矩形格构式基础计算书品茗版计算书.docx
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矩形格构式基础计算书品茗版计算书
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
QTZ60(浙江建机)
塔机独立状态的最大起吊高度H0(m)
40
塔机独立状态的计算高度H(m)
43
塔身桁架结构
圆钢管
塔身桁架结构宽度B(m)
1.6
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)
251
起重臂自重G1(kN)
37.4
起重臂重心至塔身中心距离RG1(m)
22
小车和吊钩自重G2(kN)
3.8
小车最小工作幅度RG2(m)
0
最大起重荷载Qmax(kN)
60
最大起重荷载至塔身中心相应的最大距离RQmax(m)
11.5
最小起重荷载Qmin(kN)
10
最大吊物幅度RQmin(m)
50
最大起重力矩M2(kN·m)
Max[60×11.5,10×50]=690
平衡臂自重G3(kN)
19.8
平衡臂重心至塔身中心距离RG3(m)
6.3
平衡块自重G4(kN)
89.4
平衡块重心至塔身中心距离RG4(m)
11.8
2、风荷载标准值ωk(kN/m2)
工程所在地
浙江杭州市
基本风压ω0(kN/m2)
工作状态
0.2
非工作状态
0.45
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
1.586
非工作状态
1.643
风压等效高度变化系数μz
1.297
风荷载体型系数μs
工作状态
1.793
非工作状态
1.611
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
0.8×1.2×1.586×1.793×1.297×0.2=0.708
非工作状态
0.8×1.2×1.643×1.611×1.297×0.45=1.483
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)
251+37.4+3.8+19.8+89.4=401.4
起重荷载标准值Fqk(kN)
60
竖向荷载标准值Fk(kN)
401.4+60=461.4
水平荷载标准值Fvk(kN)
0.708×0.35×1.6×43=17.049
倾覆力矩标准值Mk(kN·m)
37.4×22+3.8×11.5-19.8×6.3-89.4×11.8+0.9×(690+0.5×17.049×43)=637.738
非工作状态
竖向荷载标准值Fk'(kN)
Fk1=401.4
水平荷载标准值Fvk'(kN)
1.483×0.35×1.6×43=35.711
倾覆力矩标准值Mk'(kN·m)
37.4×22+3.8×0-19.8×6.3-89.4×11.8+0.5×35.711×43=410.926
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=1.2×401.4=481.68
起重荷载设计值FQ(kN)
1.4FQk=1.4×60=84
竖向荷载设计值F(kN)
481.68+84=565.68
水平荷载设计值Fv(kN)
1.4Fvk=1.4×17.049=23.869
倾覆力矩设计值M(kN·m)
1.2×(37.4×22+3.8×11.5-19.8×6.3-89.4×11.8)+1.4×0.9×(690+0.5×17.049×43)=955.465
非工作状态
竖向荷载设计值F'(kN)
1.2Fk'=1.2×401.4=481.68
水平荷载设计值Fv'(kN)
1.4Fvk'=1.4×35.711=49.995
倾覆力矩设计值M'(kN·m)
1.2×(37.4×22+3.8×0-19.8×6.3-89.4×11.8)+1.4×0.5×35.711×43=646.669
三、桩顶作用效应计算
承台布置
桩数n
4
承台高度h(m)
1.2
承台长l(m)
4.8
承台宽b(m)
4.8
承台长向桩心距al(m)
3.6
承台宽向桩心距ab(m)
3.6
桩直径d(m)
0.8
承台参数
承台混凝土等级
C25
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
否
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×(1.2×25+0×19)=691.2kN
承台及其上土的自重荷载设计值:
G=1.2Gk=1.2×691.2=829.44kN
桩对角线距离:
L=(ab2+al2)0.5=(3.62+3.62)0.5=5.091m
1、荷载效应标准组合
轴心竖向力作用下:
Qk=(Fk+Gk+Gp2)/n=(461.4+691.2+20)/4=293.15kN
荷载效应标准组合偏心竖向力作用下:
Qkmax=(Fk+Gk+Gp2)/n+(Mk+FVkh)/L
=(461.4+691.2+20)/4+(637.738+17.049×1.2)/5.091=422.432kN
Qkmin=(Fk+Gk+Gp2)/n-(Mk+FVkh)/L
=(461.4+691.2+20)/4-(637.738+17.049×1.2)/5.091=163.868kN
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
=(565.68+829.44+1.35×20)/4+(955.465+23.869×1.2)/5.091=548.827kN
Qmin=(F+G+1.35×Gp2)/n-(M+Fvh)/L
=(565.68+829.44+1.35×20)/4-(955.465+23.869×1.2)/5.091=162.233kN
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)
460
格构式钢柱长度H0(m)
