（2×1.538）=0.411
取λ=1.5
混凝土受剪承载力：
1.75ftl'h0/（λ+1）=1.75×1.43×0.8×1.538/（1.5+1）=1.232kN
Vmax=2072.782kN>1.75ftl'h0/（λ+1）=1.232kN
nAsv1/s=4×（3.142×142/4）/180=3.421
V=2072.782kN≤0.7ftl’h0+1.25fyvh0（nAsv1/s）=0.7×1.43×800×1538+1.25×270×1538×3.421=3007.306kN
满足要求！
配箍率验算
ρsv=nAsv1/（l's）=4×（3.142×142/4）/（800×180）
=0.428%≥psv，min=0.24ft/fyv=0.24×1.43/270=0.127%
满足要求！
（5）、板底面长向配筋面积
板底需要配筋：
AS1=ρbh0=0.002×4800×1538=14765mm2
承台底长向实际配筋：
AS1'=16199mm2≥AS1=14765mm2
满足要求！
（6）、板底面短向配筋面积
板底需要配筋：
AS2=ρlh0=0.002×4800×1538=14765mm2
承台底短向实际配筋：
AS2'=16199mm2≥AS2=14765mm2
满足要求！
（7）、板顶面长向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS3'=16199mm2≥0.5AS1'=0.5×16199=8100mm2
满足要求！
（8）、板顶面短向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS4'=16199mm2≥0.5AS2'=0.5×16199=8100mm2
满足要求！
（9）、承台竖向连接筋配筋面积
承台竖向连接筋为双向Φ10@500。
七、下承台计算
基础布置
下承台长l（m）
4.5
下承台宽b（m）
4.5
下承台高度h（m）
1.5
下承台参数
下承台混凝土等级
C25
下承台混凝土自重γC（kN/m3）
10
下承台上部覆土厚度h`（m）
10
下承台上部覆土的重度γ`（kN/m3）
11
下承台混凝土保护层厚度δ（mm）
11
承台配筋
承台底部长向配筋
HPB300Φ25@200
承台底部短向配筋
HPB300Φ25@200
承台顶部长向配筋
HRB400Φ20@200
承台顶部短向配筋
HRB400Φ20@200
（1）、板底面长向配筋面积
板底需要配筋：
AS1=ρbh0=0.0015×4500×1476=9963mm2
承台底长向实际配筋：
AS1'=11536mm2≥AS1=9963mm2
满足要求！
（2）、板底面短向配筋面积
板底需要配筋：
AS2=ρlh0=0.0015×4500×1476=9963mm2
承台底短向实际配筋：
AS2'=11536mm2≥AS2=9963mm2
满足要求！
（3）、板顶面长向配筋面积
承台顶长向实际配筋：
AS3'=7383mm2≥0.5AS1'=0.5×11536=5768mm2
满足要求！
（4）、板顶面短向配筋面积
承台顶短向实际配筋：
AS4'=7383mm2≥0.5AS2'=0.5×11536=5768mm2
满足要求！
八、示意图
上承台配筋图
暗梁配筋图
桩配筋图
钻孔灌注桩详图
格构柱与承台连接详图
格构柱详图
格构柱逆作法加固图
格构柱截面图
格构柱止水片详图
柱肢安装接头详图
水平剪刀撑布置图
下承台配筋图
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