QTZ7030塔吊基础计算1

塔吊桩基础的计算书
一. 参数信息
塔吊型号: QTZ7030 自重(包括压重):F1=970.00kN 最大起重荷载: F2=120.00kN
塔吊倾覆力距: M=2860.00kN.m 塔吊起重高度: H=141.00m 塔身宽度: B=2.00m
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: 5.00m 承台厚度: Hc=1.500m 承台箍筋间距: S=200mm
承台钢筋级别: Ⅱ级承台预埋件埋深:h=1.00m 承台顶面埋深: D=0.000m
桩直径: d=0.800m 桩间距: a=3.400m 桩钢筋级别: Ⅱ级
桩入土深度: 20.00 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=970.000kN
2. 塔吊最大起重荷载F2=120.000kN
作用于桩基承台顶面的竖向力 F=F1+F2=1090.000kN
塔吊的倾覆力矩 M=1.4×2860.000=4004.000kN.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》JGJ94-2008的第5.1.1条)
其中 n──单桩个数，n=4；
F k──作用于承台顶面的竖向力，F k=1090.000kN；
G k──桩基承台和承台上土自重标准值，G k=25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×D=937.500kN；
M xk,M yk──荷载效应标准组合下，作用于承台底面，绕通过桩群形心的x、y 轴的力矩
x i,y i──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；
N ik──荷载效应标准组合偏心竖向力作用下，第i基桩或复合基桩的竖向力(kN)。

经计算得到:
桩顶竖向力设计值:
最大压力：
N=1.2×(1090.000+937.500)/4+4004.000×(3.400×1.414/2)/[2×(3.400×1.414/2)2]=1441.098kN
最大拔力：
N=(1090.000+937.500)/4-4004.000×(3.400×1.414/2)/[2×(3.400×1.414/2)2]=-325.973kN
桩顶竖向力标准值:
最大压力：
N=(1090.000+937.500)/4+2860.000×(3.400×1.414/2)/[2×(3.400×1.414/2)2]=1101.766kN
最大拔力：
N=(1090.000+937.500)/4-4004.000×(3.400×1.414/2)/[2×(3.400×1.414/2)2]=-88.016kN
2. 矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-2008的第5.9.2条)
其中 M x,M y──分别为绕X轴和绕Y轴方向计算截面处的弯矩设计值(kN.m)；
x i,y i──垂直Y轴和X轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离(m)；
N i──在荷载效应基本组合下的第i基桩净反力，N i=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×(1090.000+937.500)/4+4004.000×(3.400/2)/[4×
(3.400/2)2]=1197.074kN
M x1=M y1=2×1197.074×(1.700-1.000)=1675.903kN.m
拔力产生的承台弯矩：
N=(1090.000+937.500)/4-4004.000×(3.400/2)/[4×
(3.400/2)2]=-81.949kN
M x2=M y2=-2×81.949×(1.700-1.000)=-114.728kN.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=1675.903×106/(1.000×1.570×5000.000×
1450.0002)=0.0095
=1-(1-2×0.0095)0.5=0.0096
s=1-0.0096/2=0.9952
A sx= A sy=1675.903×106/(0.9952×1450.000×
300.000)=3871.217mm2
承台顶面配筋:
s=114.728×106/(1.000×1.570×5000.000×1450.0002)=0.0007
=1-(1-2×0.0007)0.5=0.0007
s=1-0.0007/2=0.9997
A sx= A sy=114.728×106/(0.9997×1450.000×
300.000)=263.829mm2。

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》(JGJ94-2008)的第5.9.14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=2882.196kN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──计算截面的剪跨比,=1.500
f t──混凝土轴心抗拉强度设计值，f t=1.570N/mm2；
b──承台计算截面处的计算宽度，b=5000mm；
h0──承台计算截面处的计算高度，h0=450mm；
f y──钢筋受拉强度设计值，f y=300.000N/mm2；
S──箍筋的间距，S=200mm。

经过计算得:
箍筋的最小配筋面积Asv=(2882.196×1000-0.700×1.570×5000×450)×
200/(300.000×450)=606.587mm2
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》(JGJ94-2008)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=1441.098kN
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0.750
f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=16.700N/mm2；
A ps──桩身截面面积，A ps=0.5027m2。

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!
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=325.973kN
经过计算得到受拉钢筋截面面积 A s=1086.577mm2。

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1086.577mm2
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》(JGJ94-2008)的第5.2.5和5.3.5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=1441.098kN
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──基桩竖向承载力特征值；
R a──单桩竖向承载力特征值；
K──安全系数，取2.0；
f ak──承台下土的地基承载力特征值加权平均值；
c──承台效应系数
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=2.5133m；
A p──桩端面积,取A p=0.503m2；
A c──计算桩基所对应的承台净面积，去A c=5.747m2；
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 3.6 36 200 粉质粘土
2 1.1 4
3 200 粉质粘土
3 5.
4 50 200 粉质粘土
4 8.3 6
5 700 粉土、砂性
大粉质粘土
5 2.7 54 500 粉质粘土
由于桩的入土深度为20m,所以桩端是在第5层土层。

最大压力验算:
R a=2.513×(3.6×36+1.1×43+5.4×50+8.3×65+1.6×54)+500.000×
0.503=2947.568kN
R=2947.568/2.0+0.176×105.000×5.747=1580.146kN
上式计算的R值大于等于最大压力1101.766kN,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》(JGJ94-2008)的第5.4.5条
桩抗拔承载力应满足下列要求:
其中:
式中 T uk──基桩抗拔极限承载力标准值；
i──抗拔系数；
解得:
T gk=16.8×(0.700×3.6×36+0.700×1.1×43+0.700×5.4×50+0.700×
8.3×65+0.700×1.6×54)/4=3154.032kN
G gp=16.8×20×22/4=1848.000kN
T uk=2.513×(0.700×3.6×36+0.700×1.1×43+0.700×5.4×50+0.700×
8.3×65+0.700×1.6×54)=1887.368kN
G p=2.513×20×25=1256.637kN
由于: 3154.032/2.0+1848.000>=88.016满足要求!
由于: 1887.368/2.0+1256.637>=88.016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0.40×0.40m；
主肢选用:14号角钢b×d×r=140×14×14mm；
缀板选用(m×m):0.30×0.30
主肢的截面力学参数为 A0=37.57cm2，Z0=3.98cm，I x0=688.81cm4，
I y0=688.81cm4；
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×[688.81+37.57×(40/2-3.98)2]=41320.08cm4；
I y=4×[688.81+37.57×(40/2-3.98)2]=41320.08cm4；
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12.00m；
I ──格构柱的截面惯性矩，取,I x=41320.08cm4，I y=41320.08cm4； A0──一个主肢的截面面积，取37.57cm2。

经过计算得到x=72.37,y=72.37。

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=0.30m。

h ──缀板长度，取 h=0.30m。

a1──格构架截面长，取 a1=0.40m。

经过计算得 i1=[(0.302+0.302)/48+5×0.402/8]0.5=0.32m。

1=12.00/0.32=37.26。

换算长细比计算公式：
经过计算得到kx=81.39,ky=81.39。

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=1441.10kN；
A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×37.57cm2；
──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=81.39,0y=81.39,查《钢结构设计规范》得到
x=0.68,y=0.68。

经过计算得到 X方向的强度值为140.8N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!
Y方向的强度值为140.8N/mm2，不大于设计强度215N/mm2,所以满足要求!。