格构柱计算

塔吊桩基础的计算书
一. 参数信息
塔吊型号: QTZ63 自重(包括压重):F1=450.80kN 最大起重荷载: F2=60.00kN
塔吊倾覆力距: M=630.00kN.m 塔吊起重高度: H=101.00m 塔身宽度: B=1.80m
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: 4.00m 承台厚度: Hc=1.35m 承台箍筋间距: S=200mm
承台钢筋级别: Ⅱ级承台预埋件埋深:h=0.5m 承台顶面埋深: D=0.00m
桩直径: d=0.80m 桩间距: a=2.00m 桩钢筋级别: Ⅱ级
桩入土深度: 34.00 桩型与工艺: 泥浆护壁钻(冲)孔灌注桩
二. 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=450.80kN
2. 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=F1+F2=510.80kN
塔吊的倾覆力矩 M=1.4×630.00=882.00kN.m
三. 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》JGJ94-94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=510.80kN；
G──桩基承台的自重，G=25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×
D=540.00kN；
M x,M y──承台底面的弯矩设计值(kN.m)；
x i,y i──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；
N i──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=1.2×(510.80+540.00)/4+882.00×(2.00×1.414/2)/[2×(2.00×
1.414/2)2]=627.12kN
最大拔力：
N=(510.80+540.00)/4-882.00×(2.00×1.414/2)/[2×(2.00×
1.414/2)2]=-49.18kN
2. 矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)
其中 M x1,M y1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)；
x i,y i──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；
N i1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，N i1=N i-G/n。

经过计算得到弯矩设计值：
压力产生的承台弯矩：
N=1.2×(510.80+540.00)/4+882.00×(2.00/2)/[4×
(2.00/2)2]=535.74kN
M x1=M y1=2×535.74×(1.00-0.90)=107.15kN.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；
f c──混凝土抗压强度设计值；
h0──承台的计算高度。

f y──钢筋受拉强度设计值，f y=300N/mm2。

承台底面配筋:
s=107.15×106/(1.00×16.70×4000.00×1300.002)=0.001
=1-(1-2×0.001)0.5=0.001
s=1-0.001/2=1.000
A sx= A sy=107.15×106/(1.000×1300.00×300.00)=274.87mm2
满足顶面和底面配筋要求的同时还应该满足构造要求!
五. 矩形承台截面抗剪切计算
依据《建筑桩基础技术规范》(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=1254.24kN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0──建筑桩基重要性系数，取1.0；
──剪切系数,=0.20；
f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=16.70N/mm2；
b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=4000mm；
h0──承台计算截面处的计算高度，h0=800mm；
f y──钢筋受拉强度设计值，f y=300.00N/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!
六.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》(JGJ94-94)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=627.12kN
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；
f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=16.70N/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=49.18kN
经过计算得到受拉钢筋截面面积 A's=163.94mm2。

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163.94mm2
构造规定：灌注桩主筋采用6～12根直径12m～14m,配筋率不小于0.2%!
七.桩抗压承载力计算
桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(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=627.12kN
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；
Q sk──单桩总极限侧阻力标准值:
Q pk──单桩总极限端阻力标准值:
Q ck──相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值:
q ck──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：
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；
q sk──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，按下表取值；
q pk──极限端阻力标准值，按下表取值；
u──桩身的周长，u=2.513m；
A p──桩端面积,取A p=0.50m2；
l i──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
1 9.8 0 0 粘性土
2 10.2 20 0 粘性土
3 7.5 35 0 粘性土
4 6 40 0 粘性土
5 5 55 700 粘性土
由于桩的入土深度为34m,所以桩端是在第5层土层。

最大压力验算:
R=2.51×(9.8×0×.8+10.2×20×.8+7.5×35×.8+6×40×.8+.5×55×
0.80×.8)/1.67+1.64×700.00×0.50/1.67+0.00×420.00/1.65=1052.51kN
上式计算的R值大于等于最大压力627.12kN,所以满足要求!
八.桩抗拔承载力计算
桩抗拔承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.17条
桩抗拔承载力应满足下列要求:
其中:
式中 U k──基桩抗拔极限承载力标准值；
i──抗拔系数；
解得:
U gk=11.2×(9.8×0×.75+10.2×20×.75+7.5×35×.75+6×40×.75+.5
×55×.75)/4=1541.40kN
G gp=11.2×34×22/4=2094.40kN
U k=2.51×(9.8×0×.75+10.2×20×.75+7.5×35×.75+6×40×.75+.5×
55×.75)=1383.56kN
G p=2.51×34×25=2136.28kN
由于: 1541.40/1.67+2094.40>=49.18满足要求!
由于: 1383.56/1.67+2136.28>=49.18满足要求!
九.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0.45×0.45m；
主肢选用:14号角钢b×d×r=140×12×14mm；
缀板选用(m×m):0.01×0.15
主肢的截面力学参数为A0=32.51cm2，Z0=3.90cm，I x0=603.68cm4，I y0=603.68cm4；
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：
I x=4×[603.68+32.51×(45/2-3.90)2]=47406.13cm4；
I y=4×[603.68+32.51×(45/2-3.90)2]=47406.13cm4；
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10.60m；
I ──格构柱的截面惯性矩，取,I x=47406.13cm4，I y=47406.13cm4； A0──一个主肢的截面面积，取32.51cm2。

经过计算得到x=55.52,y=55.52。

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=0.01m。

h ──缀板长度，取 h=0.15m。

a1──格构架截面长，取 a1=0.45m。

经过计算得 i1=[(0.012+0.152)/48+5×0.452/8]0.5=0.36m。

1=10.60/0.36=29.74。

换算长细比计算公式：
经过计算得到kx=62.98,ky=62.98。

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=627.12kN；
A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×32.51cm2；
──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=62.98,0y=62.98,查《钢结构设计规范》得到
x=0.80,y=0.80。

经过计算得到 X方向的强度值为60.6N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!
Y方向的强度值为60.6N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!。