塔吊基础计算.docx
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塔吊基础计算.docx
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塔吊基础计算
塔吊基础方案
一、工程概况
1、本工程位于松江区九亭镇,地块南临蒲汇塘河,东临沪亭路,西临横泾河,北临沪松公路并与地铁9#线车站一墙之隔,与9#线车站物业开发管理为一个整体。
地块面积41162㎡,由3#、4#、5#、6#、7#、8#公寓楼及9#酒店、10#办公楼组成。
2、因地块面积巨大,根据塔吊平面布置应最大程度满足施工区域吊装需要,尽可能减少吊装盲区的原则,以及地下室工程施工中能充分利用塔吊来满足施工需要,按照施工组织总设计要求拟搭设6台附墙式塔吊,其中QTZ80B(工作幅度60M,额定起重力矩800KN.M)2台,QTZ80A(工作幅度55M,额定起重力矩800KN.M)4台,平面位置详附图。
3、拟建建筑物高度及层数
建筑物楼号
3
4
5
6
7
8
9
10
层数(层)
15
13
13
15
17
19
23
23
建筑物高度(m)
72.5
62.9
62.9
72.5
82.1
91.7
104.0
104.0
4、根据建筑物高度,1#塔吊位于3#楼西北侧位置,搭设高度为86M;2#塔吊位于9#楼南侧位置,搭设高度为114M;3#塔吊位于5#楼西北侧位置,搭设高度为77M,设水平限位装置;4#塔吊位于10#楼东南侧位置,搭设高度为114M;5#塔吊位于6#楼西北侧位置,搭设高度为100M,6#塔吊位于8#楼西北侧位置,搭设高度为100M。
其中5#、6#塔吊为QTZ80B,其余4台为QTZ80A。
5、塔吊应在土方开挖前安装完毕,故采用型钢格构式非塔吊标准节插入钻孔灌注桩内,以保障塔吊安全、稳定和牢固可靠,且不妨碍地下室顶板混凝土的整体浇筑施工,有利于加快施工进度和确保工程质量。
6、本工程采用钻孔灌注桩筏板基础,基坑底标高为-8.000、-8.800、-9.100,本工程±0.000相当于绝对标高6.150m,自然地坪标高相对于绝对标高-1.45m。
7、根据本工程地质勘察报告,各土层极限摩阻力、端阻力标准值指标见下表:
层号
土层名称
埋深(m)
相对标高(m)
钻孔灌注桩
抗拔系数(λ)
Fs(KPa)
Fp(KPa)
1
灰色砂质粉土夹粉质粘土
13
-14.45
15
0.6
2
灰色粉质粘土
14
-15.45
15
0.6
灰色粘土
21
-22.45
20
0.6
1-1
灰色粉质粘土
26.5
-27.95
35
0.6
1-2
暗绿色粘土
30
-31.45
55
900
0.6
草黄色砂质粉土
34
-35.45
70
1800
0.6
1
灰黄色粉质粘土
36
-37.45
50
0.6
t
草黄~灰色粉砂
47
-48.45
75
2500
0.5
2
灰色粉质粘土夹粉砂
53
-54.45
45
0.6
1
灰色粉砂夹粉质粘土
65
-66.45
75
2000
0.5
2
灰色粉砂
75
-76.45
80
2500
0.5
灰色中粗砂
100
-101.45
90
3000
0.5
8、塔式起重机主要技术性能表
塔吊型号
QTZ80B
QTZ80A
序号
载荷名称
单位
数量
单位
数量
1
基础所受的垂直荷载
KN
587
KN
511
2
基础所受的水平荷载
KN
62
KN
72
3
基础所受的倾翻力矩
KN.M
1642
KN.M
1242
4
基础所受的扭矩
KN.M
310
KN.M
348
5
独立式整机重
T
40.83
T
6
平衡重
T
13.92
T
14.2
7
工作幅度
M
60
M
55
8
最大起重量
T
8
T
6
9
末端起重量
T
1
T
1.2
10
额定起重力矩
KN.M
800
KN.M
800
11
塔身截面
M
1.8×1.8
M
1.6×1.6
12
最大起升高度
独立式
M
47
M
40
13
附着式
M
160
M
140
14
装机总容量
KW
48
KW
