商业区不同格构柱长度塔吊基础的计算书

'ST55/13塔吊基础的计算书1.土层参数2.塔吊基础计算说明本计算书计算内容为大基坑两种格构柱长度的塔吊，考虑按照格构柱的工程桩φ800，桩长24.0m；格构柱截面460×460，采用4L160×16×16，格构柱长度21.00m，缀板尺寸440×300×12，格构柱支撑双拼140×10×10角钢；承台5600×5600×1350的最不利参数计算，如能满足，则格构柱长度21.00m也能18 满足。3.塔吊承台计算3.1.参数信息塔吊型号:ST55/13,自重(包括压重)F1=539.22kN,最大起重荷载F2=60.00kN塔吊倾覆力距M=1806.00kN.m,塔吊起重高度H=15.00m,塔身宽度B=1.6m混凝土强度:C30,钢筋级别:Ⅰ级,承台长度Lc或宽度Bc=5.60m桩直径或方桩边长d=0.80m,桩心距a=4.00m,承台厚度Hc=1.35m基础埋深D=0.00m,承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:50mm3.2.塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算1.塔吊自重(包括压重)F1=539.22kN2.塔吊最大起重荷载F2=60.00kN作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×539.22=647.06kN塔吊的倾覆力矩M=1.4×1806.00=2528.40kN.m3.3.矩形承台弯矩的计算计算简图：图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。1.桩顶竖向力的计算(依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）18 其中n──单桩个数，n=4；F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=1.2×539.22=647.06kN；G──桩基承台的自重，G=1.2×（25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×D)=1270.08kN；Mx,My──承台底面的弯矩设计值(kN.m)；xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:最大压力：Nkmax=Fk/4+(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1917.14/4+(2528.40×4.0×20.5)/[2×(4×20.5)2]=1018.82kN；最小压力：Nkmin=Fk/4-(Mkmax×a×2-0.5)/(2×(a×2-0.5)2)=1917.14/4-(2528.40×4.0×20.5)/[2×(4×20.5)2]=-60.24kN；2.矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）其中Mx1,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)；xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n。经过计算得到弯矩设计值：N=(647.06+1270.08)/4+2528.40×2.0/（4×2.02）=795.34kNMx1=My1=2×(795.34-1270.08/4)×[（4-1.6）/2]=1060.37kN.m3.4.矩形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。式中1──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，18 1取为0.94,期间按线性内插法确定；fc──混凝土抗压强度设计值；h0──承台的计算高度。fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2。经过计算得承台底面配筋s=1060.37×106/(1.00×14.3×5600.00×1300.002)=0.0078=1-(1-2×0.0078)0.5=0.0078s=1-0.0078/2=0.996Asx=Asy=1060.37×106/(0.996×1300×300.00)=2730mm2。由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:1350×5600×0.15%=11340mm2；建议配筋值：HRB335钢筋，25@200。承台底面单向根数28根。实际配筋值13738mm2。3.5.矩形承台截面抗剪切计算依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）。根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，记为V=1018.82kN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：1.0×V≤0.2×14.3×5600×1300+1.25×210×0.24×1300V≤2082.08+85.72=2167.80其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；──剪切系数,=0.20；fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=5600mm；h0──承台计算截面处的计算高度，h0=1300mm；fy──钢筋受拉强度设计值，fy=210N/mm2；S──箍筋的间距，S=200mm。