塔吊基础设计四桩.docx
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塔吊基础设计四桩.docx
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塔吊基础设计四桩
塔吊基础设计(四桩)计算书
工程名称:
样板工程
编制单位:
XXX建筑有限公司
一、编制依据
1.《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002);
2.《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003);
3.《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006年版);
4.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002);
5.《简明钢筋混凝土结构计算手册》;
6.《地基及基础》(高等数学教学用书)(第二版);
7.建筑、结构设计图纸;
8.塔式起重机使用说明书;
9.塔式起重机设计规范(GB/T13752-92);
10.《建筑机械使用安全技术规程》(JGJ33-2001、J119-2001);
11.岩土工程勘查报告。
二、计算参数
工程建筑面积65000m2,总高度m,地上18层,地下2层;
塔吊型号QTZ160,臂长65.00m,安装高度203.00m;
塔身尺寸1.70m,基坑底标高-5.50m;
现场面标高0.00m,承台面标高-4.70m。
1.塔吊基础受力情况:
荷载工况
基础荷载
P(kN)
M(kN.m)
Fk
Fh
M
MZ
工作状态
950
30
1700
340
非工作状态
850
70
2000
0
比较桩基础塔吊的工作状态和非工作状态的受力情况,塔吊基础按非工作状态计算
Fk=850.00×1.2=1020.00kNFh=70.00×1.4=98.00kN
Mk=(2000.00+70.00×1.40)×1.4=2937.20kN.m
2.桩顶以下岩土力学资料
序号
地层名称
厚度L
(m)
桩侧土摩阻力特征值qsia(kPa)
持力岩层端阻力特征值qpa(kPa)
桩侧岩层和桩端岩层单轴抗压强度frs、、frp(kPa)
qsia*
i
(kN/m)
抗拔摩阻力折减系数
λi
λi
qsia*
i
(kN/m)
1
松散粉细砂
0.20
40
8.00
0.4
3.20
2
中密中粗砂
12.56
40
502.40
0.4
200.96
3
强风化粉砂岩
0.7
60
42.00
0.6
25.20
4
中风化粉砂岩
1.00
100
10000
100.00
0.7
70.00
5
微风化粉砂岩
0.5
180
10000
90.00
0.7
63.00
桩长
14.96
∑qsia*Li
742.40
∑λiqsia*Li
362.36
3、基础设计主要参数
基础桩采用4根φ500钻(冲)孔灌注桩,桩顶标高-6.10m,桩端不设扩大头,桩端入微风化粉砂岩0.50m;
桩混凝土等级C25,fC=11.90N/mm2,EC=2.80×104N/mm2;
ftk=1.78N/mm2,桩长14.96m;
钢筋HRB400,fy=360.00N/mm2,Es=2.00×105N/mm2;
承台尺寸长(a)=6.00m,宽(b)=6.00m,高(h)=1.50m,
桩中心与承台中心1.50m,承台面标高-4.70m;
承台混凝土等级C35,ft=1.57N/mm2,fC=16.70N/mm2,γ砼=25kN/m3。
Gk=a×b×h×γ砼×1.2=6.00×6.00×1.50×25×1.2=1620.00kN
塔吊基础尺寸示意图
三、单桩允许承载力特征值计算
1、单桩竖向承载力特征值
(1)、按地基土物理力学指标与承载力参数计算
单桩竖向承载力特征值计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》
DBJ15-31-2003第10.2.4条。
按下列公式计算:
Ra=Rsa+Rra+Rpa
Rsa=μ∑qsia
i
Rra=μpC2frshr
Rpa=C1frpAp
式中Rsa-桩侧土总摩阻力特征值;
Rra-桩侧岩总摩阻力特征值;
Rpa-持力岩层总端阻力特征值;
μp-桩嵌岩端截面周长;
hr-嵌岩深度,当岩面倾斜时以低点起计;
Ap-桩截面面积,对扩底桩取扩大头直径计算桩截面面积;
