QTZ80塔吊计算书
塔吊四桩基础的计算书
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)。
一. 参数信息
塔吊型号:QTZ80（ZJ5710）塔机自重标准值:Fk1=777.00kN
起重荷载标准值:Fqk=60kN 塔吊最大起重力矩:M=810kN.m
非工作状态下塔身弯矩:M=1668kN.m 塔吊独立计算高度:H=43m（塔吊安装高度111.35m）塔身宽度:B=1.6m 桩身混凝土等级:C30
承台混凝土等级:C35 保护层厚度:H=50mm
矩形承台边长:H=3m 承台厚度:Hc=1.3m
承台箍筋间距:S=200mm 承台钢筋级别:HRB400
承台顶面埋深:D=0m 桩直径:d=0.8m
桩间距:a=2.1m 桩钢筋级别:HRB400
桩入土深度:46.75m 桩型与工艺:泥浆护壁钻(冲)孔灌注桩
计算简图如下：
二. 荷载计算
1. 自重荷载及起重荷载
1) 塔机自重标准值
F k1=777kN
2) 基础以及覆土自重标准值
G k=3×3×1.30×25=292.5kN
承台受浮力：F lk=3×3×0.80×10=72k N
3) 起重荷载标准值
F qk=60kN
2. 风荷载计算
1) 工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a. 塔机所受风均布线荷载标准值 (Wo=0.2kN/m2)
=0.8×1.49×1.95×1.674×0.2=0.78kN/m2
=1.2×0.78×0.35×1.6=0.52kN/m
b. 塔机所受风荷载水平合力标准值
F vk=q sk×H=0.52×43.00=22.49kN
c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值
M sk=0.5F vk×H=0.5×22.49×43.00=483.47kN.m
2) 非工作状态下塔机塔身截面对角线方向所受风荷载标准值
a. 塔机所受风均布线荷载标准值 (本地区 Wo=0.60kN/m2)
=0.8×1.55×1.95×1.674×0.60=2.43kN/m2
=1.2×2.43×0.35×1.60=1.63kN/m
b. 塔机所受风荷载水平合力标准值
F vk=q sk×H=1.63×43.00=70.18kN
c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值
M sk=0.5F vk×H=0.5×70.18×43.00=1508.83kN.m
3. 塔机的倾覆力矩
工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值
M k=1668+0.9×(810+483.47)=2832.13kN.m
非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值
M k=1668+1508.83=3176.83kN.m
三. 桩竖向力计算
非工作状态下：
Q k=(F k+G k)/n=(777+292.50)/4=267.38kN
Q kmax=(F k+G k)/n+(M k+F vk×h)/L
=(777+292.5)/4+(3176.83+70.18×1.30)/2.97=1367.95kN
Q kmin=(F k+G k-F lk)/n-(M k+F vk×h)/L
=(777+292.5-72)/4-(3176.83+70.18×1.30)/2.97=-851.20kN
工作状态下：
Q k=(F k+G k+F qk)/n=(777+292.50+60)/4=282.38kN
Q kmax=(F k+G k+F qk)/n+(M k+F vk×h)/L
=(777+292.5+60)/4+(2832.13+22.49×1.30)/2.97=1245.99kN
Q kmin=(F k+G k+F qk-F lk)/n-(M k+F vk×h)/L
=(777+292.5+60-72)/4-(2832.13+22.49×1.30)/2.97=-699.24kN
四. 承台受弯计算
1. 荷载计算
不计承台自重及其上土重，第i桩的竖向力反力设计值：
工作状态下：
最大压力 N i=1.35×(F k+F qk)/n+1.35×(M k+F vk×h)/L
=1.35×(777+60)/4+1.35×(2832.13+22.49×1.30)/2.97=1583.37kN 最大拔力 N i=1.35×(F k+F qk)/n-1.35×(M k+F vk×h)/L
=1.35×(777+60)/4-1.35×(2832.13+22.49×1.30)/2.97=-1018.39kN 非工作状态下：
最大压力 N i=1.35×F k/n+1.35×(M k+F vk×h)/L
=1.35×777/4+1.35×(3176.83+70.18×1.30)/2.97=1748.02kN
最大拔力 N i=1.35×F k/n-1.35×(M k+F vk×h)/L
=1.35×777/4-1.35×(3176.83+70.18×1.30)/2.97=-1223.54kN
2. 弯矩的计算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》第6.4.2条
其中 M x,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 i──不计承台自重及其上土重，第i桩的竖向反力设计值(kN)。
由于非工作状态下，承台正弯矩最大：
M x=M y=2×1748.02×0.25=874.01kN.m
承台最大负弯矩:
M x=M y=2×-1223.54×0.25=-611.77kN.m
3. 配筋计算
根据《混凝土结构设计规》GB50010-2010第6.2.10条
式中α1──系数，当混凝土强度不超过C50时，α1取为1.0,当混凝土强度等级为C80时，α1取为0.94,期间按线性插法确定；
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=360N/mm2。
底部配筋计算:
αs=874.01×106/(1.000×16.700×3000.000×12502)=0.0112
=1-(1-2×0.0112)0.5=0.0112
γs=1-0.0112/2=0.9944
A s=874.01×106/(0.9944×1250.0×360.0)=1953.2mm2
顶部配筋计算:
αs=611.77×106/(1.000×16.700×3000.000×12502)=0.0078
=1-(1-2×0.0078)0.5=0.0078
γs=1-0.0078/2=0.9944