经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋!8@2004.桩基验算4.1.桩承载力验算桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）18 根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1018.82kN桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.3N/mm2；A──桩的截面面积，A=0.503m2。经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,受压钢筋只需构造配筋!受拉承载力计算，最大拉力N=1409.03kN经过计算得到受拉钢筋截面面积A"s=6709.68mm2。综上所述,全部纵向钢筋采用构造配筋且配筋面积不能小于6709.68mm24.2.桩竖向极限承载力验算及桩长计算桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）根据第二步的计算方案可以得到桩的轴向压力设计值，取其中最大值N=1018.82kN桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：最大压力:其中R──最大极限承载力；Qsk──单桩总极限侧阻力标准值:Qpk──单桩总极限端阻力标准值:Qck──相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值:qck──承台底1/2承台宽度深度范围(≤5m)内地基土极限阻力标准值；s,p──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数；c──承台底土阻力群桩效应系数；按下式取值：18 s,p,c──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，承台底土阻抗力分项系数；qsk──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，按下表取值；qpk──极限端阻力标准值，按下表取值；u──桩身的周长，u=2.513m；Ap──桩端面积,取Ap=0.50m2；li──第i层土层的厚度,取值如下表；厚度及侧阻力标准值表如下: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13.86600粘性土211.5750粉土或砂土325.31903000粉土或砂土419.72902500粉土或砂土由于桩的入土深度为24m,所以桩端是在第3层土层。最大压力验算:R=2.51×(3.86×60×.8+11.5×75×1.2+8.64×90×1.2)/1.67+1.26×3000.00×0.50/1.67+0.36×420.00/1.65=4469.30kN上式计算的R值大于等于最大压力1946.93kN,所以满足要求!4.3.桩抗拔承载力验算桩抗拔承载力验算依据《建筑桩基础技术规范》（JGJ94—2008）桩抗拔承载力应满足下列要求:其中:式中Uk──基桩抗拔极限承载力标准值；i──抗拔系数；解得:18 Ugk=11.6×(3.86×60×.75+11.5×75×.7+8.64×90×.7)/4=3833.13kNGgp=11.6×24×22/4=1531.20kNUk=2.51×(3.86×60×.75+11.5×75×.7+8.64×90×.7)=3321.97kNGp=2.51×24×25=1507.96kN由于:3833.13/1.67+1531.20>=1409.03满足要求!由于:3321.97/1.67+1507.96>=1409.满足要求!4.4.桩身砼强度桩身混凝土强度应满足桩的承载力设计要求。桩轴心受压时Q=1018.82kN<4002×3.14×14.3×0.6=4310.59kN；满足要求！式中——工作条件系数，预制桩取0.75，灌注桩取0.6～0.7；——混凝土轴心抗压强度设计值；p——桩身横截面积；——相应于载荷效应基本组合时的单桩竖向力设计值。4.5.塔身对承台冲切=451.8kN；=0.84/（0.35+0.2）=1.52；=0.84/（0.35+0.2）=1.52；Fl=451.8<2×[1.52×（1.6+0.175）+1.52×（1.6+0.175）]×0.9×1710×0.5=4152kN；满足要求！式中——扣除承台及其上填土自重，作用在冲切破坏锥体上相应于载荷效应基本组合的冲切力设计值；——冲切破坏锥体的有效高度；——受冲切承载力截面高度影响系数；18 ——冲切系数；——冲跨比，、，为柱边至桩边的水平距离；——柱根部轴力设计值；——冲切破坏锥体范围内各桩的净反力设计值之和。4.6.角桩对承台冲切=0.56/(0.3+0.2)=1.12；=0.56/(0.1+0.2)=1.87；Nl=1790.9kN<[1.12×(0.95+0.45/2)+1.87×(0.75+0.25/2)]×0.9×1710×0.5=2272kN；满足要求！式中——扣除承台和其上填土自重后的角桩桩顶相应于载荷效应基本组合时的竖向力设计值；——角桩冲切系数；——角桩冲跨比，其值满足0.2～1.0，、；——从承台底角桩内边缘引45°冲切线至承台顶面相交点至角桩内边缘的水平距离；——承台边缘有效高度。5.桩式基础格构柱计算（460×460）依据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。5.1.