塔吊基础设计

说明：塔吊按FS7032型号进行取值验算，土层按地勘报告1-1'剖面J1点进行复核，从筏板-15.4m标高以下考虑入土深度，计算如下：

计算依据：

1、《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》JGJ/T187-2009 2、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010 3、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008 4、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011 5、《钢结构设计规范》GB50017-2003

一、塔机属性

塔机型号 塔机状态的最大起吊高度H0(m) 塔机状态的计算高度H(m) 塔身桁架结构 塔身桁架结构宽度B(m) FS7032 51.8 51.8 方钢管 2 二、塔机荷载

1、塔机传递至基础荷载标准值

工作状态 塔机自重标准值Fk1(kN) 起重荷载标准值Fqk(kN) 竖向荷载标准值Fk(kN) 999.4 160 1159.4 水平荷载标准值Fvk(kN) 倾覆力矩标准值Mk(kN·m) 45.61 2832.84 非工作状态 竖向荷载标准值Fk'(kN) 水平荷载标准值Fvk'(kN) 倾覆力矩标准值Mk'(kN·m) 999.4 156.55 3243.63 2、塔机传递至基础荷载设计值

工作状态 塔机自重设计值F1(kN) 起重荷载设计值FQ(kN) 竖向荷载设计值F(kN) 水平荷载设计值Fv(kN) 倾覆力矩设计值M(kN·m) 1.35Fk1＝1.35×999.4＝1349.19 1.35FQk＝1.35×160＝216 1349.19+216＝1565.19 1.35Fvk＝1.35×45.61＝61.57 1.35Mk＝1.35×2832.84＝3824.33 非工作状态 竖向荷载设计值F'(kN) 水平荷载设计值Fv'(kN) 倾覆力矩设计值M'(kN·m) 1.35Fk＝1.35×999.4＝1349.19 1.35Fvk＝1.35×156.55＝211.34 1.35Mk＝1.35×3243.63＝4378.9 '' 三、桩顶作用效应计算

承台布置 桩数n 承台长l(m) 承台长向桩心距al(m) 桩直径d(m) 承台参数 4 5 3.5 0.8 承台高度h(m) 承台宽b(m) 承台宽向桩心距ab(m) 1.8 5 3.5 承台混凝土等级 承台上部覆土厚度h'(m) 承台混凝土保护层厚度δ(mm) C30 0 50 承台混凝土自重γC(kN/m) 承台上部覆土的重度γ'(kN/m) 配置暗梁 3325 19 否

矩形桩式基础布置图

承台及其上土的自重荷载标准值： Gk=bl(hγc+h'γ')=5×5×(1.8×25+0×19)=1125kN

承台及其上土的自重荷载设计值：G=1.35Gk=1.35×1125=1518.75kN 桩对角线距离：L=(ab2+al2)0.5=(3.52+3.52)0.5=4.95m 1、荷载效应标准组合

轴心竖向力作用下：Qk=(Fk+Gk)/n=(999.4+1125)/4=531.1kN 荷载效应标准组合偏心竖向力作用下： Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+FVkh)/L

=(999.4+1125)/4+(3243.63+156.55×1.9)/4.95=1246.51kN Qkmin=(Fk+Gk)/n-(Mk+FVkh)/L

=(999.4+1125)/4-(3243.63+156.55×1.9)/4.95=-184.31kN 2、荷载效应基本组合

荷载效应基本组合偏心竖向力作用下： Qmax=(F+G)/n+(M+Fvh)/L

=(1349.19+1518.75)/4+(4378.9+211.34×1.9)/4.95=1682.78kN Qmin=(F+G)/n-(M+Fvh)/L

=(1349.19+1518.75)/4-(4378.9+211.34×1.9)/4.95=-248.81kN

四、格构柱计算

格构柱参数 格构柱缀件形式 格构式钢柱计算长度H0(m) 格构柱伸入灌注桩的锚固长度(m) 格构柱分肢参数 格构柱分肢材料 L180X18 分肢材料截面积A0(cm) 格构柱分肢平行于对称轴惯性矩分肢对最小刚度轴的回转半径iy0(cm) 3.53 I0(cm) 分肢形心轴距分肢外边缘距离Z0(cm) 5.13 分肢材料抗拉、压强度设计值f(N/mm) 格构柱缀件参数 格构式钢柱缀件材料 焊缝参数 角焊缝焊脚尺寸hf(mm) 焊缝强度设计值ftw(N/mm) 2242缀板 15 3 格构式钢柱的截面边长a(mm) 缀板间净距l01(mm) 480 350 61.95 1881.12 分肢材料强度设计值fy(N/mm) 2235 215 440×300×12 格构式钢柱缀件截面积A1x'(mm) 23600 10 160 焊缝计算长度lf(mm) 250 1、格构式钢柱换算长细比验算 整个格构柱截面对X、Y轴惯性矩：

