某工程塔吊基础计算书(桩基础).doc

某工程塔吊基础计算书

一、塔吊的基本参数信息

塔吊型号:QT80A， 塔吊起升高度H=63.000m，
塔吊倾覆力矩M=1000kN.m， 混凝土强度等级:C30，
塔身宽度B=2m， 基础以上土的厚度D=0.000m，
自重F1=933.9kN， 基础承台厚度Hc=1.000m，
最大起重荷载F2=80kN， 基础承台宽度Bc=4.000m，
桩钢筋级别:II级钢， 桩直径或者方桩边长=0.800m，
桩间距a=2.2m， 承台箍筋间距S=200.000mm，
承台砼的保护层厚度=50.000mm。

二、塔吊基础承台顶面的竖向力和弯矩计算

塔吊自重（包括压重）F1=933.90kN，
塔吊最大起重荷载F2=80.00kN，
作用于桩基承台顶面的竖向力F=1.2×(F1+F2)=1216.68kN，
塔吊的倾覆力矩M=1.4×1000.00=1400.00kN。

三、矩形承台弯矩及单桩桩顶竖向力的计算

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《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条。

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=1216.68kN；
G──桩基承台的自重
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc+20×Bc×Bc×D)=
1.2×(25×4.00×4.00×1.00+20×4.00×4.00×0.00)=480.00kN；
Mx,My──承台底面的弯矩设计值，取1400.00kN.m；
xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离a/2=1.10m；
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：N=(1216.68+480.00)/4+1400.00×1.10/(4× 1.102)=742.35kN。

2. 矩形承台弯矩的计算
依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条。
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方向距离取a/2-B/2=0.10m；

Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，Ni1=Ni-G/n=622.35kN/m2；
经过计算得到弯矩设计值：
Mx1=My1=2×622.35×0.10=124.47kN.m。

四、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，αl──系数，当混凝土强度不超过C50时， α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，
α1取为0.94,期间按线性内插法得1.00；
fc──混凝土抗压强度设计值查表得14.30N/mm2；
ho──承台的计算高度Hc-50.00=950.00mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；

经过计算得：αs=124.47×106/(1.00×14.30×4000.00×950.002)=0.002；
ξ =1-(1-2×0.002)0.5=0.002；
γs =1-0.002/2=0.999；
Asx =Asy =124.47×106/(0.999×950.00×300.00)=437.27mm2。

五、矩形承台斜截面抗剪切计算

依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.8条和第5.6.11条。
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=742.35kN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：

其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
bo──承台计算截面处的计算宽度，bo=4000mm；
ho──承台计算截面处的计算高度，ho=950mm；
λ──计算截面的剪跨比，λx=ax/ho，λy=ay/ho，
此处，ax，ay为柱边（墙边）或承台变阶处
至x, y方向计算一排桩的桩边的水平距离，得(Bc/2-B/2)-(Bc/2-a/2)=100.00mm，
当 λ<0.3时，取λ=0.3；当 λ>3时,取λ=3， 满足0.3-3.0范围；
在0.3-3.0范围内按插值法取值。得λ=0.30；
β──剪切系数，当0.3≤λ＜1.4时，β=0.12/(λ+0.3)；当1.4≤λ≤3.0时，β=0.2/(λ+1.5)，
得β=0.20；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300.00N/mm2；
S──箍筋的间距，S=200mm。
则，1.00×742.35=7.42×105N≤0.20×300.00×4000×950=1.09×107N；

经过计算承台已满足抗剪要求，只需构造配箍筋！

六、桩承载力验算

桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1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=742.35kN；
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中，γo──建筑桩基重要性系数，取1.00；
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=14.30N/mm2；
A──桩的截面面积，A=5.024×105mm2。
则，1.00×742351.82=7.42×105N≤14.30×5.024×105=7.18×106N；

经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋！

七、桩竖向极限承载力验算

桩承载力计算依据《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3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=742.35kN；
单桩竖向承载力设计值按下面的公式计算：

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:

ηs, ηp──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数，
γs, νp──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，
qsik──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值；
qpk──极限端阻力标准值；
u──桩身的周长，u=2.512m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.503m2；

li──第i层土层的厚度；
取19号钻孔，各土层厚度及阻力标准值如下表:
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
-3 0.34 14.00 0.00 粘性土
-1 4.00 6.00 0.00 淤泥
-2 6.40 7.00 0.00 淤泥质粘土
-2 16.70 25.00 550.00 粉土
-1 2.56 18.00 550.00 粉质粘土
由于桩的入土深度为30.00m,所以桩端是在-1第层土层。
单桩竖向承载力验算:
R=2.512×(0.34×14.00×0.87+4.00×6.00×1.13+6.40×7.00×1.13+16.70×25.00×1.13+2.56×18.00×1.13)/1.67+1.21×550.00×0.503/1.67=11.12×102kN>N=742.352kN；
上式计算的R的值大于最大压力742.35kN,所以满足要求!
八、 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:10号角钢b×d×r=100×10×14mm；
缀条选用:6.3号角钢b×d×r=63×8×7mm；
主肢的截面力学参数为 A0=28.91cm2，Z0=3.53cm，Ix0=423.16cm4，Iy0=423.16cm4；
缀条的截面力学参数为 At=9.52cm2；

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×[423.16+28.91×(46/2-3.53)2]=45530cm4；
Iy=4×[423.16+28.91×(46/2-3.53)2]=45530cm4；
2 格构柱主肢局部稳定性验算：

承载力验算：
查表得: λ=24.8,φb=0.953
σ=N/（φ×A0）=999.5×103/（0.953×2891×4）=90.7N/mm2 <215 N/mm2
满足条件。
3. 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4.95m；
I —— 格构柱的截面惯性矩，取,Ix=45530cm4，Iy=45530cm4；
A0 —— 一个主肢的截面面积，取28.91cm2。
经过计算得到x=24.948,y=24.948。
换算长细比计算公式：

其中 A —— 格构柱横截面的毛截面面积，取4×28.91cm2；
A1 —— 格构柱横截面所截垂直于x-x轴或y-y轴的毛截面面积，
取2×9.52cm2；
经过计算得到kx=55.24,ky=55.24。

4. 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=742.35kN；
A—— 格构柱横截面的毛截面面积，取4×28.91cm2；
—— 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=24.948,0y=24.948,
查《钢结构设计规范》得到 x=0.314,y=0.314。
经过计算得到：
X方向的强度值为207.08N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!
Y方向的强度值为207.08N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!