A标段塔吊基础设计修正.docx
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A标段塔吊基础设计修正
五、塔吊设计计算
1、采用灌注桩+钢格构柱基础设计计算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)。
从桩顶标高算起的第一道附墙高度为28m,塔吊计算高度取40m
一.参数信息
塔吊型号:
QTZ80A(ZJ5710)塔机自重标准值:
Fk1=643.81kN
起重荷载标准值:
Fqk=60.00kN塔吊最大起重力矩:
M=1000.00kN.m
塔吊计算高度:
H=40.0m塔身宽度:
B=1.60m
非工作状态下塔身弯矩:
M1=-356.86kN.m桩混凝土等级:
C35
桩直径:
d=0.800m桩间距:
a=1.600m桩钢筋级别:
HRB335桩入土深度:
17.60m桩型与工艺:
大直径灌注桩(清底干净)
计算简图如下:
二.荷载计算
1.自重荷载及起重荷载
1)塔机自重标准值
Fk1=643.81kN
2)钢平台自重
Gk=0.22kN
3)起重荷载标准值
Fqk=60kN
2.风荷载计算
1)工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值(Wo=0.2kN/m2)
=0.8×1.49×1.95×1.73×0.2=0.80kN/m2
=1.2×0.80×0.35×1.6=0.54kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=0.54×40.00=21.62kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×21.62×40.00=432.36kN.m
2)非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值(本地区Wo=0.80kN/m2)
=0.8×1.58×1.95×1.73×0.80=3.41kN/m2
=1.2×3.41×0.35×1.60=2.29kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=2.29×40.00=91.70kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×91.70×40.00=1833.91kN.m
3.塔机的倾覆力矩
工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=-356.86+0.9×(1000+432.36)=932.26kN.m
非工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=-356.86+1833.91=1477.05kN.m
三.桩竖向力计算
非工作状态下:
Qk=(Fk+Gk)/n=(643.81+0.00)/4=160.95kN
Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(643.81+0.22)/4+(1477.05+91.70×0.00)/2.26=813.82kN
Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(643.81+0.22-160)/4-(1477.05+91.70×0.00)/2.26=-531.91kN
工作状态下:
Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=(643.81+0.00+60)/4=175.95kN
Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(643.81+0.22+60)/4+(932.26+21.62×0.00)/2.26=588.02kN
Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(643.81+0.22+60-160)/4-(932.26+21.62×0.00)/2.26=-276.12kN
四.桩身承载力验算
桩身承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-2008)的第5.8.2条
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=1.35×813.82=1098.66kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式:
其中
c──基桩成桩工艺系数,取0.75
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.7N/mm2;
Aps──桩身截面面积,Aps=502655mm2。
桩身受拉计算,依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.8.7条
受拉承载力计算,最大拉力N=1.35×Qkmin=-718.08kN
经过计算得到受拉钢筋截面面积As=2393.614mm2。
由于桩的最小配筋率为0.30%,计算得最小配筋面积为1508mm2
综上所述,全部纵向钢筋面积2393mm2
桩纵向钢筋选择12φ18,实际配筋面积3048mm2
五.桩竖向承载力验算
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
轴心竖向力作用下,Qk=175.95kN;偏向竖向力作用下,Qkmax=813.82kN.m
桩基竖向承载力必须满足以下两式:
单桩竖向承载力特征值按下式计算:
其中Ra──单桩竖向承载力特征值;
qsik──第i层岩石的桩侧阻力特征值;按下表取值;
qpa──桩端端阻力特征值,按下表取值;
u──桩身的周长,u=2.51m;
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
土层
厚度
极限侧阻力
标准值(kPa)
极限端阻力
标准值(kPa)
土名称
1
9.30m
50
2000
④残积砂质粘性土
2
3.20m
80
2700
⑤-1全风化花岗岩
3
4.10m
90
3500
⑤-2砂砾状强风化花岗岩
4
1m
150
12000
⑤-4中风化花岗岩
本土层厚度信息摘抄海西中心一期岩土工程勘察报告ZK76-1勘探点
由于桩的入土深度为17.6m,所以桩端是在第4层土层。
Ra=2.51×(9.3×25+3.2×40+4.1×45+1×75)+6000×0.50=4556.2kN
由于:
Ra=4556.2>Qk=175.95,所以满足要求!