KW
二、塔吊布置原则
本工程作业面积大,综合考虑塔吊的作用半径、起吊重量、基础工程桩位布置、围檩支撑结构设计、房屋结构设计、经济性比较后,作出以下布置原则。
1.塔吊布置在基坑内
2.塔吊共6台,55m臂4台,60m臂2台
3.塔吊选型:
市沪淞建筑机械厂有限公司生产的QTZ80A(5512)及QTZ80B(6010)塔吊。
4.具体位置详见《塔吊平面布置图》
5.因塔吊布置在基坑内,考虑到土方开挖后安装困难。
并为兼顾土方开挖垂直运输,塔吊需在基础开挖前投入正常使用。
6.塔吊桩基础采用钻孔灌注桩
7.桩上部钢支柱采用H型钢,上端标高-0.50m
8.塔吊基础采用C30水下混凝土,Φ800钻孔灌注桩,上部H型钢格构非标准节插入桩内2500。
塔吊标准节与型钢格构用高强度螺栓和盖板焊接连接固定。
详见附图
三、计算依据
1.《地基基础设计规范》DGJ08-11-1999
2.《建筑桩技术规范》JGJ94-94
3.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002
4.《建筑结构焊接规程》JGJ80-91
5.《建筑结构设计荷载规范》GB50009-2001
6.沪淞建筑机械厂有限公司的QTZ80A、80B塔式起重机的《使用说明书》
7.本工程平面图、结构图、围檩支撑图
四、塔吊分项参数计算
塔吊是施工场地最重要的施工机械之一,其使用贯穿了整个工程。
在这过程中间隔时间长,不可预见性因素多,为确保塔吊的安全,以下计算都按极限苛刻条件下能保证塔吊正常工作计算。
即:
塔吊设置在最大开挖深度处;型钢柱与混凝土灌注桩连接按光滑面锚固。
(计算详值见计算表格)
1.基础竖向极限承载力计算
F=F1+F2
F——基础竖向极限承载力kn
F1——塔吊自重(包括压重)kn
F2——最大起吊重量kn
2.单桩抗压承载力、抗拔力计算
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)
(“+”计算结果为抗压,“-”为抗拔)
其中Ni——单桩桩顶竖向力设计值kN
n——单桩个数,n=4;
F——作用于桩基承台顶面的竖向力设计值T
G——塔吊基础重量KN
Mx,My——承台底面的弯矩设计值kN.m
xi,yi——单桩相对承台中心轴的XY方向距离m
M——塔吊的倾覆力矩kN.m
3.桩长以及桩径计算
桩采用钻孔灌注桩
Rk实际=fpAp+Up∑fsli>R=Ni×ξ1
UP=πd
其中Rk实际——实际钻孔灌注桩承载能力KN
fpAp——桩端面承载能力KN
Up∑fsli——桩侧摩擦阻力总和KN
R——单桩轴向承力安全值KN
ξ1——桩安全系数取2
d——桩直径m
4.桩抗拔验算
Qk=λRk实际
5.桩配筋计算
桩身配筋率可取0.20%~0.65%(计算取上限0.65%),抗压主筋不应少于6Φ10,箍筋采用不少于Φ6@300mm的螺旋箍筋,在桩顶5倍桩身直径范围内箍筋Φ6@100mm,每隔2m设一道2Φ12焊接加强箍筋。
As=S桩截面×配筋率
n=4As/(πφ2)
其中n——竖筋根数根
As——钢筋总截面积m
Φ——竖筋直径m
6.桩上部钢支柱计算
钢支柱采用h×b×tw×t=350×350×12×19,H型钢。
A=hb-(b-tw)(h-2t)=0.017㎡
1)四柱整体验算
A总=4A
截面惯性矩Iz
回转半径i=(Iz/A总)0.5
构架长细比
查φ
2)单柱验算
Iz
i=(Iz/A)0.5
井架长细比
查φ
7.钢支柱上部螺栓紧固水平钢板抗拔计算
H型钢上部螺栓紧固水平钢板采用500×500厚20,Q235钢板,采用电焊与下部H型钢焊接,焊接高度不小于6mm。
1)焊接强度验算
160
σ——焊接强度
N——轴心最大拔力,等于塔吊拔力
——焊缝长度等于4478mm
——焊缝的抗拉抗压强度设计值,Q235等于160
8.缀条计算
缀条采用12#槽钢截面面积A=0.0015700㎡
V=V1+V2
V1——塔吊水平力引起应力
V1=F4/2
F4——塔吊水平力
V2——塔吊扭矩引起应力
V2=Mn/2(D×1.414)
