塔式起重机基础设计

塔式起重机基础设计第1页，共110页，2023年，2月20日，星期六一、基础受力分析第2页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、参数信息塔吊型号:QTZ60

自重(包括压重)F1=833.00kN，最大起重荷载F2=60.00kN，塔吊倾覆力距Mk=787.50kN.m，塔吊起重高度H=50.00m，塔身宽度B=1.80m，混凝土强度等级:C35，基础埋深D=0.00m，基础最小厚度h=1.20m，基础最小宽度L=5.00m，第3页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2条承载力计算。当不考虑附着时的基础设计值计算公式：

V──塔吊作用于基础的竖向力设计值，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载。V=1.2×F1+1.4×F2=1.2×833+1.4×60=1083.6(KN)

第4页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算G──基础自重与基础上面的土的自重，G=1.2×(25.0×L×L×h+20.0×L×L×D)=1.2×(25.0×5×5×1.2+20.0×5×5×0)=900.00(kN)L──基础底面的宽度，取L=5.00mW──础底面的抵抗矩，W=L×L×L/6=5×5×5/6=20.83(m3)M──倾覆力矩，包括风荷载产生的力距和最大起重力距，M=1.4×Mk=1.4×787.50=1102.50(kN.m)第5页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算当考虑附着时的基础设计值计算公式：

当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

㎡第6页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算当考虑附着时的基础设计值计算公式：

当考虑偏心距较大时的基础设计值计算公式：

㎡1.请大家根据图示关系，推导一下这个公式。2.为什么要是e>b/6才用这个公式、这个图示？第7页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算

a──合力作用点至基础底面最大压力边缘距离(m)，按下式计算：第8页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算经过计算得到:无附着的最大压力设计值无附着的最小压力设计值第9页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、塔吊基础承载力计算有附着的压力设计值偏心距较大时压力设计值有无问题？第10页，共110页，2023年，2月20日，星期六四、地基基础承载力验算地基基础承载力特征值计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第5.2.3条。计算公式如下:

fak──地基承载力特征值，取250.00kN/m2；b──基础宽度地基承载力修正系数，见表5.2.4，取0.00；d──基础埋深地基承载力修正系数，见表5.2.4，本工程地基承载力特征值是采用深层平板实验取得的，故取0.00；──基础底面以下土的重度，取20.00kN/m3；

m──基础底面以上土的重度，取20.00kN/m3；b──基础底面宽度，取5.00m；d──基础埋深度,取0.00m。第11页，共110页，2023年，2月20日，星期六第12页，共110页，2023年，2月20日，星期六四、地基基础承载力验算解得地基承载力设计值

实际计算取的地基承载力设计值为:fa=200.00kPapk≤fa(5.2.1-1)fa=200.00kPa>pmax=132.27kPa，满足要求！pkmax≤1.2×fa(5.2.1-2)pkmax=136.33kPa<1.2×fa=240kPa，满足要求！

第13页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。验算公式如下:Fl──应于荷载效应基本组合时作用在A1上的地基土净反力设计值；第14页，共110页，2023年，2月20日，星期六第15页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算Al──冲切验算时取用的部分基底面积(图8.2.7-1a、b中的阴影面积ABCDEF或图8.2.7-1C中的阴影面积ABCD)。Al=(5.00+4.10)×0.45/2=2.0475（m2）第16页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算pj──扣除基础自重及其上土重后相应于荷载效应基本组合时的地基土单位面积净反力对偏心受压基础可取基础边缘处最大地基土单位面积净反力。第17页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算hp──受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时hp取1.0，当h大于等于2000mm时hp取0.9，其间按线性内插法取用。取hp=0.97；ft──混凝土轴心抗拉强度设计值，取

ft=1.57kPa；h0──基础冲切破坏锥体的有效高度，h0=1.15m

；第18页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算am──冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:at──冲切破坏锥体最不利一侧斜截面的上边长。当计算柱与基础交接处的受冲切承载力时取柱宽；当计算基础变阶处的受冲切承载力时取上阶宽。at=1.8（m）第19页，共110页，2023年，2月20日，星期六第20页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算ab──冲切破坏锥体最不利一侧斜截面在基础底面积范围内的下边长。当冲切破坏锥体的底面落在基础底面以内(图8.2.7-1a、b)计算柱与基础交接处的受冲切承载力时，取柱宽加两倍基础有效高度；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽加两倍该处的基础有效高度。当冲切破坏锥体的底面在l方向落在基础底面以外即a+2h0≥l时(图8.2.7-1c)，ab=l。取ab=a+2h0=1.8+1.15*2=4.1（m）am=(at+ab)/2=(1.8+4.1)/2=2.95(m)第21页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、受冲切承载力验算允许冲切力：