由于:
1.2Ra=5467.44>Qkmax=813.82,所以满足要求!
六.桩的抗拔承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)的第6.3.5条
偏向竖向力作用下,Qkmin=-531.91kN.m
桩基竖向承载力抗拔必须满足以下两式:
式中Gp──桩身的重力标准值,水下部分按浮重度计;
i──抗拔系数;
Ra=2.51×(0.750×9.3×50+0.700×3.2×80+0.750×4.1×90+0.750×1×150)=2302.172kN
Gp=0.503×(17.6×25-17.6×10)=132.701kN
由于:
2302.172+132.70>=531.91满足要求!
七.桩式基础格构柱计算
依据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。
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:
18号角钢b×d=180×16×16mm;
缀板选用(m×m):
0.15×0.40
主肢的截面力学参数为A0=55.47cm2,Z0=5.05cm,Ix0=1700.99cm4,Iy0=1700.99cm4;
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×[1700.99+55.47×(46/2-5.05)2]=78290.38cm4;
Iy=4×[1700.99+55.47×(46/2-5.05)2]=78290.38cm4;
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6.00m;
I──格构柱的截面惯性矩,取,Ix=78290.38cm4,Iy=78290.38cm4;
A0──一个主肢的截面面积,取55.47cm2。
经过计算得到
x=31.94,
y=31.94。
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=0.15m。
h──缀板长度,取h=0.40m。
a1──格构架截面长,取a1=0.46m。
经过计算得i1=[(0.152+0.402)/48+5×0.462/8]0.5=0.37m。
1=6.00/0.37=16.27。
换算长细比计算公式:
经过计算得到
kx=35.84,
ky=35.84。
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=1.35Qkmax=1098.66kN;
A──格构柱横截面的毛截面面积,取4×55.47cm2;
──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=35.84,
0y=35.84,查《钢结构设计规范》得到
x=0.92,
y=0.92。
经过计算得到
X方向:
N/A=1098656/(0.92×22186.8)=54≤215.00N/mm2满足要求!
Y方向:
N/A=1098656/(0.92×22186.8)=54≤215.00N/mm2满足要求!
4.格构分肢的长细比验算:
由于格构形式采用角钢+缀板,分肢选取18号角钢b×d×r=180×16×16mm,其回转半径i=35.5mm。
1=L/i=500/35.5=14.08≤0.5×
0x=17.92且小于等于40
由于6#塔吊与2#塔吊基础设计形式相同,塔吊桩已进入持力层,固参照3#塔吊安装即可。
2、采用灌注桩+承台基础设计计算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)。
从承台顶标高算起的第一道附墙高度为39m,塔吊计算高度取51m
一.参数信息
塔吊型号:
QTZ250(ZJ7030)塔机自重标准值:
Fk1=1456.60kN
起重荷载标准值:
Fqk=120.00kN塔吊最大起重力矩:
M=3840.00kN.m
塔吊计算高度:
H=51m塔身宽度:
B=2.10m
非工作状态下塔身弯矩:
M1=-356.86kN.m桩混凝土等级:
C35
承台混凝土等级:
C35保护层厚度:
50mm
矩形承台边长:
5.80m承台厚度:
Hc=1.350m
承台箍筋间距:
S=250mm承台钢筋级别:
HRB335
承台顶面埋深:
D=0.000m桩直径:
d=0.800m
桩间距:
a=3.600m桩钢筋级别:
HRB335
桩入土深度:
22.35m桩型与工艺:
大直径灌注桩(清底干净)
计算简图如下:
二.荷载计算
1.自重荷载及起重荷载
1)塔机自重标准值
Fk1=1456.6kN
2)基础以及覆土自重标准值
Gk=5.8×5.8×1.35×25=1135.35kN
承台受浮力:
Flk=5.8×5.8×0.85×10=285.94kN
3)起重荷载标准值
Fqk=120kN
2.风荷载计算
1)工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值(Wo=0.2kN/m2)
=0.8×1.49×1.95×1.73×0.2=0.80kN/m2
=1.2×0.80×0.35×2.1=0.71kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=0.71×51.00=36.18kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×36.18×51.00=922.50kN.m
2)非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a.塔机所受风均布线荷载标准值(本地区Wo=0.80kN/m2)
=0.8×1.58×1.95×1.73×0.80=3.41kN/m2