11.3
缀板间净距l01(mm)
310
格构柱伸入灌注桩的锚固长度(m)
5
格构柱分肢参数
格构柱分肢材料
L100X14
分肢材料截面积A0(cm2)
26.26
分肢对最小刚度轴的回转半径iy0(cm)
1.94
格构柱分肢平行于对称轴惯性矩I0(cm4)
236.53
分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0(cm)
2.99
分肢材料屈服强度fy(N/mm2)
215
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)
464
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×[236.53+26.26×(46.00/2-2.99)2]=43004.147cm4
整个构件长细比:
λx=λy=H0/(I/(4A0))0.5=1130/(43004.147/(4×26.26))0.5=55.847
分肢长细比:
λ1=l01/iy0=31.00/1.94=15.979
分肢毛截面积之和:
A=4A0=4×26.26×102=10504mm2
格构式钢柱绕两主轴的换算长细比:
λ0max=(λx2+λ12)0.5=(55.8472+15.9792)0.5=58.088
λ0max=58.088≤[λ]=150
满足要求!
2、格构式钢柱分肢的长细比验算
λ1=15.979≤min(0.5λ0max,40)=min(0.5×58.088,40)=29.044
满足要求!
3、格构式钢柱受压稳定性验算
λ0max(fy/235)0.5=58.088×(215/235)0.5=55.561
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=0.828
Qmax/(φA)=548.827×103/(0.828×10504)=63.103N/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=10504×215×10-3×(215/235)0.5/85=25.413kN
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=25.413×0.61/4=3.876kN·m
分肢型钢形心轴之间距离:
b1=a-2Z0=0.46-2×0.0299=0.4m
作用在一侧缀板上的剪力:
V0=Vl1/(2·b1)=25.413×0.61/(2×0.4)=19.368kN
σ=M0/(bh2/6)=3.876×106/(20×3002/6)=12.918N/mm2≤f=215N/mm2
满足要求!
τ=3V0/(2bh)=3×19.368×103/(2×20×300)=4.842N/mm2≤τ=125N/mm2
满足要求!
角焊缝面积:
Af=0.7hflf=0.8×10×464=3248mm2
角焊缝截面抵抗矩:
Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×4642/6=251179mm3
垂直于角焊缝长度方向应力:
σf=M0/Wf=3.876×106/251179=15N/mm2
平行于角焊缝长度方向剪应力:
τf=V0/Af=19.368×103/3248=6N/mm2
((σf/1.22)2+τf2)0.5=((15/1.22)2+62)0.5=14N/mm2≤ftw=160N/mm2
满足要求!
根据缀板的构造要求
缀板高度:
300mm≥2/3b1=2/3×0.4×1000=267mm
满足要求!
缀板厚度:
20mm≥max[1/40b1,6]=max[1/40×0.4×1000,6]=10mm
满足要求!
缀板间距:
l1=610mm≤2b1=2×0.4×1000=800mm
满足要求!
线刚度:
∑缀板/分肢=4×20×3003/(12×(460-2×29.9))/(236.53×104/610)=115.995≥6
满足要求!
五、桩承载力验算
桩参数
桩混凝土强度等级
C25
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)
22
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
HRB33512Φ16
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
否
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
13
5
100
0.7
-
粘性土
7.4
24
340
0.7
-
素填土
10
18
200
0.7
-
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
Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap
=2.513×(5.8×5+7.4×24+3.1×18)+200×0.503=760.014kN
Qk=293.15kN≤Ra=760.014kN
Qkmax=422.432kN≤1.2Ra=1.2×760.014=912.017kN
满足要求!
2、桩基竖向抗拔承载力计算
Qkmin=163.868kN≥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=12×3.142×162/4=2413mm2
(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=548.827kN
ψcfcAp+0.9fy'As'=(0.75×12×0.503×106+0.9×(300×2412.743))×10-3=5210.017kN
Q=548.827kN≤ψcfcAp+0.9fy'As'=5210.017kN
满足要求!