Mn——塔吊扭矩
D——桩间距
fv>V/A
fv——槽钢的抗剪强度,厚度小于16mm,取125
A——槽钢截面积
9.螺栓计算
采用φ30高强度螺栓,每肢2颗
A总=πd2
σ=N拔/A总<295
螺栓抗剪验算
τ=MnA总/(2×桩间距/1.414) 10.桩水平力验算 由于地质报告未进行桩侧土水平抗力系数的比例系数m试验,采用规范提供的经验值如下表所示。 取8MN/m4。 序号 土的分类 m(MN/m4) 1 流塑粘性土IL>1、淤泥 3~5 2 软塑粘性土1>IL>0.5、粉砂 5~10 3 硬塑粘性土0.5>IL>0、细砂、中砂 10~20 4 坚硬、半坚硬粘性土IL<0、粗砂 20~30 5 砾砂、角砾、圆砾、碎石、卵石 30~80 6 密实粗砂夹卵石,密实漂卵石 80~120 1)基本资料: 桩类型: 桩身配筋率ρg<0.65%的灌注桩桩顶约束情况: 铰接、自由 截面类型: 圆形截面桩身直径d=800mm 混凝土强度等级C30Ft=1.50N/mmEc=30000N/mm 桩身纵筋As=3267mm净保护层厚度c=50mm 钢筋弹性模量Es=200000N/mm 桩入土深度h=23.000m 桩侧土水平抗力系数的比例系数m=8MN/m4 桩顶竖向力N=1000.0kN 设计时执行的规范: 《建筑桩基技术规范》(JGJ94-94)以下简称桩基规范 2)单桩水平承载力设计值计算: (1)、桩身配筋率ρg: ρg=As/(π×d2/4)=3267/(π×8002/4)=0.65% (2)、桩身换算截面受拉边缘的表面模量Wo: 扣除保护层的桩直径do=d-2×c=800-2×50=700mm 钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值 αE=Es/Ec=200000/30000=6.667 Wo=π×d/32×[d2+2×(αE-1)×ρg×do2] =π×0.800/32×[0.8002+2×(6.667-1)×0.65%×0.7002]=0.053m (3)、桩身换算截面积An: An=π×d2/4×[1+(αE-1)×ρg] =π×0.8002/4×[1+(6.667-1)×0.65%]=0.52m (4)、桩身抗弯刚度EI: 桩身换算截面惯性距Io=Wo×d/2=0.053×0.800/2=0.0212m4 对于钢筋混凝土桩,EI=0.85×Ec×Io EI=0.85×30000×1000×0.0212=541622.927kN/m (5)、桩的水平变形系数α按下式确定: α=(m×bo/EI)1/5(桩基规范5.4.5) 对于圆形桩,当直径d≤1m时,bo=0.9×(1.5×d+0.5) bo=0.9×(1.5×0.800+0.5)=1.530m α=(8000×1.530/541622.927)1/5=0.4686(1/m) (6)、桩顶(身)最大弯矩系数νm: 桩的换算埋深αh=0.4686×25.000=11.715 查桩基规范表5.4.2得: νm=0.768 (7)、其余参数: 桩截面模量塑性系数γm=2.00(圆形截面) 桩顶竖向力影响系数ζN=0.5(竖向压力) (8)、单桩水平承载力设计值Rh: 对于桩身配筋率ρg<0.65%的灌注桩,可按下列公式计算单桩水平承载力设计值 Rh=α×γm×ft×Wo/νm×(1.25+22×ρg)×(1±ζN×N/γm/ft/An)(桩基规范5.4.2-1) =0.469×2×1500×0.053/0.768×(1.25+22×0.65%)×(1+0.5×1000.0/2/1500/0.52)=178.7kN 四桩水平承载力 =4×178.7kN=714.8kN>62KN 11、QTZ80B塔式起重机基础计算表 符号 意义 公式 单位 计算值 钻孔灌注桩计算 G 桩上部钢支架总重 KN 60.0 m 标准节重 KN 9.3 b 标准节边长 M 1.8 N 标准节数量 节 20.0 F1 塔吊自重(包括平衡重) KN 587.0 F2 最大起吊重量 KN 80.0 F3 标准节总重 KN 186.0 Mn 