=1.2×3.41×0.35×2.10=3.01kN/m
b.塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=3.01×51.00=153.45kN
c.基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×153.45×51.00=3912.88kN.m
3.塔机的倾覆力矩
工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=-356.86+0.9×(3840+922.50)=3929.39kN.m
非工作状态下,标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=-356.86+3912.88=3556.02kN.m
三.桩竖向力计算
非工作状态下:
Qk=(Fk+Gk)/n=(1456.6+1135.35)/4=647.99kN
Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(1456.6+1135.35)/4+(3556.02+153.45×1.35)/5.09=1387.26kN
Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(1456.6+1135.35-285.94)/4-(3556.02+153.45×1.35)/5.09=-162.77kN
工作状态下:
Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=(1456.6+1135.35+120)/4=677.99kN
Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(1456.6+1135.35+120)/4+(3929.39+36.18×1.35)/5.09=1459.50kN
Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(1456.6+1135.35+120-285.94)/4-(3929.39+36.18×1.35)/5.09=-175.01kN
四.承台受弯计算
1.荷载计算
不计承台自重及其上土重,第i桩的竖向力反力设计值:
工作状态下:
最大压力Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×(1456.6+120)/4+1.35×(3929.39+36.18×1.35)/5.09=1587.15kN
最大拔力Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×(1456.6+120)/4-1.35×(3929.39+36.18×1.35)/5.09=-522.94kN
非工作状态下:
最大压力Ni=1.35×Fk/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×1456.6/4+1.35×(3556.02+153.45×1.35)/5.09=1489.62kN
最大拔力Ni=1.35×Fk/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×1456.6/4-1.35×(3556.02+153.45×1.35)/5.09=-506.41kN
2.弯矩的计算依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》第6.4.2条
其中Mx,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);
Ni──不计承台自重及其上土重,第i桩的竖向反力设计值(kN)。
由于工作状态下,承台正弯矩最大:
Mx=My=2×1587.15×0.75=2380.72kN.m
承台最大负弯矩:
Mx=My=2×-522.94×0.75=-784.42kN.m
3.配筋计算
根据《混凝土结构设计规程》GB50010-2002第7.2.1条
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,
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。
底部配筋计算:
s=2380.72×106/(1.000×11.900×5800.000×13002)=0.0204
=1-(1-2×0.0204)0.5=0.0206
s=1-0.0206/2=0.9897
As=2380.72×106/(0.9897×1300.0×300.0)=6168.0mm2
顶部配筋计算:
s=784.42×106/(1.000×11.900×5800.000×13002)=0.0067
=1-(1-2×0.0067)0.5=0.0067
s=1-0.0067/2=0.9897
As=784.42×106/(0.9966×1300.0×300.0)=2018.1mm2
五.承台剪切计算
最大剪力设计值:
Vmax=1587.15kN
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的第7.5.7条。
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:
式中
──计算截面的剪跨比,
=1.500
ft──混凝土轴心抗拉强度设计值,ft=1.570N/mm2;
b──承台的计算宽度,b=5800mm;
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=300N/mm2;
S──箍筋的间距,S=250mm。
经过计算承台已满足抗剪要求,只需构造配箍筋!