(2)、轴心受拔桩桩身承载力
Qkmin=163.868kN≥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%=(2412.743/(0.503×106))×100%=0.48%≥0.45%
满足要求!
六、承台计算
承台配筋
承台底部长向配筋
RRB400Φ25@200
承台底部短向配筋
RRB400Φ25@200
承台顶部长向配筋
HRB335Φ18@200
承台顶部短向配筋
HRB335Φ18@200
1、荷载计算
承台有效高度:
h0=1200-50-25/2=1138mm
M=(Qmax+Qmin)L/2=(548.827+(162.233))×5.091/2=1810.063kN·m
X方向:
Mx=Mab/L=1810.063×3.6/5.091=1279.908kN·m
Y方向:
My=Mal/L=1810.063×3.6/5.091=1279.908kN·m
2、受剪切计算
V=F/n+M/L=565.68/4+955.465/5.091=329.091kN
受剪切承载力截面高度影响系数:
βhs=(800/1138)1/4=0.916
塔吊边缘至角桩内边缘的水平距离:
a1b=(ab-B-d)/2=(3.6-1.6-0.8)/2=0.6m
a1l=(al-B-d)/2=(3.6-1.6-0.8)/2=0.6m
剪跨比:
λb'=a1b/h0=600/1138=0.527,取λb=0.527;
λl'=a1l/h0=600/1138=0.527,取λl=0.527;
承台剪切系数:
αb=1.75/(λb+1)=1.75/(0.527+1)=1.146
αl=1.75/(λl+1)=1.75/(0.527+1)=1.146
βhsαbftbh0=0.916×1.146×1.27×103×4.8×1.138=7278.715kN
βhsαlftlh0=0.916×1.146×1.27×103×4.8×1.138=7278.715kN
V=329.091kN≤min(βhsαbftbh0,βhsαlftlh0)=7278.715kN
满足要求!
3、受冲切计算
塔吊对承台底的冲切范围:
B+2h0=1.6+2×1.138=3.876m
ab=3.6m≤B+2h0=3.876m,al=3.6m≤B+2h0=3.876m
角桩位于冲切椎体以内,可不进行角桩冲切的承载力验算!
4、承台配筋计算
(1)、承台底面长向配筋面积
αS1=My/(α1fcbh02)=1279.908×106/(1.05×11.9×4800×11382)=0.016
ζ1=1-(1-2αS1)0.5=1-(1-2×0.016)0.5=0.017
γS1=1-ζ1/2=1-0.017/2=0.992
AS1=My/(γS1h0fy1)=1279.908×106/(0.992×1138×360)=3151mm2
最小配筋率:
ρ=max(0.2,45ft/fy1)=max(0.2,45×1.27/360)=max(0.2,0.159)=0.2%
梁底需要配筋:
A1=max(AS1,ρbh0)=max(3151,0.002×4800×1138)=10925mm2
承台底长向实际配筋:
AS1'=12272mm2≥A1=10925mm2
满足要求!
(2)、承台底面短向配筋面积
αS2=Mx/(α2fcbh02)=1279.908×106/(1.05×11.9×4800×11382)=0.016
ζ2=1-(1-2αS2)0.5=1-(1-2×0.016)0.5=0.017
γS2=1-ζ2/2=1-0.017/2=0.992
AS2=Mx/(γS2h0fy1)=1279.908×106/(0.992×1138×360)=3151mm2
最小配筋率:
ρ=max(0.2,45ft/fy1)=max(0.2,45×1.27/360)=max(0.2,0.159)=0.2%
梁底需要配筋:
A2=max(9674,ρlh0)=max(9674,0.002×4800×1138)=10925mm2
承台底短向实际配筋:
AS2'=12272mm2≥A2=10925mm2
满足要求!
(3)、承台顶面长向配筋面积
承台顶长向实际配筋:
AS3'=6362mm2≥0.5AS1'=0.5×12272=6136mm2
满足要求!
(4)、承台顶面短向配筋面积
承台顶长向实际配筋:
AS4'=6362mm2≥0.5AS2'=0.5×12272=6136mm2
满足要求!
(5)、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
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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