基础承受扭矩 F3=m×N KN.m 310.0 M 倾覆力矩 KN.m 1642.0 F4 水平荷载 KN 62.0 钻孔灌注桩桩顶标高 m -9.05 ξ1 桩安全系数 取 2.0 d 桩直径 m 0.80 D 桩间距 D=9d/4 m 1.800 l 取桩有效长度(最大开挖深度至桩底) m 23 Ni 单桩承力设计值 KN 1177.090 N拔 抗拔力设计值 KN -629.290 R 单桩轴向承力安全值 KN 2354.181 Up∑qsili 桩侧总极限摩擦阻力 KN 1666.301 qpAp 桩端点极限承载力 KN 904.779 Rk实际 取桩长度后实际承载力 Rk实际=fpAp+Up∑fsli KN 2571.079 符合 Qk 取桩长度后实际抗拔力 Qk=λRk KN 1542.648 满足 桩配筋计算 根据桩径按内插法计算工程桩桩身配筋率(0.20%~0.65%) 取 0.65% As 截面钢筋面积 m2 0.003267 Φ 竖筋直径 mm 20.000 n 竖筋数量 n=4As/(πΦ2) 根 10.4 箍筋取 Φ8@200mm的螺旋箍筋 桩上部钢立柱计算 H型钢规格 350×350×12×19 30 H 桩顶到钢构件上端长度 m 9.9 A 横截面面积 ㎡ 0.017 I合 四根立柱组合极惯性距 外部参照CAD自动计算 m4 0.056284 I单柱 单柱极惯性矩 外部参照CAD自动计算 m4 0.000068 i合 四根立柱组合回转半径 i=(I/4A)0.5 M 0.908611 i单柱 单柱回转半径 i=(I/A)0.5 0.062942 λ合 四根立柱组合长细比 λ=H/i 10.840724 φ=0.984 λ单柱 单柱长细比 λ=H/i 23.831576 φ=0.848 σ合 最大应力 σ=Ni/Aφ N/mm2 70.184816 满足 σ单柱 最大应力 σ=Ni/Aφ N/mm2 81.441 满足 钢构件插入桩深度(不计钢柱顶端阻力) τ 钢筋和混凝土的粘结应力(光面钢筋取1.5~3.5) kN/m2 1.5E+03 d 型钢等截面圆钢直径 m 0.147 h 插入桩长度 h=Ni/(τ×π×d) m 1.696 型钢上部水平钢板焊接强度验算 σ 焊接强度 N/mm2 23.422 满足 N 塔吊拔力 N 629290.319 lw 焊缝长度 mm 4478.000 t 焊缝高度,等于6 mm 6.000 缀条计验算 规格 C12槽钢 面积(A) mm2 1570 V1 塔吊水平力引起剪力 V1=F4/2 KN 31.000 V2 扭矩引起的剪力 V2=Mn/2(D×1.414) KN 60.899 V 水平力和扭矩组合作用剪力 V=V1+V2 KN 91.899 fv 槽钢抗剪强度 fv>V/A N/mm2 58.534 满足 螺栓计算 塔吊每肢螺栓数 颗 3 d 螺栓直径 mm 30 A 螺栓截面积 m㎡ 2121 σ 螺栓应力 σ=N拔/A N/mm2 297 满足 τ 剪力 τ=Mn/(2×D×1.414)/A N/mm2 28.718 满足 12、QTZ80A塔式起重机基础计算表 符号 意义 公式 单位 计算值 钻孔灌注桩计算 G 桩上部钢支架总重 KN 60.0 m 标准节重 KN 9.3 b 标准节边长 M 1.6 N 标准节数量 节 20.0 F1 塔吊自重(包括平衡重) KN 587.0 F2 最大起吊重量 KN 60.0 F3 标准节总重 KN 186.0 Mn 基础承受扭矩 F3=m×N KN.m 348.0 M 倾覆力矩 KN.m 1242.0 F4 水平荷载 KN 72.0 钻孔灌注桩桩顶标高 m -9.05 ξ1 桩安全系数 取 2.0 d 桩直径 m 0.80 D 桩间距 D=2d m 1.600 l 取桩有效长度(最大开挖深度至桩底) m 23 Ni 单桩承力设计值 KN 1036.464 N拔 抗拔力设计值 KN -500.664 R 单桩轴向承力安全值 KN 2072.929 Up∑qsili 桩侧总极限摩擦阻力 KN 1666.301 qpAp 