塔吊基础设计方案完整Word文档格式.docx
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《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《建筑施工安全检查标准》(JGJ59-99)
《钢结构设计手册》(第三版)
《建筑结构静力计算手册》(第二版)
D1100型、TC7050型塔吊使用说明书
第二章工程概况
本工程位于武汉市xxx,由3栋塔楼及连体地下室组成,地上9层地下3层,其中裙楼部分地下采用逆作法施工,基坑面积39800㎡,地上部分为8层。
本工程将布置6台固定塔式起重机,自由高度为70m,均不设置附墙,塔吊选型及其基础形式见下表2-1所示:
表2-1塔吊选型
塔吊编号
塔吊选型
最远端起重(t)
布置位置
基础选型
1#
D1100
14
基坑内
格构式钢结构桩基础
2#
TC7050
5
3#
TC7013
1.3
4#
3.9
5#
TC7030
3
6#
第三章相关设计参数(塔吊、桩基)
3.1塔吊基础的设计参数
本工程塔吊基础为格构柱式钢结构(或钢管柱式钢结构)与H型钢承台+钻孔灌注桩的联合基础,在设计验收中出于偏安全的考虑,将以D1100型和TC7050型为设计施工的算例进行分析,具体设计参数见表3.1-1所示:
表3.1-1塔吊基本信息参数
塔吊型号
具体参数
QTC11000
1、生产厂家:
南京中昇
2、标准节宽度(中心线):
4m*4m
3、塔吊高度:
68m
4、基础受力情况:
状态
弯矩
M(kN·
m)
水平力
Fh(kN)
垂直力
PV(kN)
扭矩
T(kN·
工况
12654.0
86.5
4016.2
1502.0
非工况
7336.3
294.7
3085.9
长沙中联
2.305m*2.305m
73m
6240
43.7
1954
797
6950
206
1700
3.2桩基设计参数
表3.2-1混凝土灌注桩设计基本信息
直径
桩长
入岩深度
桩身强度
抗压承载力
抗拔承载力
部位
1200mm
约40m
进入中风化0.6m
C45
>3600kN
>1500kN
进入中风化2m
>12000kN
>3000kN
桩身设计资料均按照本工程的工程桩设计,具体配筋见桩基施工图纸
第四章设计验算过程
4.1D1100型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009),钢结构设计规范GB50017-2003。
一.参数信息
塔吊型号:
D1100塔吊自重标准值:
Fk1=3085.90kN
起重荷载标准值:
Fqk=931.00kN塔吊最大起重力矩:
M=10745.00kN.m
塔吊计算高度:
H=68m塔身宽度:
B=4.00m
非工作状态下塔身弯矩:
M1=7336.3kN.m桩混凝土等级:
C45
保护层厚度:
50mm桩直径:
d=1.200m
桩间距:
a=5.200m桩钢筋级别:
HRB235
桩入土深度:
40.00m桩型与工艺:
泥浆护壁钻孔灌注桩
图4.1-1下部桩基础示意
承台H型钢尺寸:
HW400mm×
400mm×
13mm×
21mmQ235B,如图4.2-2所示。
图4.1-2H型钢承台(断面显示)
钢管桩尺寸:
按圆形薄壁柱进行考虑,直径630mm,壁厚16mm(计算壁厚14mm);
钢管桩之间使用直径273mm,壁厚12mm(计算壁厚10mm)进行焊接连接;
钢管桩的总高度,取16.00m;
上部焊接16mm厚的钢板,Q235B,整个塔吊底部的模型示意如图4.2-3所示。
图4.1-3塔吊钢平台整体模型(钢管桩)
二.荷载计算
1.自重荷载及起重荷载
1)塔吊自重标准值:
Fk1=3085.9kN
2)起重荷载标准值:
Fqk=931kN
3)塔吊钢平台的自重:
按Q235B考虑,容重:
7700kN/m3
2.风荷载计算
1)工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔吊所受风均布线荷载标准值(Wo=0.2kN/m2)
=0.8×
2.09×
1.79×
.69×
0.2=0.41kN/m2
=1.2×
0.41×
0.35×
4=0.69kN/m
b.塔吊所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×
H=0.69×
68.00=47.18kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×
H=0.5×
47.18×
68.00=1604.23kN.m
2)非工作状态下塔吊塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔吊所受风均布线荷载标准值(本地区Wo=0.35kN/m2)
2.16×
0.35=0.75kN/m2
0.75×
4.00=1.25kN/m
H=1.25×
68.00=85.34kN
85.34×
68.00=2901.42kN.m
3.塔吊的倾覆力矩
工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=7336.3+0.9×
(10745+1604.23)=18450.60kN.m