frs、frp-分别为桩侧岩层和桩端岩层的岩样天然湿度单轴抗压强度;
C1、C2-系数,根据持力层基岩完整程度及沉渣厚度等因素而定。
Ap=πd2/4=3.14×0.25/4=0.20m2,C1=0.40,C2=0.05
Rsa=u∑qsia
i=πd∑qsia
i=3.14×0.50×742.40=1165.57kN
Rra1=upC2frshr=0.80×3.14×0.50×0.05×10000.00×1.00=628.00kN
Rra2=upC2frshr=0.80×3.14×0.50×0.05×10000.00×0.50=314.00kN
Rpa=C1frpAp=0.80×0.40×10000.00×0.20=628.00kN
Ra=Rsa+Rra+Rpa=1165.57+628.00+314.00+628.00=2735.57kN
(2)、桩身截面强度计算
桩身混凝土强度计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003第10.2.7条。
按下式验算桩身截面强度:
式中ψc-工作条件系数,灌注桩取0.7~0.8(水下灌注桩取较低值),预制桩取
0.8~0.9;
fc-桩身混凝土轴心抗压强度设计值;
Ap-桩身横截面面积;
Q-相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向设计值。
Ψc=0.70
ΨcfcAp=0.70×11.90×1000×0.20=1634.76kN
2、单桩水平承载力特征值计算
灌注桩的水平承载力特征值计算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》
DBJ15-31-20第10.2.22条,按下式计算:
式中:
RHa-单桩水平承载力特征值;
α-桩的水平变形系数,按规范式(10.2.19)确定;
γm-塑性系数,圆形截面γm=2;
ftk-桩身混凝土抗拉强度标准值;
υm-桩身最大弯矩系数,按表10.2.23取值,视上部结构、承台、地梁对桩顶的约束程度及桩顶构造,分别按铰接或固接考虑;
N1k-桩顶扣除竖向活荷载作用的竖向力标准值;
ρg-桩身纵筋配筋率;
ζN-桩顶竖向力影响系数,竖向压力取ζN=0.8,竖向拉力取ζN=-1;
An-桩换算截面积,圆形截面为:
W0-桩身换算截面受拉边缘的截面抗弯模量,圆形截面取:
式中d-桩身直径;
d0-扣除保护层的桩直径;
Es-钢筋的弹性模量;
EC-混凝土的弹性模量。
Pg=0.3+(2000-500.00)/(2000-400)×(0.65-0.3)=0.63%
Wo=πd/32[d2+2(ES/EC-1)ρgd02]=0.05×(0.25+12.29×0.63%×0.13)=0.0128m3
Io=Wod/2=0.0128×0.50/2=0.0032m4
EI=0.85ECIo=0.85×2.80×107×0=75900.03
查(DBJ15-31-2003)P.118:
m=6.00×103kN/m4,bo=0.9(1.5d+0.5)=1.13m
α=(mbo/ECI)0.2=(6.00×1000×1.13/75900.03)0.2=0.62
α×L=0.62×14.96=9.22>4,满足长桩标准。
按α×L=4,查(DBJ15-31-2003)P.121:
υm=0.768
Nlk=(Fk+Gk)/n=(1020.00+1620.00)/4=660.00kN,γm=2,ζN=0.80
An=πd2/4[1+(Es/Ec-1)Pg]=0.20×(1+6.14×0.63%)=0.20m2
RHa=αγmftkW0/Vm(1.25+22ρg)(1+ζNN1k/γmftkAn)=36.44×1.39×1.73=87.40kN
3.单桩抗拔力特征值计算
桩抗拔力的验算依据广东省标准《建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003
第10.2.10条,按下式计算:
式中G0-桩自重,地下水位以下取有效重度计算;
qsia-桩侧土摩阻力特征值;
μp-桩周长,μp=πd;
λi-抗拔摩阻力折减系数。
0.9G0=0.9×0.20×14.96×25=66.06kN
Rta=upΣλiqsiaιi+0.9G0=1.57×362.36+66.06=634.96kN
四、单桩桩顶作用力计算和承载力验算
1、轴心竖向力作用下
Qik=(Fk+Gk)/n=(1020.00+1620.00)/4=660.00kN
轴心竖向力660.00kN小于2735.57kN,满足要求。