桩端点极限承载力 KN 904.779 Rk实际 取桩长度后实际承载力 Rk实际=fpAp+Up∑fsli KN 2571.079 符合 Qk 取桩长度后实际抗拔力 Qk=λRk KN 1542.648 满足 桩配筋计算 根据桩径按内插法计算工程桩桩身配筋率(0.20%~0.65%) 取 0.65% As 截面钢筋面积 m2 0.003267 Φ 竖筋直径 mm 20.000 n 竖筋数量 n=4As/(πΦ2) 根 10.4 箍筋取 Φ8@200mm的螺旋箍筋 桩上部钢立柱计算 H型钢规格 350×350×12×19 30 H 桩顶到钢构件上端长度 m 9.9 A 横截面面积 ㎡ 0.017 I合 四根立柱组合极惯性距 外部参照CAD自动计算 m4 0.044694 I单柱 单柱极惯性矩 外部参照CAD自动计算 m4 0.000675 i合 四根立柱组合回转半径 i=(I/4A)0.5 M 0.809675 i单柱 单柱回转半径 i=(I/A)0.5 0.199039 λ合 四根立柱组合长细比 λ=H/i 12.165374 φ=0.978 λ单柱 单柱长细比 λ=H/i 7.536206 φ=0.99 σ合 最大应力 σ=Ni/Aφ N/mm2 62.179037 满足 σ单柱 最大应力 σ=Ni/Aφ N/mm2 61.425 满足 钢构件插入桩深度(不计钢柱顶端阻力) τ 钢筋和混凝土的粘结应力(光面钢筋取1.5~3.5) kN/m2 1.5E+03 d 型钢等截面圆钢直径 m 0.147 h 插入桩长度 h=Ni/(τ×π×d) m 1.493 型钢上部水平钢板焊接强度验算 σ 焊接强度 N/mm2 18.634 满足 N 塔吊拔力 N 500664.356 lw 焊缝长度 mm 4478.000 t 焊缝高度,等于6 mm 6.000 缀条计验算 规格 C12槽钢 面积(A) mm2 1570 V1 塔吊水平力引起剪力 V1=F4/2 KN 36.000 V2 扭矩引起的剪力 V2=Mn/2(D×1.414) KN 76.909 V 水平力和扭矩组合作用剪力 V=V1+V2 KN 112.909 fv 槽钢抗剪强度 fv>V/A N/mm2 71.917 满足 螺栓计算 塔吊每肢螺栓数 颗 3 d 螺栓直径 mm 30 A 螺栓截面积 m㎡ 2121 σ 螺栓应力 σ=N拔/A N/mm2 236 满足 τ 剪力 τ=Mn/(2×D×1.414)/A N/mm2 36.268 满足 五、材料选用及施工方法 根据计算塔吊基础选用 1、桩基选用C30水下混凝土Φ800钻孔灌注桩,桩长(自桩顶垫层面以上100至桩底)为23米,桩身配12Φ22主筋,φ8@200螺旋箍筋,桩顶以下3000采用φ8@100螺旋箍筋。 2Φ12@2000焊接加强箍筋。 QTZ80B(工作幅度60M,额定起重力矩800KN.M)2台,桩间距同标准节宽度为1800。 QTZ80A(工作幅度55M,额定起重力矩800KN.M)4台,桩间距同标准节宽度为1600。 2、格构立柱采用Q235H型钢350×350×12×19,锚入桩身≥2500,长度详附图。 缀条选用12#槽钢,上下各设双拼12#槽钢,每隔1500设12#槽钢水平撑及缀条斜撑。 以加强其稳定性。 3、塔身标准节与格构采用螺栓连接,为防止因H型钢立柱安装偏位,而造成塔身与格构产生较大剪力且安装困难,在格构顶部采用Q235H型钢350×350×12×19十字水平梁。 水平梁连接处用550×350×20加强板,与立柱处用牛腿焊接连接,立柱顶部用500×500×20钢板与标准节连接,采用2-M30螺栓及焊接固定。 详附图 4、塔吊标准节安装之前应对立柱格构标高进行复核,并用气割割平后再焊接连接板,确保顶部水平,保证塔身垂直。 5、型钢格构立柱缀条随挖土进度焊接,以确保格构的稳定性。 挖土完成后应尽快将露明铁件除锈,并刷防锈漆及与塔吊同色的保护漆。 6、格构立柱应与灌注桩钢筋焊接接地。 五、附图 说明
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