PKPM塔吊基础计算

一. 参数信息

塔吊型号:红旗II-16,自重(包括压重)F1=127.40kN,最大起重荷载F2=20.00kN

塔吊倾覆力距M=160.00kN.m,塔吊起重高度H=28.30m,塔身宽度B=2.5m

混凝土强度:C35,钢筋级别:Ⅰ级,承台长度Lc或宽度Bc=5.00m

桩直径或方桩边长 d=1.00m,桩间距a=4.00m,承台厚度Hc=0.80m

基础埋深D=1.50m,承台箍筋间距S=200mm,保护层厚度:50mm

二. 塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算

1. 塔吊自重(包括压重)F1=127.40kN

2. 塔吊最大起重荷载F2=20.00kN

作用于桩基承台顶面的竖向力 F=1.2×(F1+F2)=176.88kN

塔吊的倾覆力矩 M=1.4×160.00=224.00kN.m

三. 矩形承台弯矩的计算

计算简图：

图中x轴的方向是随机变化的，设计计算时应按照倾覆力矩M最不利方向进行验算。

1. 桩顶竖向力的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的第5.1.1条)

其中 n──单桩个数，n=4；

F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=1.2×147.40=176.88kN；

G──桩基承台的自重，G=1.2×（25.0×Bc×Bc×Hc+20.0×Bc×Bc×D)=1500.00kN； M x,M y──承台底面的弯矩设计值(kN.m)；

x i,y i──单桩相对承台中心轴的XY方向距离(m)；

N i──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。

经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:

最大压力：

N=(176.88+1500.00)/4+224.00×(4.00×1.414/2)/[2×(4.00×1.414/2)2]=458.82kN 没有抗拔力!2. 矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩基础技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)

其中 M x1,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 i1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，N i1=N i-G/n。

经过计算得到弯矩设计值：

N=(176.88+1500.00)/4+224.00×(4.00/2)/[4×(4.00/2)2]=447.22kN

M x1=M y1=2×(447.22-1500.00/4)×(2.00-1.25)=108.33kN.m

四. 矩形承台截面主筋的计算

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算。

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；

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=210N/mm2。

经过计算得s=108.33×106/(1.00×16.70×5000.00×750.002)=0.002

=1-(1-2×0.002)0.5=0.002

s=1-0.002/2=0.999

A sx= A sy=108.33×106/(0.999×750.00×210.00)=688.60mm2。

五. 矩形承台截面抗剪切计算

依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.和第5.6.11条。

根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对矩形承台的最大剪切力,考虑对称性，

记为V=458.82kN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：

其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；

──剪切系数,=0.19；

f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=16.70N/mm2；

b0──承台计算截面处的计算宽度，b0=5000mm；

h0──承台计算截面处的计算高度，h0=750mm；

f y──钢筋受拉强度设计值，f y=210.00N/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.桩承载力验算

桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1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=458.82kN

桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中0──建筑桩基重要性系数，取1.0；

f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=16.70N/mm2；

A──桩的截面面积，A=0.715m2。

经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋!

七.桩竖向极限承载力验算及桩长计算

桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3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=458.82kN

桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：

最大压力:

其中 R──最大极限承载力；

Q sk──单桩总极限侧阻力标准值:

Q pk──单桩总极限端阻力标准值:

Q ck──相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值:

q ck──承台底1/2承台宽度深度范围(≤5m)内地基土极限阻力标准值；

s,p──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数；

c──承台底土阻力群桩效应系数；按下式取值：

s,p,c──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，承台底土阻抗力分项系数；

q sk──桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，按下表取值；

q pk──极限端阻力标准值，按下表取值；

u──桩身的周长，u=3.142m；

A p──桩端面积,取A p=0.71m2；

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:

序号土厚度(m) 土侧阻力标准值(kPa) 土端阻力标准值(kPa) 土名称

1 2 28.5 1600 粘性土

2 3 43 1600 粘性土

3 5 22.5 1600 粘性土

4 1 43 1600 粘性土

由于桩的入土深度为10m,所以桩端是在第3层土层。

最大压力验算:

R=3.14×(2×28.5×0.9+3×43×0.9+5×22.5×0.9)/1.65+1.42×1600.00×

0.71/1.65+0.23×656.25/1.70=1582.50kN

上式计算的R的值大于最大压力458.82kN,所以满足要求!