2、偏心竖向力作用
按照Mx作用在对角线进行计算,Mx=Mk=2937.20kN.myi=1.50m
Qik=(Fk+Gk)/n±Mxyi/Σyi2=660.00±6230.74÷9.00=660.00±692.30
=
{
1352.30kN
<
1.2Ra=3282.68kN
单桩承载力满足要求
<
ΨcfcAp=1634.76kN
桩身混凝土强度满足要求
-32.30kN
<
Rta=
634.96kN
单桩抗拔力满足要求
3、水平力作用下
Hik=Fh/n=98.00/4=24.50kN<RHa=87.40kN
单桩水平力24.50kN小于87.40kN,满足要求。
五、抗倾覆验算
bi=3.00+0.25=3.25ma1=1.50+0.25=1.75m
倾覆力矩M倾=M+Fhh=2000.00+70.00×1.40=2098.00kN.m
抗倾覆力矩M抗=(Fk+Gk)a1/2+2Rtabi
=(850.00+1350.00)×1.75+2×634.963×3.25=7977.26kN.m
M抗/M倾=7977.26/2098.00=3.80
抗倾覆验算3.80大于1.6,满足要求。
六、灌注桩配筋计算
承台下2(d+1)米深度范围土层类别(中密中粗砂)按
(DBJ15-31-2003)P.119查β=59.00
βd2(1.5d2+0.5d)0.2(1+0.8Nlk/γmftkAp)=14.75×0.91×1.76=23.57kN 桩身可不配抗弯钢筋,但应该按照规范规定配置构造钢筋ρ=ρg=0.63% As=ρAP=0.63%×196250.00=1233mm2,采用HRB400钢筋,fy=360.00N/mm2,取422 As1=4×379.9=1520mm2>As(满足要求) 桩顶钢筋抗拔验算1=32.30×1000÷1519.60=21.26N/mm2 桩顶钢筋抗拔验算2=1000×2098.00÷3.00÷2÷1519.60=230.10N/mm2 桩顶钢筋抗拔验算21.26与230.10N/mm2均小于360.00N/mm2,满足要求。 七、承台受冲切、受剪切承载力验算 按照广东省地基基础设计规范中10.5.4明确承台受冲切、受剪切承载力采用验算ho的高度来判断,可按下式计算: 式中Fι-作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值; fc-承台混凝土抗压强度设计值; μc-柱截面周长; F-作用于柱底的竖向压力设计值; ∑Qki-冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力(不计承台及其上覆土重)之和; Fk-作用于柱底处的竖向压力标准值; n-桩数; n0-冲切破坏锥体范围内的桩数。 Fι=F-1.2ΣQik=Fk=950.00kN,uc=4×0.2=0.80m,ho=1.50-0.07=1.43m 2×(Fι/fc)0.5-uc/8=2×(950000.00÷16.70)0.5-800.00÷8=377mm<h0=1430mm 承台有效高度377mm小于1430mm,满足要求。 八、承台配筋计算 1.基础弯矩计算 Ni=Fk/n+Mxyi/Σyi2=255.00+6230.74÷9.00=947.30kN,Xi=1.50m M=ΣNixi=2×947.30×1.50=2841.91kN.m 2.基础配筋计算 基础采用HRB335钢筋fy=300.00N/mm2 As1=M/0.9fyho=2841.91×106/(0.9×300.00×1430.00)=7361mm2 按照最小配筋率ρ=0.10%计算配筋 As2=ρbho=0.001×6000.00×1430.00=8580mm2 比较As1和As2,按As2配筋取3418@180mm(钢筋间距满足要求) As=34×254.0=8636mm2 承台配筋面积8636mm2大于8580mm2,满足要求。 九、计算结果 基础桩: 钻(冲)孔4根φ500灌注桩,桩顶标高-6.10m,桩长14.96m,桩端入微风化粉砂岩0.50m; 桩混凝土C25HRB400,钢筋422,箍筋采用φ8@250mm; 承台: 长(a)=6.00m,宽(b)=6.00m,高(h)=1.50m; 桩中心与承台中心1.50m,承台面标高-4.70m; 混凝土等级C35,HRB335钢筋3418@180mm。 塔吊基础平面图 桩大样图 塔吊基础剖面图 X
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