格构柱截面的力学特性格构柱的截面尺寸为0.46×0.46m；主肢选用:16号角钢b×d×r=160×16×16mm；缀板选用(m×m):0.44×0.3018 主肢的截面力学参数为A0=49.07cm2，Z0=4.55cm，Ix0=1175.08cm4，Iy0=1175.08cm4；格构柱截面示意图格构柱的y-y轴截面总惯性矩：格构柱的x-x轴截面总惯性矩：经过计算得到：Ix=4×[1175.08+49.07×(46/2-4.55)2]=71514.52cm4；Iy=4×[1175.08+49.07×(46/2-4.55)2]=71514.52cm4；5.2.格构柱的长细比计算格构柱主肢的长细比计算公式：其中H──格构柱的总高度，取21.00m；I──格构柱的截面惯性矩，取,Ix=71514.52cm4，Iy=71514.52cm4；A0──一个主肢的截面面积，取49.07cm2。经过计算得到x=110.02,y=110.02。格构柱分肢对最小刚度轴1-1的长细比计算公式:其中b──缀板厚度，取b=0.44m。18 h──缀板长度，取h=0.30m。a1──格构架截面长，取a1=0.46m。经过计算得i1=[(0.442+0.302)/48+5×0.462/8]0.5=0.37m。1=21.00/0.37=56.76。换算长细比计算公式：经过计算得到kx=123.80,ky=123.80。5.3.格构柱的整体稳定性计算格构柱在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式：其中N──轴心压力的计算值(kN)；取N=1018.82kN；A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×49.07cm2；──轴心受压构件弯矩作用平面内的稳定系数；根据换算长细比0x=123.80,0y=123.80,查《钢结构设计规范》得到x=0.417,y=0.417。经过计算得到X方向的强度值为124.48N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!Y方向的强度值为124.48N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!5.4.四根格构柱的整体稳定性计算格构柱的截面尺寸为2.1×2.5m；格构选用:16号角钢b×d×r=160×16×16mm，截面为460×460；缀条选用:双拼14号角钢b×d×r=140×10×10mm；格构的截面力学参数为A0=196.28cm2，Z0=27.5cm，Ix0=cm4，Iy0=cm4；格构柱的y-y轴截面总惯性矩：格构柱的x-x轴截面总惯性矩：18 经过计算得到：Ix=4×[+196.27×(210/2-27.5)2]=cm4；Iy=4×[+196.27×(250/2-27.5)2]=cm4；格构柱的长细比计算公式：其中H──格构柱的总高度，取21.00m；I──四根格构柱的截面惯性矩，取,Ix=cm4，Iy=cm4；A0──一个格构的截面面积，取196.28cm2。经过计算得到x=29.6,y=23.9。单个格构柱对最小刚度轴1-1的长细比计算公式:其中b──缀条厚度，取b=2.1m。h──缀板长度，取h=3.0m。a1──格构架截面长，取a1=2.1m。经过计算得i1=[(2.12+3.02)/48+5×2.12/8]0.5=1.7m。1=24.00/1.7=14.1。换算长细比计算公式：经过计算得到kx=32.8,ky=27.7。四根格构柱在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式：N/φxA+βmxMx/γxW1x(1-0.8N/N′Ex)≤f其中N──所计算构件段范围内的轴心压力，取451.8kN；φx──弯距作用平面内的轴心受压构件稳定系数，取0.926/0.944；A──构件截面面积，取4×196.27cm2；βmx──等效弯距系数，取1.0；Mx──所计算构件段范围内的最大弯距，取4982.6kN.m；18 γx──对主轴x、y的截面塑性发展系数，取1.0；W1x──在弯距作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量，取mm3；N′Ex──参数，N′Ex=π2EA/（1.1λx2）=/；根据换算长细比0x=32.8,0y=27.7,查《钢结构设计规范》得到x=0.926,y=0.944。经过计算得到X方向的强度值为129.4N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!Y方向的强度值为127.2N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!5.5.钢格构柱截面设计1.钢格构柱净截面面积应该下式初步估计：式中——相应于荷载效应基本组合时单根钢格构柱顶所受的最大竖向力设计值(kN)；——钢材许用应力；——受压构件的稳定系数，由查表确定；——钢格构柱长细比，可按以下方法初步确定：当kN时，取；kN时，取。A——钢格构柱净截面面积。Nmax=[1.2×(376.5)/4]+1.4×3559/（1.414×2.1）=1791kN；A=1791×1000/0.688×215=12108mm2。初步估算A≥121.08cm2，根据现场实际情况与仓库储备选用4L160×16×16，A实=196.27cm2，所选截面满足初步估算要求。2.初步选定格构柱单肢截面后，需按下式进行验算：式中l——钢格构柱的计算长度；18 i——钢格构柱截面的回转半径；——容许长细比，此处取＝150。λ=24000/234.5=102<[λ]=150，满足验算要求。σ=1791×1000/0.554×19627=164.7N/mm2〈[σ]=215N/mm2，单肢截面满足强度要求。5.6.四根格构柱的支撑设计1.格构柱截面剪力按下式计算：式中A——钢格构柱毛截面积之和；——钢材抗拉、抗压、抗弯设计值；——钢材屈服强度。V=（19627×215/85）×1.0=49.64kN。