实际冲切力不大于允许冲切力设计值，所以能满足要求！第22页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、承台配筋计算依据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002第8.2.7条。1.抗弯计算，计算公式如下:

式中a1──截面I-I至基底边缘的距离，取a1=1.60m；

p──截面I-I处的基底反力设计值:p=p1-p2×a1/L

=79.344-52.93×1.6/5=62.41(kPa)；第23页，共110页，2023年，2月20日，星期六第24页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、承台配筋计算a'──截面I-I在基底的投影长度,取a'=5m。经过计算得第25页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、承台配筋计算

2.配筋面积计算,公式如下:依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中7.2条。

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，fc

=16.7N/mm2；h0──承台的计算高度。第26页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、承台配筋计算经过计算得第27页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、承台配筋计算《钢筋混凝土结构设计规范》GB50010-2002中第9.5.1条最小配筋率为min=0.24%

（取0.2%与45ft/fy的大者）所以最小配筋面积:As=5000*1200*0.24%=14400（mm2）故取Asx=Asy=14400mm2配筋：30Ø25，As=14727mm2第28页，共110页，2023年，2月20日，星期六作业1.试推导当考虑偏心距较大时（e>b/6）的基础设计值计算公式.（1）推导当e>b/6时，基础设计值计算计算公式（2）上述推导出的公式，为什么是在e>b/6情况下成立？若e<b/6时，上述公式是否也成立？试加以证明。2.P44第2、4、5题第29页，共110页，2023年，2月20日，星期六塔式起重机基础设计（四桩基础）第30页，共110页，2023年，2月20日，星期六塔吊四桩基础的设计计算最常用的塔吊基础是采用四桩基础，塔吊桩基础的设计的内容包括：（1）塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算（2）矩形承台弯矩的计算（3）矩形承台截面主筋的计算（4）矩形承台截面抗剪切计算（5）桩承载力验算和桩竖身极限承载力验算及桩长计算。第31页，共110页，2023年，2月20日，星期六塔机型号QTZ63（5510）塔机独立状态的最大起吊高度H0(m)32塔机独立状态的计算高度H(m)40塔身桁架结构方钢管塔身桁架结构宽度B(m)1.6一、塔机参数第32页，共110页，2023年，2月20日，星期六第33页，共110页，2023年，2月20日，星期六一、塔机参数塔身自重G0(kN)251起重臂自重G1(kN)37.4起重臂重心至塔身中心距离RG1(m)22小车和吊钩自重G2(kN)3.8最大起重荷载Qmax(kN)60最大起重荷载至塔身中心相应的最大距离RQmax(m)11.5最小起重荷载Qmin(kN)10最大吊物幅度RQmin(m)55最大起重力矩M2(kN·m)Max[60×11.5，10×55]＝690平衡臂自重G3(kN)19.8平衡臂重心至塔身中心距离RG3(m)6.3平衡块自重G4(kN)138平衡块重心至塔身中心距离RG4(m)11.8第34页，共110页，2023年，2月20日，星期六一、参数信息塔吊型号:QTZ63（5510）

塔身宽度B=1.6m，基础埋深D=0.00m；桩直径d=0.40m,桩间距La=3.70m,桩身混凝土强度C25，承台厚度h=1.20m混凝土强度:C35,钢筋级别:Ⅱ级,承台箍筋间距S=200mm,承台长度或宽度L

=4.50m,保护层厚度:50mm；第35页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、风荷载计算ωk——风荷载标准值(kN/m2)；βz——高度z处的风振系数；

μs——风载体形系数；μz——风压高度系数；按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001的规定采用）

ω0——基本风压；按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001的规定采用）；第36页，共110页，2023年，2月20日，星期六1.基本风压查《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）基本风压附录D5，施工场地位于温州茶山高教园区：10年一遇的基本风压w0=0.35kN/m2；50年一遇的基本风压w0=0.6kN/m2；100年一遇的基本风压w0=0.7kN/m2；取50年一遇基本风压计算。ω0=0.35（kN/m2）第37页，共110页，2023年，2月20日，星期六离地面或海平面高度（m）地面粗糙度类别ABCD5101520304050601．171．381．521．631．801．922．032．121．001．001．141．251．421．561．611．770．740．740．740．841．001．131．251．350．620．620．620．620．620．730．840．93表7.2.1风压高度变化系数μz