A s=611.77×106/(0.9961×1250.0×360.0)=1364.8mm2
五. 承台剪切计算
最大剪力设计值： V max=1748.02kN
依据《混凝土结构设计规》(GB50010-2010)的第6.3.4条。
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：
式中λ──计算截面的剪跨比,λ=1.500
f t──混凝土轴心抗拉强度设计值，f t=1.570N/mm2；
b──承台的计算宽度，b=3000mm；
h0──承台计算截面处的计算高度，h0=1250mm；
f y──钢筋受拉强度设计值，f y=360N/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. 承台受冲切验算
角桩轴线位于塔机塔身柱的冲切破坏锥体以，且承台高度符合构造要求，故可不进行承台角桩冲切承载力验算
七. 桩身承载力验算
桩身承载力计算依据《建筑桩基础技术规》(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=1.35×1367.95=1846.74kN
桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：
其中Ψc──基桩成桩工艺系数，取0.75
f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=14.3N/mm2；
A ps──桩身截面面积，A ps=502655mm2。
桩身受拉计算，依据《建筑桩基技术规》JGJ94-2008 第5.8.7条
受拉承载力计算，最大拉力N=1.35×Q kmin=-1149.12kN
经过计算得到受拉钢筋截面面积 A s=3192.013mm2。
由于桩的最小配筋率为0.20%，计算得最小配筋面积为1005mm2
综上所述，全部纵向钢筋面积1005mm2
八. 桩竖向承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)的第6.3.3和6.3.4条 轴心竖向力作用下，Q k =282.38kN ；偏向竖向力作用下，Q kmax =1367.95kN.m
桩基竖向承载力必须满足以下两式：
单桩竖向承载力特征值按下式计算：
其中 R a ──单桩竖向承载力特征值；
q sik ──第i 层岩石的桩侧阻力特征值；按下表取值；
q pa ──桩端端阻力特征值，按下表取值；
u──桩身的周长，u=2.51m ；
A p ──桩端面积,取A p =0.50m 2；
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
土层号 土层名称 土层厚度m （约） 钻孔灌注桩摩阻力标准值（KPa ） 桩周土摩擦力 桩端土承载力 1
2-1 淤泥 2.8 5.0 0 2
2-2 淤泥 9.7 5.5 0 3
3-2 粘土 9.3 16 250 4
4-1 粉质粘土 3.3 22 350 5
4-2 淤泥质粘土 13.8 11 200 6 5-1 粉质粘土 7.85 23 400
最大压力验算:
R a =2.51×(2.8×5+9.7×5.5+9.3×16+3.3×22+13.8×11+7.85×23)+400×0.50=1762.06kN 由于: R a = 1762.06 > Q k = 282.38,最大压力验算满足要求!
由于: 1.2R a = 2114.47 > Q kmax = 1367.95,最大压力验算满足要求!
九. 桩的抗拔承载力验算
依据《塔式起重机混凝土基础工程技术规程》(JGJ/T 187-2009)的第6.3.5条
偏向竖向力作用下，Q kmin =-851.20kN.m
桩基竖向承载力抗拔必须满足以下两式：
式中 G p──桩身的重力标准值，水下部分按浮重度计；
λi──抗拔系数；
R a=2.51×(0.750×2.8×5+0.750×9.7×5.5+0.750×9.3×16+0.750×3.3×22+0.750×13.8×11+0.700×7.85×23)=1265.554kN
G p=0.503×(46.75×25-46.75×10)=352.487kN
由于: 1265.55+352.49 >= 851.2，抗拔承载力满足要求!
十. 桩式基础格构柱计算
依据《钢结构设计规》(GB50017-2011)。
1. 格构柱截面的力学特性：
格构柱的截面尺寸为0.46×0.46m；
主肢选用:16号角钢b×d×r=160×10×16mm；
缀板选用(m×m):0.01×0.40
主肢的截面力学参数为 A0=31.50cm2，Z0=4.31cm，I x0=779.53cm4，I y0=779.53cm4；
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×[779.53+31.50×(46/2-4.31)2]=47134.74cm4；
I y=4×[779.53+31.50×(46/2-4.31)2]=47134.74cm4；
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9.00m；
I ── 格构柱的截面惯性矩，取,I x=47134.74cm4，I y=47134.74cm4； A0── 一个主肢的截面面积，取31.50cm2。
经过计算得到λx=46.53,λy=46.53。
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=0.40m。
a1── 格构架截面长，取 a1=0.46m。
经过计算得 i1=[(0.012+0.402)/48+5×0.462/8]0.5=0.37m。
γ1=9.00/0.37=24.44。
换算长细比计算公式：
经过计算得到λkx=52.56,λky=52.56。
3. 格构柱的整体稳定性计算：
格构柱在弯矩作用平面的整体稳定性计算公式：
其中N ── 轴心压力的计算值(kN)；取 N=1.35Q kmax=1846.74kN；
A── 格构柱横截面的毛截面面积，取4×31.50cm2；
φ── 轴心受压构件弯矩作用平面的稳定系数；
根据换算长细比λ0x=52.56，λ0y=52.56≤150
满足要求!
查《钢结构设计规》得到φx=0.85,φy=0.85。
X方向：N/φA=1846737/(0.85×12600.8)=173≤215.00 N/mm2满足要求!
Y方向：N/φA=1846737/(0.85×12600.8)=173≤215.00 N/mm2满足要求!
4. 格构分肢的长细比验算：
由于格构形式采用，分肢选取16号角钢b×d×r=160×10×16mm，其回转半径i=32mm。
λ1=L/i=700/32=21.88≤0.5×
λ0x=26.28 且小于等于40满足要求!
塔吊计算满足要求！