非工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=7336.3+2901.42=10237.72kN.m
将工作状态和非工作状态下的D1100型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.1-1所示:
整个模型的示意结合受力如图4.1-4和图4.1-5所示。
表4.1-1D1100型塔吊基基承担荷载统计
塔吊最大高度
基础承受的荷载
对角线,风荷载
倾覆力矩
工作状态
5706.92kN
47.18kN
18450.60kN.m
非工作状态
4775.92kN
85.34kN
10237.72kN.m
图4.1-4塔吊加载大小、方向示意(工作状态,对角线施加弯矩)
图4.1-5塔吊加载大小、方向示意(非工作状态,对角线施加弯矩)
三.塔吊基础钢平台整体稳定性验算
使用有限元方法,将工作状态和非工作状态下的D1100型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算,应力分布和变形分布如下图4.1-6和图4.1-7所示,相应的节点反力如表4.2-2所示,钢管桩和格构柱的受力对比如表4.1-3所示。
表4.1-2D1100型塔吊基础钢平台基底反力
节点的竖向反力(kN)
对角线节点近端
右侧节点
左侧节点
对角线节点远端
4130.046(最大)
1513.145
-1042.067(上拔力)
2861.529(最大)
1283.942
-246.145(上拔力)
表4.1-3D1100型塔吊基础钢平台两种方式的对比
格构柱
4087.767(最大)
1501.612
-1083.390(上拔力)
钢管桩
根据图4.1-6,在工作状态下的最大应力为147MPa,根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa,安全系数Fs=1.34,则计算强度应满足小于等于235÷
1.34=175MPa为稳定控制条件,显然,工作状态下的最大应力147.0MPa<175MPa,满足整体稳定控制条件。
图4.1-6工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降9.928mm,最大组合应力为147.0MPa)
图4.1-7非工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降6.692mm,最大组合应力为103.4MPa)
四.柱下桩的竖向承载力和抗拔承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)的第6.3.3和6.3.4条
D1100型塔吊在工作状态下,轴心竖向力Qk=1513.15kN;
偏向竖向力作用下,Qkmax=4130.05kN
桩基竖向承载力(压力)必须满足以下两式:
由于:
Ra=12000>
Qk=1513.15kN,所以,满足要求!
1.2Ra=14400>
Qkmax=4130.05kN,所以,抗压满足要求!
4.2TC7050型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书
塔吊型号:
TC7050塔机自重标准值:
Fk1=1700.00kN
Fqk=254.00kN塔吊最大起重力矩:
M=5617.00kN.m
塔吊计算高度:
H=73m塔身宽度:
B=2.31m
非工作状态下塔身弯矩:
M1=6950kN.m桩混凝土等级:
a=3.500m桩钢筋级别:
HPB335
40.00m桩型与工艺:
泥浆护壁钻孔灌注桩,
图4.2-1下部桩基础示意
图4.2-2H型钢承台(断面显示)
上部焊接16mm厚的钢板,Q235B,整个塔吊底部的模型示意如图4.3-3所示。
图4.2-3塔吊钢平台整体模型(钢管桩)
Fk1=1700kN
Fqk=254kN
2.31=0.40kN/m
H=0.40×
73.00=29.25kN
29.25×
73.00=1067.69kN.m
2.31=0.72kN/m
H=0.72×
73.00=52.91kN
52.91×
73.00=1931.04kN.m
Mk=6950+0.9×
(5617+1067.69)=12966.22kN.m
Mk=6950+1931.04=8881.04kN.m
将工作状态和非工作状态下的TC7050型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.2-1所示:
整个模型的示意结合受力如图4.2-4和图4.2-5所示。
表4.2-1TC7050型塔吊基基承担荷载统计
2764kN
29.25kN
12966.22kN.m
2510kN
52.91kN
8881.04kN.m
图4.2-4塔吊加载大小、方向示意(工作状态,对角线施加弯矩)
图4.2-5塔吊加载大小、方向示意(非工作状态,对角线施加弯矩)
使用有限元方法,将工作状态和非工作状态下的TC7050型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算,应力分布和变形分布如下图4.2-6和图4.2-7所示,相应的节点反力如表4.2-2所示。
表4.2-2TC7050型塔吊基础钢平台基底反力
3450.647(最大)
752.306.