I=4[I0+A0(a/2-Z0)2]=4×[1881.12+61.95×(48.00/2-5.13)2]=95760.34cm4 整个构件长细比：λx=λy=H0/(I/(4A0))0.5=400/(95760.34/(4×61.95))0.5=20.35 分肢长细比：λ1=l01/iy0=35.00/3.53=9.92

分肢毛截面积之和：A=4A0=4×61.95×102=24780mm2

格构式钢柱绕两主轴的换算长细比：λ0 max=(λx2+λ12)0.5=(20.352+9.922)0.5=22.63 λ0max=22.63≤[λ]=150 满足要求！

2、格构式钢柱分肢的长细比验算

λ1=9.92≤min(0.5λ0max，40)=min(0.5×22.63，40)=11.32 满足要求！

3、格构式钢柱受压稳定性验算

λ0max(fy/235)0.5=22.63×(215/235)0.5=21.65

查表《钢结构设计规范》GB50017附录C：b类截面轴心受压构件的稳定系数：υ=0.963 Qmax/(υA)=1682.78×103/(0.963×24780)=70.52N/mm2≤f=215N/mm2 满足要求！ 4、缀件验算

缀件所受剪力：V=Af(fy/235)0.5/85=24780×215×10-3×(235/235)0.5/85=62.68kN 格构柱相邻缀板轴线距离：l1=l01+30=35.00+30=65cm

作用在一侧缀板上的弯矩：M0=Vl1/4=62.68×0.65/4=10.19kN·m 分肢型钢形心轴之间距离：b1=a-2Z0=0.48-2×0.0513=0.38m

作用在一侧缀板上的剪力：V0=Vl1/(2·b1)=62.68×0.65/(2×0.38)=53.98kN 角焊缝面积：Af=0.8hflf=0.8×10×250=2000mm2

角焊缝截面抵抗矩：Wf=0.7hflf2/6=0.7×10×2502/6=72917mm3

垂直于角焊缝长度方向应力：σf=M0/Wf=10.19×106/72917=140N/mm2 垂直于角焊缝长度方向剪应力：τf=V0/Af=53.98×103/2000=27N/mm2 ((σf /1.22)2+τf2)0.5=((140/1.22)2+272)0.5=118N/mm2≤ftw=160N/mm2 满足要求！

根据缀板的构造要求

缀板高度：300mm≥2/3 b1=2/3×0.38×1000=252mm

满足要求！

缀板厚度：12mm≥max[1/40b1,6]= max[1/40×0.38×1000,6]=9mm 满足要求！

缀板间距：l1=650mm≤2b1=2×0.38×1000=755mm 满足要求！

五、桩承载力验算

桩参数 桩混凝土强度等级 桩混凝土自重γz(kN/m) 桩入土深度lt(m) 桩配筋 自定义桩身承载力设计值 桩身普通钢筋配筋 地基属性 是否考虑承台效应 否 侧阻力特征值土名称 土层厚度li(m) qsia(kPa) 5粉质粘土 6粘土 3.71 4 17.5 32.5 22.5 25 20 qpa(kPa) 0 0 0 0 175 0.7 0.75 0.72 0.5 0.72 端阻力特征值抗拔系数 fak(kPa) - - - - - 承载力特征值否 HRB335 14Φ22 桩混凝土类型 钢筋混凝土 3C30 25 18 桩基成桩工艺系数ψC 桩混凝土保护层厚度б(mm) 0.75 35 7粉质粘土夹粉土 12.3 8粉土夹粉砂 9粉质粘土 10粉质粘土夹粉8 土 1.8 6.9 25 500 0.72 - 考虑基坑开挖后，格构柱段外露，不存在侧阻力，此时为最不利状态 1、桩基竖向抗压承载力计算

桩身周长：u=πd=3.14×0.8=2.51m 桩端面积：Ap=πd2/4=3.14×0.82/4=0.5m2 Ra=uΣqsia·li+qpa·Ap

=2.51×(2.11×17.5+4×32.5+11.79×22.5)+0×0.5=1086.24kN Qk=531.1kN≤Ra=1086.24kN

Qkmax=1246.51kN≤1.2Ra=1.2×1086.24=1303.48kN 满足要求！

2、桩基竖向抗拔承载力计算 Qkmin=-184.31kN<0

按荷载效应标准组合计算的桩基拔力：Qk'=184.31kN

桩身的重力标准值：Gp=lwApγz=(18-4+3+0.9)×0.5×25=224.94kN

Ra'=uΣλiqsiali+Gp=2.51×(0.7×2.11×17.5+0.75×4×32.5+0.72×11.79×22.5)+224.94 =1014.97kN

Qk'=184.31kN≤Ra'=1014.97kN 满足要求！ 3、桩身承载力计算

纵向普通钢筋截面面积：As=nπd2/4=14×3.14×222/4=5322mm2 (1)、轴心受压桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向压力设计值：Q=Qmax=1682.78kN ψcfcAp+0.9fy'As'=(0.75×14×0.5×106 + 0.9×(300×5321.86))×10-3=6987.53kN Q=1682.78kN≤ψcfcAp+0.9fy'As'=6987.53kN 满足要求！