μz

=1.612.风压高度变化系数μz

第38页，共110页，2023年，2月20日，星期六2.风压高度变化系数μz地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：—A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；—B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；—C类指有密集建筑群的城市市区；—D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。第39页，共110页，2023年，2月20日，星期六3.高度z处的风振系数βzξ——脉动增大系数；ν——脉动影响系数；φz——振型系数，查表F1.1，φz=1；μz——风压高度变化系数。第40页，共110页，2023年，2月20日，星期六T1=(0.007～0.013)H钢结构可取高值，钢筋混凝土结构可取低值。本例取T1=0.013*50=0.65（S），ω0T12=0.35*0.652=0.15(KNs2/m2)，ξ=1.96第41页，共110页，2023年，2月20日，星期六ν=0.87第42页，共110页，2023年，2月20日，星期六φz=1φz第43页，共110页，2023年，2月20日，星期六3.高度z处的风振系数βzξ——脉动增大系数；ν——脉动影响系数；φz——振型系数，查表F1.1，φz=1；μz——风压高度变化系数。第44页，共110页，2023年，2月20日，星期六4.风载体形系数μs查《建筑结构荷载规范》（GB80009-2001）中的表7.3.1中第34项中的“塔架”风向①情形，挡风系数Φ=0.35，得μs=2.1。第45页，共110页，2023年，2月20日，星期六μs=2.1第46页，共110页，2023年，2月20日，星期六5.风荷载标准值计算第47页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算荷载效应标准组合：1.作用于桩基承台顶面的竖向力：塔机自重：F1

F1=G0+G1+G2+G3+G4

=251+37.4+3.8+19.8+138=450（KN）起吊重量：F2=60（KN）

V=F1+F2=450+60=510（kN）2.承台自重和上面覆土自重G=25.0×L×L×h+20.0×L×L×D=(25.0×4.5×4.5×1.2+20.0×4.5×4.5×0)=607.5(kN)

第48页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算3.塔吊的倾覆力矩：M=G1*RG1+G2*RG2-G3*RG3-G4*RG4+G1*RG1

+0.9（Qmin*RQmin+ψc*Fh*H0/2）

=37.4*22+3.8*11.5-19.8*6.3-138*11.8+0.9*（60*11.5+54.656*40/2）

=718.168（KN.m）第49页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算荷载效应基本组合：1.作用于桩基承台顶面的竖向力：塔机自重：F1

F1=G0+G1+G2+G3+G4

=251+37.4+3.8+19.8+138=450（KN）起吊重量：F2=60（KN）

V=1.2*F1+1.4*F2=1.2*450+1.4*60=624（kN）2.承台自重和上面覆土自重G=1.2*（25.0×L×L×h+20.0×L×L×D）=1.2*(25.0×4.5×4.5×1.2+20.0×4.5×4.5×0)=729(kN)

第50页，共110页，2023年，2月20日，星期六二、塔吊基础承台顶面的竖向力与弯矩计算3.塔吊的倾覆力矩：M=1.2*（G1*RG1+G2*RG2-G3*RG3-G4*RG4+G1*RG1)

+1.4*0.9*（Qmin*RQmin+ψc*Fh*H0/2）

=1.2*(37.4*22+3.8*11.5-19.8*6.3-138*11.8)+1.4*0.9*（60*11.5+54.656*40/2）

=1182.763（KN.m）第51页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、矩形承台弯矩的计算第52页，共110页，2023年，2月20日，星期六第53页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、矩形承台弯矩的计算1.桩顶竖向力的计算(GB50007-2002第8.5.3条)n──单桩个数，n=4；V──作用于桩基承台顶面的竖向力设计值；G──桩基承台的自重标准值；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X、Y方向距离(m)，xi=yi

=1.85m；Ni──单桩桩顶竖向力设计值(kN)。第54页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、矩形承台弯矩的计算按荷载效应标准组合计算Ni按荷载效应基本组合计算Ni第55页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、矩形承台弯矩的计算

2.矩形承台弯矩的计算(GB50007-2002第8.5.16条)

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

Ni1──扣除承台自重的单桩桩顶竖向力设计值(kN)，第56页，共110页，2023年，2月20日，星期六三、矩形承台弯矩的计算经过计算得到弯矩设计值：第57页，共110页，2023年，2月20日，星期六四、矩形承台承台主筋计算