-1867.777(上拔力)
2645.603(最大)
690.419
-1192.961(上拔力)
根据图4.2-6,在工作状态下的最大应力为126.61MPa,根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa,安全系数Fs=1.34,则计算强度应满足小于等于235÷
1.34=175MPa为稳定控制条件,显然,工作状态下的最大应力126.61MPa<175MPa,满足整体稳定控制条件。
图4.2-6工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降8.200mm,最大组合应力为126.61MPa)
图4.2-7非工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降6.134mm,最大组合应力为98.00MPa)
TC7050型塔吊在工作状态下,轴心竖向力Qk=752.306kN;
偏向竖向力作用下,Qkmax=3450.647kN
Qk=752.306kN,所以,满足要求!
Qkmax=3450.647kN,所以,抗压满足要求!
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)的第6.3.5条
偏向竖向力(上拔力)作用下,Qkmin=-1867.777kN
Ra=3000>
Qkmin=1867.777kN,
所以,钢管桩的抗拔承载力满足要求!
4.3TC7030型塔吊使用钢管桩+H型钢的钢结构组合基础计算书
塔吊型号:
TC7030塔机自重标准值:
Fk1=1004.00kN
Fqk=120.00kN塔吊最大起重力矩:
M=3116.00kN.m
H=51.7m塔身宽度:
B=2.00m
M1=4092kN.m桩混凝土等级:
C45
a=3.100m桩钢筋级别:
图4.3-1下部桩基础示意
21mmQ235B,如图4.3-2所示。
图4.3-2H型钢承台(断面显示)
图4.3-3塔吊钢平台整体模型(钢管桩)
Fk1=1004kN
Fqk=120kN
2=0.35kN/m
H=0.35×
51.7=17.94kN
17.94×
51.7=463.66kN.m
2=0.63kN/m
H=0.63×
51.7=32.44kN
32.44×
51.7=838.58kN.m
Mk=4092+0.9×
(3116+463.66)=7313.69kN.m
Mk=4092+838.58=4930.58kN.m
将工作状态和非工作状态下的TC7030型塔吊基础承受的荷载列表总结如表4.3-1所示:
整个模型的示意结合受力如图4.3-4和图4.3-5所示。
表4.3-1TC7030型塔吊基基承担荷载统计
1764kN
17.94kN
7313.69kN.m
1644kN
32.44kN
4930.58kN.m
图4.3-4塔吊加载大小、方向示意(工作状态,对角线施加弯矩)
图4.3-5塔吊加载大小、方向示意(非工作状态,对角线施加弯矩)
使用有限元方法,将工作状态和非工作状态下的TC7030型塔吊基础钢平台的整体稳定性进行验算,应力分布和变形分布如下图4.3-6和图4.3-7所示,相应的节点反力如表4.3-2所示。
表4.3-2TC7030型塔吊基础钢平台基底反力
对角线节点
近端
右侧节点
远端
2221.782(最大)
503.582
-1158.741(上拔力)
1708.234(最大)
474.403
-706.832(上拔力)
根据图4.3-6,在工作状态下的最大应力为82.49MPa,根据Q235B的钢材许用应力[σs]=235MPa,安全系数Fs=1.34,则计算强度应满足小于等于235÷
1.34=175MPa为稳定控制条件,显然,工作状态下的最大应力82.49MPa<175MPa,满足整体稳定控制条件。
图4.3-6工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降5.213mm,最大组合应力为82.49MPa)
图4.3-7非工作状态下的整体模型变形(左)与应力(右)分布(最大沉降3.893mm,最大组合应力为63.93MPa)
TC7030型塔吊在工作状态下,轴心竖向力Qk=503.582kN;
偏向竖向力作用下,Qkmax=2221.782kN
Qk=503.582kN,所以,满足要求!
Qkmax=2221.782kN,所以,抗压满足要求!
偏向竖向力(上拔力)作用下,Qkmin=-1158.741kN
Ra