六.承台受冲切验算
角桩轴线位于塔机塔身柱的冲切破坏锥体以内,且承台高度符合构造要求,故可不进行承台角桩冲切承载力验算
七.桩身承载力验算
桩身承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-2008)的第5.8.2条
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=1.35×1459.50=1970.33kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式:
其中
c──基桩成桩工艺系数,取0.75
fc──混凝土轴心抗压强度设计值,fc=16.7N/mm2;
Aps──桩身截面面积,Aps=502655mm2。
桩身受拉计算,依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008第5.8.7条
受拉承载力计算,最大拉力N=1.35×Qkmin=-236.27kN
经过计算得到受拉钢筋截面面积As=787.559mm2。
由于桩的最小配筋率为0.30%,计算得最小配筋面积为3016mm2
综上所述,全部纵向钢筋面积3016mm2
八.桩竖向承载力验算
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
轴心竖向力作用下,Qk=677.99kN;偏向竖向力作用下,Qkmax=1459.50kN.m
桩基竖向承载力必须满足以下两式:
单桩竖向承载力特征值按下式计算:
其中Ra──单桩竖向承载力特征值;
qsik──第i层岩石的桩侧阻力特征值;按下表取值;
qpa──桩端端阻力特征值,按下表取值;
u──桩身的周长,u=2.51m;
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
土层
厚度
土侧阻力
标准值(kPa)
土端阻力
标准值(kPa)
土名称
1
3.1
20
②淤泥~淤泥质土
2
2.3
40
③-1粘土
3
8.5
50
2000
④残积砂质粘性土
4
4.2
80
2700
⑤-1全风化花岗岩
5
1.5
90
3500
⑤-2砂砾状强风化花岗岩
6
0.8
120
6500
⑤-3碎块状强风化花岗岩
7
1.95
150
12000
⑤-4中风化花岗岩
本土层厚度信息摘抄海西中心一期岩土工程勘察报告ZK5勘探点
由于桩的入土深度为22.35m,所以桩端是在第7层土层。
最大压力验算:
Ra=2.51×(3.1×10+2.3×20+8.5×25+4.2×40+1.5×45+0.8×60+1.95×75)+6000×0.50=4823.60kN
由于:
Ra=4823.60>Qk=677.99,所以满足要求!
由于:
1.2Ra=5788.33>Qkmax=1459.50,所以满足要求!
九.桩的抗拔承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T187-2009)的第6.3.5条
偏向竖向力作用下,Qkmin=-175.01kN.m
桩基竖向承载力抗拔必须满足以下两式:
式中Gp──桩身的重力标准值,水下部分按浮重度计;
i──抗拔系数;
Ra=2.51×(0.750×3.1×20+0.700×2.3×40+0.750×8.5×50+0.750×4.2×80+0.750×1.5×90+0.750×0.8×120+0.700×1.95×150)=2719.365kN
Gp=0.503×(22.35×25-22.35×10)=168.515kN
由于:
2719.36+168.52>=175.01满足要求!
3、塔吊桩基础稳定性计算书
本计算依据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99)。
一、基本计算参数
1.地质勘探数据如下:
───────────────────────────────────
序号h(m)
(kN/m3)C(kPa)
(℃)计算方法土类型
13.1017.8010.007.00水土合算填土
24.8016.309.004.00水土合算淤泥~淤泥质土
32.3018.7050.0011.00水土合算粘土
48.5018.3022.0026.00水土合算残积砂质粘性土
54.2019.0025.0028.00水土分算全风化花岗岩
61.5020.0028.0030.00水土分算砂砾状强风化花岗岩
70.8022.0028.0030.00水土分算碎块状强风化花岗岩
81.9525.0028.0030.00水土分算中风化花岗岩
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表中:
h为土层厚度(m),
为土重度(kN/m3),C为内聚力(kPa),
为内摩擦角(℃)
2.基坑挖土深度-12.00m。
3.地面超载:
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序号布置方式荷载值kPa距基坑边线m作用宽度m
1局部荷载80.100.955.80
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