塔吊四桩基础的计算书.doc

(TC7020)塔吊四桩基础的计算书
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2023)。
一. 参数信息
塔吊型号:TC7035降效为TC7020
塔机自重标准值:Fk1=1260.00kN
起重荷载标准值:Fqk=160kN
塔吊最大起重力矩:M=1400kN.m
非工作状态下塔身弯矩:M=-1639kN.m
塔吊计算高度:H=46.5m
塔身宽度:B=2m
桩身混凝土等级:C80
承台混凝土等级:C35
保护层厚度:H=50mm
矩形承台边长:H=4.5m
承台厚度:Hc=1.6m
承台箍筋间距:S=200mm
承台钢筋级别:HPB400
承台顶面埋深:D=0.0m
桩直径:d=0.5m
桩间距:a=3.5m
桩钢筋级别:HPB300
桩入土深度:30m
桩型与工艺:预制桩
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=1260kN
2) 基础以及覆土自重标准值
Gk=4.5×4.5×1.60×25=810kN
3) 起重荷载标准值
Fqk=160kN
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)
Wk=0.8×1.59×1.95×1.2×0.2=0.60kN/m2
qsk=1.2×0.60×0.35×2=0.50kN/m
b. 塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=0.50×46.50=23.25kN
c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×23.25×46.50=540.62kN.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=0.35kN/m2)
Wk=0.8×1.62×1.95×1.2×0.35=1.06kN/m2
qsk=1.2×1.06×0.35×2.00=0.89kN/m
b. 塔机所受风荷载水平合力标准值
Fvk=qsk×H=0.89×46.50=41.46kN
c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值
Msk=0.5Fvk×H=0.5×41.46×46.50=963.93kN.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=1639+0.9×(1400+540.62)=3385.55kN.m
非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值
Mk=1639+963.93=2602.93kN.m
三. 桩竖向力计算
非工作状态下：
Qk=(Fk+Gk)/n=(1260+810.00)/4=517.50kN
Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(1260+810)/4+Abs(2602.93+41.46×1.60)/4.95=1056.85kN
Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(1260+810-0)/4-Abs(2602.93+41.46×1.60)/4.95=-21.85kN
工作状态下：
Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=(1260+810.00+160)/4=557.50kN
Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L
=(1260+810+160)/4+Abs(3385.55+23.25×1.60)/4.95=1249.11kN
Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L
=(1260+810+160-0)/4-Abs(3385.55+23.25×1.60)/4.95=-134.11kN
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×(1260+160)/4+1.35×(3385.55+23.25×1.60)/4.95=1412.92kN
最大拔力 Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×(1260+160)/4-1.35×(3385.55+23.25×1.60)/4.95=-454.42kN
非工作状态下：
最大压力 Ni=1.35×Fk/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×1260/4+1.35×(2602.93+41.46×1.60)/4.95=1153.38kN
最大拔力 Ni=1.35×Fk/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L
=1.35×1260/4-1.35×(2602.93+41.46×1.60)/4.95=-302.88kN
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=2×1412.92×0.75=2119.38kN.m
承台最大负弯矩:
Mx=My=2×-454.42×0.75=-681.63kN.m
3. 配筋计算
根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2023第6.2.10条

式中 α1──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,期间按线性内插法拟定；
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=360N/mm2。
底部配筋计算:
αs=2119.38×106/(1.000×16.700×4500.000×15502)=0.0117
η=1-(1-2×0.0117)0.5=0.0118
γs=1-0.0118/2=0.9941
As=2119.38×106/(0.9941×1550.0×360.0)=3820.7mm2

推荐参考配筋方案为：钢筋直径为20mm，钢筋间距为200mm，配筋面积为7069mm2

顶部配筋计算:
αs=681.63×106/(1.000×16.700×4500.000×15502)=0.0038
ξ=1-(1-2×0.0038)0.5=0.0038
γs=1-0.0038/2=0.9981
As=681.63×106/(0.9981×1550.0×210.0)=2098.1mm2
实际配筋面积大于计算需要配筋面积，满足规定!
五. 承台剪切计算
最大剪力设计值： Vmax=1412.92kN
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2023)的第6.3.4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 λ──计算截面的剪跨比,λ=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=4500mm；
h0──承台计算截面处的计算高度，h0=1550mm；
fy──钢筋受拉强度设计值，fy=210N/mm2；
S──箍筋的间距，S=200mm。
通过计算承台已满足抗剪规定，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规定，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《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2023)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=1.35×1249.11=1686.29kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中 Ψc──基桩成桩工艺系数，取0.85
fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=35.9N/mm2；
Aps──桩身截面面积，Aps=196350mm2。
桩身受拉计算，依据《建筑桩基技术规范》JGJ94-2023 第5.8.7条

受拉承载力计算，最大拉力 N=1.35×Qkmin=-181.04kN
通过计算得到受拉钢筋截面面积 As=670.529mm2。
由于桩的最小配筋率为0.20%，计算得最小配筋面积为393mm2
综上所述，所有纵向钢筋面积671mm2
实际选用钢筋为：钢筋直径22mm，钢筋根数为15
桩实际配筋面积为As0 = 3.14×222/4 × 15=5702mm2
实际配筋面积大于计算需要配筋面积，满足规定!
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/T 187-2023)的第6.3.3和6.3.4条
轴心竖向力作用下，Qk=557.50kN；偏心竖向力作用下，Qkmax=1249.11kN
桩基竖向承载力必须满足以下两式：

单桩竖向承载力特性值按下式计算：

其中 Ra──单桩竖向承载力特性值；
qsik──第i层岩石的桩侧阻力特性值；按下表取值；
qpa──桩端端阻力特性值，按下表取值；
u──桩身的周长，u=1.57m；
Ap──桩端面积,取Ap=0.20m2；
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(m)
侧阻力特性值(kPa)
端阻力特性值(kPa)
土名称
1
9
11
0
粘性土
2
5.5
20
0
粘性土
3
3
16
0
粘性土
4
4.8
30
1200
粘性土
5
5.8
16
0
粘性土
6
3
32
2200
粘性土
由于桩的入土深度为30m,所以桩端是在第6层土层。
最大压力验算:
Ra=1.57×(9×11+5.5×20+3×16+4.8×30+5.8×16+1.9×32)+2200×0.20=1303.13kN
由于: Ra = 1303.13 > Qk = 557.50,最大压力验算满足规定!
由于: 1.2Ra = 1563.76 > Qkmax = 1249.11,最大压力验算满足规定!
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/T 187-2023)的第6.3.5条
偏心竖向力作用下，Qkmin=-134.11kN
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；
λi──抗拔系数；
Ra=1.57×(0.750×9×11+0.750×5.5×20+0.750×3×16+0.750×4.8×30+0.750×5.8×16+0.750×1.9×32)=702.225kN
Gp=0.196×(30×25-28.6×10)=91.106kN
由于: 702.23+91.11 >= 134.11，抗拔承载力满足规定!
塔吊计算满足规定！