1.配筋面积计算,公式如下:依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中7.2条。

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，fc

=16.7N/mm2；h0──承台的计算高度。第58页，共110页，2023年，2月20日，星期六四、矩形承台承台主筋计算经过计算得由于最小配筋率为min=0.24%

（取0.2%与45ft/fy的大者）所以最小配筋面积:As=4500*1200*0.24%=12960（mm2）。

故取Asx=Asy=12960mm2。第59页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、矩形承台截面抗剪切计算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.4、8.5.9条。第60页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、矩形承台截面抗剪切计算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.18条。V——扣除承台及其上填土自重后相应于荷载效应基本组合时斜截面的最大剪力设计值；V=2Ni1=2*476.416=952.832（KN）hs——受剪切承载力截面高度影响系数按下式计算。板的有效高度h0小于800mm时h0取800mm,h0大于2000nmm时h0取2000nmm。第61页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、矩形承台截面抗剪切计算——剪切系数；——计算截面的剪跨比x=ax/h0,

y=ay/h0。ax、ay为柱边或承台变阶处至x、y方向计算一排桩的桩边的水平距离，当=<0.3时取=0.3；当>3时取=3。第62页，共110页，2023年，2月20日，星期六五、矩形承台截面抗剪切计算承台满足抗剪要求，只需构造配箍筋。第63页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、桩身混凝土承载力验算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.9条）桩顶轴向压力设计值应足下面的公式：Q——相应于荷载效应基本组合时的单桩竖向力设计值fc——混凝土轴心抗压强度设计值按现行混凝土结构设计规范取值Ap——桩身横截面积；Ψc——工作条件系数预制桩取0.75，灌注桩取0.6~0.7(水下灌注桩或长桩时用低值)第64页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、桩身混凝土承载力验算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.1条），灌注桩最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%（小直径取大值）。第65页，共110页，2023年，2月20日，星期六七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.9条），桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia——桩端端阻力桩侧阻力特征值由当地静载荷试验结果统计分析算得；Ap——桩底端横截面面积；up——桩身周边长度；li——第i层岩土的厚度。第66页，共110页，2023年，2月20日，星期六七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算序号土厚度(m)土侧阻力标准值(kPa)土端阻力标准值(kPa)土名称111.5300粉土或砂土20.5708000微风化灰岩桩进入土层厚度及侧阻力标准值表第67页，共110页，2023年，2月20日，星期六第68页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、桩身混凝土承载力验算根据前面的计算，桩的轴向压力设计值取Q=Nmax=473.47kN桩身混凝土强度为C20，fc=11.90N/mm2；桩的截面面积，A=(0.4/2)2*3.14=0.126m2；水下灌注桩取Ψc

=0.6；满足要求,只需构造配筋!第69页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、桩身混凝土承载力验算根据前面的计算，桩的轴向压力设计值取Q=Nmax=473.47kN桩身混凝土强度为C20，fc=11.90N/mm2；桩的截面面积，A=(0.4/2)2*3.14=0.126m2；水下灌注桩取Ψc

=0.6；满足要求,只需构造配筋!为什么不取Q=Nmax=781.05KN第70页，共110页，2023年，2月20日，星期六六、桩身混凝土承载力验算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.1条），灌注桩最小配筋率不宜小于0.2%~0.65%（小直径取大值）。取min=0.65%As=0.65%*Ap=0.65%*0.126*106=819（mm2）选配：6Ø14，As=923mm2第71页，共110页，2023年，2月20日，星期六七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002第8.5.9条），桩竖向极限承载力验算应满足下面的公式：Ra——单桩竖向承载力特征值；qpa、qsia——桩端端阻力桩侧阻力特征值由当地静载荷试验结果统计分析算得；Ap——桩底端横截面面积；up——桩身周边长度；li——第i层岩土的厚度。第72页，共110页，2023年，2月20日，星期六七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算桩的入土深度为12m，桩端位于第2土层，则桩的竖向极限承载力为：Q=473.47KN≤Ra=1485.28KN，满足要求。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111.5300粉土或砂土20.5708000微风化灰岩桩进入土层厚度及侧阻力标准值表第73页，共110页，2023年，2月20日，星期六七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算桩的入土深度为12m，桩端位于第2土层，则桩的竖向极限承载力为：Q=473.47KN≤Ra=1485.28KN，满足要求。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111.5300粉土或砂土20.5708000微风化灰岩桩进入土层厚度及侧阻力标准值表这里为什么取0.5m，而不是取0或更大深度？