八.桩式基础格构柱计算

依据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。

1. 格构柱截面的力学特性：

格构柱的截面尺寸为0.30×0.30m；

主肢选用:2号角钢b×d×r=20×3×3.5mm；

缀条选用:2号角钢b×d×r=20×3×3.5mm；

主肢的截面力学参数为 A0=1.13cm2，Z0=0.60cm，I x0=0.40cm4，I y0=0.40cm4；

缀条的截面力学参数为 A t=1.13cm2；

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×[0.40+1.13×(30/2-0.60)2]=940.53cm4；

I y=4×[0.40+1.13×(30/2-0.60)2]=940.53cm4；

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2.00m；

I ──格构柱的截面惯性矩，取,I x=940.53cm4，I y=940.53cm4；

A0──一个主肢的截面面积，取1.13cm2。

经过计算得到x=13.88,y=13.88。

换算长细比计算公式：

其中 A ──格构柱横截面的毛截面面积，取4×1.13cm2；

A1──格构柱横截面所截垂直于x-x轴或y-y轴的毛截面面积，取2×1.13cm2；

经过计算得到kx=16.51,ky=16.51。

3. 格构柱的整体稳定性计算：

格构柱在弯矩作用平面内的整体稳定性计算公式：

其中 N ──轴心压力的计算值(kN)；取 N=458.82kN；

A──格构柱横截面的毛截面面积，取4×1.13cm2；

──轴心受压构件弯矩作用平面内的稳定系数；

根据换算长细比0x=16.51,0y=16.51,查《钢结构设计规范》得到x=0.98,y=0.98。

经过计算得到 X方向的强度值为1035.3N/mm2，大于设计强度215N/mm2,所以不满足要求! Y方向的强度值为1035.3N/mm2，大于设计强度215N/mm2,所以不满足要求!项目名称_____________构件编号_____________日期_____________

设计者_____________

校对者_____________

一.计算参数信息:

柱传至承台的竖向力标准值: F=320kN 柱传至承台底面X方向的弯矩标准值: Mx=1080.00kN.m

混凝土强度等级: C30 钢筋级别:HRB400

承台以上土的厚度: H d=2m 混凝土保护层的厚度: H=50.00mm

3 桩的入土深度: d=15m 承台以上土的重度: γ0=20.00kN/m

矩形承台边长: L=4m 承台的箍筋间距: S=0.00mm

二. 承台弯矩设计值计算:

计算简图如下：

1. 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)

其中 F──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值，F=1.2×320.00=384.00kN；

G──桩基承台的自重，G=1.2×（25.0×16.00×1.1+20×16.00×

2)=1296.00kN；

M x,M y──作用于承台底面通过桩群桩形心的x,y轴的弯矩设计值(kN.m)；

x i,y i──第i复合基桩或基桩x,y轴的距离(m)；

N i──基桩的竖向力设计值(kN)。

经计算得到单桩桩顶竖向力设计值:

最大压力：

N=(384.00+1296.00)/4+1512.00×(3.00/ 2)/9.00+0.00×(3/ 2)/9.00=672.00kN 没有拔力!

2. 矩形承台弯矩的计算(依据《建筑桩技术规范》JGJ94-94的第5.6.1条)

其中 M x1,M y1──垂直X轴和Y轴方向计算截面处的弯矩设计值；

x i,y i──垂直Y轴和X轴方向自桩轴线至相应计算截面的距离；

N i1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，N i1=N i-G/n。

经过计算得到弯矩设计值：

M x1=2×(672.00-1296.00/4)×(3.00/2-0.30)=835.20kN.m

M y1=2×(672.00-1296.00/4)×(3.00/2-0.30)=835.20kN.m

三. 承台截面主筋的计算:

依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.2条受弯构件承载力计算

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,期间按线性内插法确定；

f c ──混凝土抗压强度设计值；

h 0──承台的计算高度；

f y ──钢筋受拉强度设计值，f y =360N/mm 2。

X 方向配筋，计算得:

αs =835.20×106/(1.00×14.30×4.00×1000×1050.002)=0.0132

ξ=1-(1-2×0.0132)0.5=0.0133

γs =1-0.0133/2=0.9933

A sx =835.200×106/(0.9933×1050.00×360.00)=2224.35mm 2。

承台截面主筋，X 方向选用:14 14@120(A s =2155mm 2)。

Y 方向配筋，计算得:

αs =835.20×106/(1.00×14.30×4.00×1000×1050.002)=0.0132

ξ=1-(1-2×0.0132)0.5=0.0133

γs =1-0.0133/2=0.9933

A sy =835.200×106/(0.9933×1050.00×360.00)=2224.35mm 2

。

Y 方向选用:14 14@120(A s =2155mm 2)。

依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ 94-94)

1, 对四桩承台可按下列公式计算受冲切承载力：

式中 F l──作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值，取 384.00kN

b x,b y──矩形截面柱或局部荷载作用面积的边长

a x,a y──冲跨，冲切破坏锥体侧面顶边与底边间的水平距离；

αx,αy──分别与冲跨比λx,λy对应的冲切承载力系数，按下式计算

h0──承台外边缘的有效高度

柱对承台冲切验算:

取： a x=1.19m,a y=1.19m λx=1.13,λy=1.13 αx=0.54,αy=0.54

b x=0.30m,b y=0.30m γ0=1.00,f t=1.43N/mm 2

h0=1.050m

计算得： F=2×[0.54×(0.30+1.19)+0.54×(0.30+1.19)]×1430.00×

1.05=483

2.43kN

经过计算,由于抗冲切力 F=4832.43kN >= 384.00×1.00=384.00kN，所以满足要求! 2, 四桩承台受角桩冲切按下式验算：

式中 N──作用于角桩顶的竖向压力设计值，取 672.00kN

b x,b y──承台边缘至桩内边缘的水平距离

a x,a y──冲跨，为桩边缘至柱边或承台变阶处的水平距离，当大于h0时，取h0；

αx,αy──分别与冲跨比λx,λy对应的冲切承载力系数，按下式计算

角桩对承台的冲切验算(与柱边形成的破坏锥体)

取： a x=1.19m,a y=1.19m λx=1.13,λy=1.13 αx=0.36,αy=0.36

b x=0.66m,b y=0.66m γ0=1.00,f t=1.43N/mm 2

h0=1.050m

计算得：N=[0.360×(0.66+0.59)+0.360×(0.66+0.59)]×1430.00×1.05=1356.76kN 经过计算,由于抗冲切力 N=1356.76kN >= 672.00×1.00=672.00kN，所以满足要求!

五. 承台截面抗剪切计算:

依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第5.6.和第5.6.11条。

根据第二步的计算方案可以得到XY方向桩对承台的最大剪切力

记为V=(672.00-324.00)×2=696.00kN

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：

其中γ0──建筑桩基重要性系数，取 1.00；

β──剪切系数，XY方向分别为:0.09，0.09；

f c──混凝土轴心抗压强度设计值，f c=14.30N/mm 2；

b0──承台计算截面处的计算宽度，XY方向分别为:4000.00mm，4000.00mm；

h 0──承台计算截面处的计算高度，h 0=1050mm ；

f y ──箍筋受拉强度设计值，f y =300.00N/mm 2

。

柱边处的斜截面受剪承载力计算：

X 方向:

验算是否按计算配置箍筋

βf c b 0h 0=0.09×14.30×4000×1050=5165569.97N ≥γ0V=696000.00N 已满足抗剪要求，只需按构造配箍筋!

Y 方向:

验算是否按计算配置箍筋

βf c b 0h 0=0.09×14.30×4000×1050=5165569.97N ≥γ0V=696000.00N 已满足抗剪要求，只需按构造配箍筋!

六. 承台的局部受压承载力验算:

当柱或桩的混凝土强度等级高于承台的混凝土强度等级5N/mm 2

以上时，应验算承台在柱下或桩上的局部受压承载力。

承台的局部受压承载力就按下式计算：

其中 F 1──局部荷载设计值

A 1──混凝土局部受压面积

柱对承台的局部受压验算：

A b ──局部受压时的计算底面积：

b x ,b y ──局部受压面积的边长，取0.30m,0.30m

c ──局部受压面积的边至相应的计算底面积的边距离0.30m

取 F 1=384.00kN A 1=0.09m 2 S c =0.30m A b =0.81m

0.95×(0.81/0.09)

0.5×14.30×0.09×1000=3667.95kN>=384.00kN 满足局部

受压承载力要求

角桩对承台的局部受压验算：

A b ──局部受压时的计算底面积： c ──桩的外边至承台边缘的距离；当大于b p 时，取为b p

取 F 1=672.00kN A 1=0.16m 2 c=0.50m A b =1.68m

2 0.95×(1.68/0.16)

0.5×14.30×0.16×1000=7043.27kN>=672.00kN 满足局部

受压承载力要求

七. 桩承载力验算:

桩承载力计算依据《建筑桩技术规范》(JGJ94-94)的第4.1.1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=672.00kN 桩顶轴向压力设计值应满足下面的公式：

其中 γ0──建筑桩基重要性系数，取1.00；

f c ──混凝土轴心抗压强度设计值，f c =14.30N/mm 2

；

A ──桩的截面面积，A=0.126m 2。

经过计算得到桩顶轴向压力设计值满足要求,只需构造配筋!

八. 桩竖向极限承载力验算:

桩承载力计算依据《建筑桩基础技术规范》(JGJ94-94)的第5.2.2-3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=672.00kN 桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：

最大压力:

其中 R ──最大极限承载力；

Q sk ──单桩总极限侧阻力标准值:

Q pk ──单桩总极限端阻力标准值:

ηs ,ηp ──分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数，承台底土阻力群桩效应系数；

γs ,γp ──分别为桩侧阻力分项系数，桩端阻抗力分项系数，承台底土阻抗力分项系数；

q sk ──桩侧第i 层土的极限侧阻力标准值，按下表取值；

q pk ──极限端阻力标准值，按下表取值；

u ──桩身的周长，u=1.26m ；

A p ──桩端面积,取A p =0.13m 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 土厚度(m) 土侧阻力标准值(kPa) 土端阻力标准值(kPa) 土名称

0 4 10 0 非饱和粘性土

1 7 15 0