矩形承台桩基础计算1

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: QTZ63 塔机自重标准值:Fk1=450.80kN 起重荷载标准值:Fqk=60.00kN

塔吊最大起重力矩:M=3500.00kN.m 塔吊计算高度: H=114.8m 塔身宽度: B=1.60m

非工作状态下塔身弯矩:M1=-200kN.m 桩混凝土等级: C80 承台混凝土等级:C35

保护层厚度: 50mm 矩形承台边长: 5.0m 台厚度: Hc=1.300m

承台箍筋间距: S=200mm 承台钢筋级别: HRB335 台顶面埋深: D=0.000m

桩直径: d=0.500m 桩间距: a=3.400m 钢筋级别: HRB335

桩入土深度: 21.00m 桩型与工艺: 预制桩 空心直径: 0.250m 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 Fk1=450.8kN

2) 基础以及覆土自重标准值 Gk=5×5×1.30×25=812.5kN

承台受浮力：Flk=5×5×0.80×10=200kN 3) 起重荷载标准值 Fqk=60kN

承承桩桩

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)

=0.8×1.59×1.95×1.39×0.2=0.69kN/m2

=1.2×0.69×0.35×1.6=0.46kN/m

b. 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=0.46×114.80=53.20kN c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×53.20×114.80=3053.44kN.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=0.35kN/m2)

=0.8×1.63×1.95×1.39×0.35=1.24kN/m2

=1.2×1.24×0.35×1.60=0.83kN/m

b. 塔机所受风荷载水平合力标准值 Fvk=qsk×H=0.83×114.80=95.43kN c. 基础顶面风荷载产生的力矩标准值

Msk=0.5Fvk×H=0.5×95.43×114.80=5477.95kN.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

Mk=-200+0.9×(3500+3053.44)=5698.10kN.m 非工作状态下，标准组合的倾覆力矩标准值 Mk=-200+5477.95=5277.95kN.m

三. 桩竖向力计算

非工作状态下：

Qk=(Fk+Gk)/n=(450.8+812.50)/5=252.66kN Qkmax=(Fk+Gk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=(450.8+812.5)/5+(5277.95+95.43×1.30)/4.81=1376.30kN Qkmin=(Fk+Gk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L

=(450.8+812.5-200)/5-(5277.95+95.43×1.30)/4.81=-910.98kN 工作状态下：

Qk=(Fk+Gk+Fqk)/n=(450.8+812.50+60)/5=264.66kN

Qkmax=(Fk+Gk+Fqk)/n+(Mk+Fvk×h)/L

=(450.8+812.5+60)/5+(5698.10+53.20×1.30)/4.81=1464.27kN Qkmin=(Fk+Gk+Fqk-Flk)/n-(Mk+Fvk×h)/L

=(450.8+812.5+60-200)/5-(5698.10+53.20×1.30)/4.81=-974.95kN

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 Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×(450.8+60)/5+1.35×(5698.10+53.20×1.30)/4.81=1757.39kN

最大拔力 Ni=1.35×(Fk+Fqk)/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×(450.8+60)/5-1.35×(5698.10+53.20×1.30)/4.81=-1481.56kN

非工作状态下：

最大压力 Ni=1.35×Fk/n+1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×450.8/5+1.35×(5277.95+95.43×1.30)/4.81=1638.63kN

最大拔力 Ni=1.35×Fk/n-1.35×(Mk+Fvk×h)/L

=1.35×450.8/5-1.35×(5277.95+95.43×1.30)/4.81=-1395.20kN

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 Mx,My1──计算截面处XY方向的弯矩设计值(kN.m)； xi,yi──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；

Ni──不计承台自重及其上土重，第i桩的竖向反力设计值(kN)。

由于工作状态下，承台正弯矩最大：

Mx=My=2×1757.39×0.90=3163.30kN.m 承台最大负弯矩:

Mx=My=2×-1481.56×0.90=-2666.81kN.m

3. 配筋计算

根据《混凝土结构设计规程》GB50010-2002第7.2.1条

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； fc──混凝土抗压强度设计值； h0──承台的计算高度；

fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/mm2。 底部配筋计算:

s=3163.30×106/(1.000×16.700×5000.000×12502)=0.0242 =1-(1-2×0.0242)0.5=0.0245 s=1-0.0245/2=0.9877

As=3163.30×106/(0.9877×1250.0×300.0)=8540.3mm2 顶部配筋计算:

s=2666.81×106/(1.000×16.700×5000.000×12502)=0.0204 =1-(1-2×0.0204)0.5=0.0207 s=1-0.0207/2=0.9877

As=2666.81×106/(0.9897×1250.0×300.0)=7185.7mm2

五. 承台剪切计算

最大剪力设计值： Vmax=1757.39kN

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)的第7.5.7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 ──计算截面的剪跨比,=1.500

ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，ft=1.570N/mm2； b──承台的计算宽度，b=5000mm；

h0──承台计算截面处的计算高度，h0=1250mm； fy──钢筋受拉强度设计值，fy=300N/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内，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=1.35×1464.27=1976.77kN

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0.85

fc──混凝土轴心抗压强度设计值，fc=35.9N/mm2； Aps──桩身截面面积，Aps=147262mm2。 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=1.35×Qkmin=-1316.18kN 经过计算得到受拉钢筋截面面积 As=4387.281mm2。

由于桩的最小配筋率为0.45%，计算得最小配筋面积为663mm2 综上所述，全部纵向钢筋面积663mm2

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，Qk=264.66kN；偏向竖向力作用下，Qkmax=1464.27kN.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 Ra──单桩竖向承载力特征值；

qsik──第i层岩石的桩侧阻力特征值；按下表取值； qpa──桩端端阻力特征值，按下表取值； u──桩身的周长，u=1.57m； Ap──桩端面积,取Ap=0.20m2；

li──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 土层厚度(m) 侧阻力特征值(kPa) 端阻力特征值(kPa) 土名称

1 2 24 0 粘性土

2 2.5 25 0

粉土或砂土

3 4 25 0 粉土或砂土

4 20 26 500 粉土或砂土

由于桩的入土深度为21m,所以桩端是在第4层土层。 最大压力验算:

Ra=1.57×(2×24+2.5×25+4×25+12.5×26)+500×0.20=939.34kN 由于: Ra = 939.34 > Qk = 264.66,所以满足要求!

由于: 1.2Ra = 1127.20 < Qkmax = 1464.27,所以不满足要求!

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，Qkmin=-974.95kN.m 桩基竖向承载力抗拔必须满足以下两式：

式中 Gp──桩身的重力标准值，水下部分按浮重度计； i──抗拔系数；

Ra=1.57×(0.750×2×24+0.700×2.5×25+0.700×4×25+0.700×12.5×26)=637.351kN

Gp=0.196×(21×25-21×10)=61.850kN

由于: 637.35+61.85 >= 974.95 满足要求!