(2)、轴心受拔桩桩身承载力

荷载效应基本组合下的桩顶轴向拉力设计值：Q'=-Qmin=248.81kN fyAS=300×5321.86×10-3=1596.56kN Q'=248.81kN≤fyAS=1596.56kN 满足要求！ 4、桩身构造配筋计算

As/Ap×100%=(5321.86/(0.5×106))×100%=1.06%≥0.45%

满足要求！

六、承台计算

承台配筋 承台底向配筋 承台顶向配筋 RRB400 Φ28@150 承台底部短向配筋 HRB335 Φ28@150 承台顶部短向配筋 RRB400 Φ28@150 HRB335 Φ28@150 1、荷载计算

承台有效高度：h0=1800-50-28/2=1736mm

M=(Qmax+Qmin)L/2=(1682.78+(-248.81))×4.95/2=38.kN·m X方向：Mx=Mab/L=38.×3.5/4.95=2509.45kN·m Y方向：My=Mal/L=38.×3.5/4.95=2509.45kN·m 2、受剪切计算

V=F/n+M/L=1349.19/4 + 4378.9/4.95=1221.97kN 受剪切承载力截面高度影响系数：βhs=(800/1736)1/4=0.82

塔吊边缘至角桩内边缘的水平距离：a1b=(ab-B-d)/2=(3.5-2-0.8)/2=0.35m a1l=(al-B-d)/2=(3.5-2-0.8)/2=0.35m 剪跨比：λb'=a1b/h0=350/1736=0.2，取λb=0.25； λl'= a1l/h0=350/1736=0.2，取λl=0.25； 承台剪切系数：αb=1.75/(λb+1)=1.75/(0.25+1)=1.4 αl=1.75/(λl+1)=1.75/(0.25+1)=1.4 βhsαbftbh0=0.82×1.4×1.43×103×5×1.74=14317.56kN βhsαlftlh0=0.82×1.4×1.43×103×5×1.74=14317.56kN V=1221.97kN≤min(βhsαbftbh0， βhsαlftlh0)=14317.56kN 满足要求！ 3、受冲切计算

塔吊对承台底的冲切范围：B+2h0=2+2×1.74=5.47m ab=3.5m≤B+2h0=5.47m，al=3.5m≤B+2h0=5.47m

角桩位于冲切椎体以内，可不进行角桩冲切的承载力验算！ 4、承台配筋计算

(1)、承台底面长向配筋面积

αS1= My/(α1fcbh02)=2509.45×106/(1.04×14.3×5000×17362)=0.011 δ1=1-(1-2αS1)0.5=1-(1-2×0.011)0.5=0.011 γS1=1-δ1/2=1-0.011/2=0.994

AS1=My/(γS1h0fy1)=2509.45×106/(0.994×1736×360)=4039mm2

最小配筋率：ρ=max(0.2,45ft/fy1)=max(0.2,45×1.43/360)=max(0.2,0.18)=0.2% 梁底需要配筋：A1=max(AS1, ρbh0)=max(4039,0.002×5000×1736)=17360mm2 承台底长向实际配筋：AS1'=21141mm2≥A1=17360mm2 满足要求！

(2)、承台底面短向配筋面积

αS2= Mx/(α2fcbh02)=2509.45×106/(1.04×14.3×5000×17362)=0.011 δ2=1-(1-2αS2)0.5=1-(1-2×0.011)0.5=0.011 γS2=1-δ2/2=1-0.011/2=0.994

AS2=Mx/(γS2h0fy1)=2509.45×106/(0.994×1736×360)=4039mm2

最小配筋率：ρ=max(0.2,45ft/fy1)=max(0.2,45×1.43/360)=max(0.2,0.18)=0.2% 梁底需要配筋：A2=max(9674, ρlh0)=max(9674,0.002×5000×1736)=17360mm2 承台底短向实际配筋：AS2'=21141mm2≥A2=17360mm2 满足要求！

(3)、承台顶面长向配筋面积

承台顶长向实际配筋：AS3'=21141mm2≥0.5AS1'=0.5×21141=10571mm2 满足要求！

(4)、承台顶面短向配筋面积

承台顶长向实际配筋：AS4'=21141mm2≥0.5AS2'=0.5×21141=10571mm2 满足要求！

(5)、承台竖向连接筋配筋面积 承台竖向连接筋为双向Φ10@500。

七、示意图

矩形桩式承台配筋图

矩形桩式桩配筋图

矩形桩式钻孔灌注桩详图

矩形桩式格构柱与承台连接详图

矩形桩式格构柱详图

矩形桩式格构柱逆作法加固图

矩形桩式格构柱截面图

矩形桩式格构柱止水片详图

矩形桩式柱肢安装接头详图

矩形桩式水平剪刀撑布置图

矩形桩式水平剪刀撑连接详图