塔式起重机基础设计.ppt

塔式起重机基础设计,一、基础受力分析,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，,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=1.2F1+1.4F2 =1.2833+1.460=1083.6(KN),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(25.0LLh+20.0LLD) =1.2(25.0551.2+20.0550) = 900.00(kN) L基础底面的宽度，取L=5.00m W础底面的抵抗矩， W=LLL/6=555/6=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=1.4Mk =1.4787.50=1102.50(kN.m),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：,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eb/6才用这个公式、这个图示？,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：,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,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？,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GB 50007-2002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。,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=200.00kPa pkfa (5.2.1-1) fa=200.00kPapmax=132.27kPa，满足要求！ pkmax1.2fa (5.2.1-2) pkmax =136.33kPa 1.2fa=240kPa ，满足要求！,五、受冲切承载力验算,依据建筑地基基础设计规范GB 50007-2002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 ；,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）,五、受冲切承载力验算,j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。,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 ；,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）,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+2h0l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),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！,六、承台配筋计算,依据建筑地基基础设计规范GB 50007-2002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-p2a1/L =79.344-52.931.6/5=62.41(kPa)；,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,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(GB 50010-2002)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。,六、承台配筋计算,经过计算得,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= 14400 mm2 配筋：3025，As=14727 mm2,作业,1.试推导当考虑偏心距较大时（eb/6）的基础设计值计算公式. （1）推导当eb/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eb/6情况下成立？若eb/6时，上述公式是否也成立？试加以证明。,2. P44第2、4、5题,塔式起重机基础设计,（四桩基础）,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。,一、塔机参数,一、塔机参数,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: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；,二、风荷载计算,k风荷载标准值(kN/m2)； z高度z 处的风振系数； s风载体形系数； z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） 0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）；,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。,0=0.35（kN/m2）,表7.2.1 风压高度变化系数z,z =1.61,2.风压高度变化系数z,2.风压高度变化系数z,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。,3.高度z 处的风振系数z, 脉动增大系数； 脉动影响系数； z 振型系数，查表F1.1， z =1； z 风压高度变化系数。,T1=(0.0070.013)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），0T12=0.35*0.652=0.15(KNs2/m2)，=1.96,=0.87,z=1,z,3. 高度z 处的风振系数z, 脉动增大系数； 脉动影响系数； z 振型系数，查表F1.1， z =1； z 风压高度变化系数。,4. 风载体形系数s,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”风向情形，挡风系数=0.35，得s=2.1。,s=2.1,5. 风荷载标准值计算,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=25.0LLh+20.0LLD =(25.04.54.51.2+20.04.54.50) = 607.5(kN),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+c*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）,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*（25.0LLh+20.0LLD ） =1.2*(25.04.54.51.2+20.04.54.50) =729(kN),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+c*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）,三、矩形承台弯矩的计算,三、矩形承台弯矩的计算,1. 桩顶竖向力的计算(GB 50007-2002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)。,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,三、矩形承台弯矩的计算,2. 矩形承台弯矩的计算(GB 50007-2002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)，,三、矩形承台弯矩的计算,经过计算得到弯矩设计值：,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(GB 50010-2002)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。,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 = 12960 mm2。,五、矩形承台截面抗剪切计算,依据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002第8.5.4、8.5.9条。,五、矩形承台截面抗剪切计算,依据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002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 。,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=3时取=3。,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。,六、桩身混凝土承载力验算,依据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002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； c工作条件系数预制桩取0.75，灌注桩取0.60.7 (水下灌注桩或长桩时用低值),六、桩身混凝土承载力验算,依据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002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）。,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(GB 50007-2002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。,七、桩竖向极限承载力验算及桩长计算,桩进入土层厚度及侧阻力标准值表,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c =0.6； 满足要求,只需构造配筋!,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c =0.6； 满足要求,只需构造配筋!,为什么不取Q=Nmax=781.05KN,六、桩身混凝土承载力验算,依据建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002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：614，As=923mm2,七、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(GB 50007-2002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。,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=473.47KNRa=1485.28KN，满足要求。,桩进入土层厚度及侧阻力标准值表,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=473.47KNRa=1485.28KN，满足要求。,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？,参见建筑地基基础设计规范第8.5.2条。,塔式起重机基础施工,基础施工,基础施工,基础施工,基础施工,钢构架基础,塔式起重机起升过程,塔式起重机事故,起重臂过载事故,塔身强度不足,基础失稳,平衡臂拉索断裂,钢索问题,怎么造成的？,当同一施工地点有两台以上起重机时，应保持两机间任何接近部位(包括吊重物)距离不得小于2m。,2007年各类型事故发生部位死亡人数比例图,塔式起重机基础设计计算过程,一、工作状态 （一）标准组合值计算 1风荷载标准组合值计算 2塔机作用标准组合值计算 （二）基本组合值计算 1风荷载基本组合值计算 2塔机作用基本组合值计算,二、非工作状态 （一）标准组合值计算 1.风荷载标准组合值计算 2.塔机作用标准组合值计算 （二）基本组合值计算 1.风荷载基本组合值计算 2.塔机作用基本组合值计算,塔式起重机基础设计计算过程,三、基础基底反力计算 验算地基承载力时用标准组合值 1.验算天然地基承载力是否满足要求 2.若天然地基承载力不满足要求，则可采取以下措施： （1）调整承台基础尺寸 （2）采用桩基础 （3.桩基础设计） 4.承台设计 （采用基本组合值计算，采用天然地基与采用桩基础，承台内力计算方法是不一样的）。 （1）抗冲切验算；（2）配筋计算,