2.支撑内力按下式计算：三角支撑式中a——斜支撑的倾斜角度。Nd=49.64/2×sina41°=37.61kN。3.支撑面积按下式计算：Adj=37.61×1000/0.85×215=206mm2，根据现场实际情况与仓库储备选用双拼L140×10×10，Adj实=27.37×2=54.74cm2，所选截面满足初步计算要求。4.按下式验算支撑的刚度与稳定性：式中——许用应力折减系数；时，；时，，中间按直线插值法计算。λ=0.9×4600/59.8=69.2<[λ]=150，满足验算要求。18 σ=37.61×1000/0.756×5474=9.1N/mm2〈[σ]=215N/mm2，支撑满足强度要求。5.考虑塔吊外力影响Fh、T两种荷载同时作用。工况作用下Fh=18.5kN，T=300kN.m；非工况作用下Fh=74.7kN，T=0。工况Nd=18.5/2+300/1.5/2=109.25kN，非工况Nd=74.7/2=37.35KN；取工况状态Nd，同时与剪力V叠加计算。σ=（37.61+109.25）×1000/0.756×5474=35.5N/mm2〈[σ]=215N/mm2，支撑满足强度要求。5.7.单个格构柱的缀板设计1.缀板内力按下式计算：式中——相邻缀板中心线间的距离；——柱肢轴线间的距离。Fb=49.64×1000×650/2×464.40=34.74kN。2.缀板与柱肢连接处的弯矩按下式计算：Mb=34.74×1000×650/4=5.65kN·m3.缀板强度按下式进行验算式中——缀板截面边缘纤维处的截面模数；——缀板的宽度和厚度。σ=5.65×/73500=76.9<[σ]=215N/mm2，满足强度要求。τ=1.5×34.74×1000/300×10=17.4N/mm2<[σ]=125N/mm2，满足剪力要求。18 5.8.缀条或缀条与柱肢的连接焊缝计算1.轴向力作用下的对接直平焊缝应按下式验算：式中——连接构件的最小厚度；——焊缝计算长度；无用引弧板时，板宽减10mm；σh=34.74×1000/140×10=24.8N/mm2<[σh]=215N/mm2，焊缝满足强度要求。2.轴向力作用下的对接斜接焊缝应按下式验算：式中——斜焊缝与构件轴线的夹角。σh=34.74×1000×sina41°/300×10=7.6N/mm2<[σh]=215N/mm2，焊缝满足强度要求。τ=34.74×1000×cos41°/300×10=36.7N/mm2<[τ]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。3.轴向力作用下的贴角焊缝应按下式验算：式中——贴角焊缝的较小厚度；——连接一侧的焊缝计算长度之和τh=34.74×1000/0.7×10×300=16.5N/mm2<[τh]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。4.受弯矩和剪力共同作用的对接焊缝或K焊缝应按下式验算：式中——作用在焊缝计算截面上的弯矩和剪力；——焊缝计算截面的惯性矩；18 ——焊缝截面计算点对中性轴的截面模数；——焊缝截面中性轴以上部分的静矩；——焊缝的计算厚度；——焊缝计算长度。σh=6×34.74×1000×80/10×1402=85.1N/mm2<[σh]=215N/mm2，焊缝满足强度要求。τh=49.64×1000×/×10=35.4N/mm2<[τh]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。5.受弯矩和剪力共同作用的贴角焊缝应按下式验算：式中——焊缝边缘对中性轴的截面模数；——焊缝计算截面的面积，Af=2×0.7×10×160=2240mm2；τh=√（34.74×1000×80/32667）2+（49.64×1000/2240）2=87.9N/mm2<[τ]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。5.9.斜对撑与格构柱肢的连接焊缝计算1.轴向力作用下的对接直平焊缝应按下式验算：式中——连接构件的最小厚度；——焊缝计算长度；无用引弧板时，板宽减10mm；σh=146.86×1000/140×10=104.9N/mm2<[σh]=215N/mm2，焊缝满足强度要求。2.轴向力作用下的对接斜接焊缝应按下式验算：式中——斜焊缝与构件轴线的夹角。σh=146.86×1000×sina41°/140×10=69.2N/mm2<[σh]=215N/mm218 ，焊缝满足强度要求。τ=146.86×1000×cos41°/140×10=78.7N/mm2<[τ]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。3.轴向力作用下的贴角焊缝应按下式验算：式中——贴角焊缝的较小厚度；——连接一侧的焊缝计算长度之和τh=146.86×1000/0.7×10×300=69.9N/mm2<[τh]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。5.10.格构柱顶钢托板的连接焊缝计算1.轴向力作用下的对接直平焊缝应按下式验算：式中——连接构件的最小厚度；——焊缝计算长度；无用引弧板时，板宽减10mm；σh=1946.93×1000/1280×14=108.6N/mm2<[σh]=215N/mm2，焊缝满足强度要求。2.轴向力作用下的贴角焊缝应按下式验算：式中——贴角焊缝的较小厚度；——连接一侧的焊缝计算长度之和τh=74.7×1000/0.7×8×640=20.8N/mm2<[τh]=125N/mm2，焊缝满足剪力要求。5.11.格构插入桩深度逆作钢格构柱插入工程桩的长度应按下式计算：h0=500>451.8×1000/0.7×2.2×1710=172mm；满足要求！式中——逆作钢格构单肢插入桩基的每延米表面积。18 18'