塔吊基础配筋计算、尺寸计算、承载力计算
2011-09-12 08:05阅读：
一、参数信息
塔吊型号:QTZ63，
塔吊起升高度H=101.00m，
塔吊倾覆力矩M=630.00kN.m， 混凝土强度等级:C35，
塔身宽度B=1.60m，
基础以上土的厚度D:=2.00m，
自重F1=450.80kN，
基础承台厚度h=1.65m，
最大起重荷载F2=60.00kN，
基础承台宽度Bc=5.00m，
钢筋级别:I级钢。
二、基础最小尺寸计算
1.最小厚度计算
依据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第7.7条受冲切承载力计算。
根据塔吊基础对基础的最大压力和最大拔力，按照下式进行抗冲切计算：
(7.7.1-2)
其中:
F──塔吊基础对基脚的最大压力和最大拔力；其它参数参照规范。
η──应按下列两个公式计算，并取其中较小值，取1.00；
(7.7.1-2)
(7.7.1-3)
η1--局部荷载或集中反力作用面积形状的影响系数；
η2--临界截面周长与板截面有效高度之比的影响系数；
βh--截面高度影响系数：当h≤800mm时，取βh=1.0；当h≥2000mm时，取βh=0.9，
其间按线性内插法取用；
ft--混凝土轴心抗拉强度设计值，取16.70MPa；
σpc,m--临界截面周长上两个方向混凝土有效预压应力按长度的加权平均值，其值
宜控制在1.0-3.5N/mm2范围内，取2500.00；
um--临界截面的周长：距离局部荷载或集中反力作用面积周边ho/2处板垂直截面的
最不利周长；这里取（塔身宽度+ho）×4=9.60m；
ho--截面有效高度，取两个配筋方向的截面有效高度的平均值；
βs--局部荷载或集中反力作用面积为矩形时的长边与短边尺寸的比值，βs不宜
大于4；当βs<2时，取βs=2；当面积为圆形时，取βs=2；这里取βs=2；
αs--板柱结构中柱类型的影响系数：对中性，取αs=40;对边柱，取αs=30;对角柱，
取αs=20. 塔吊计算都按照中性柱取值，取αs=40 。
计算方案：当F取塔吊基础对基脚的最大压力，将ho1从0.8m开始，每增加0.01m，
至到满足上式,解出一个ho1；当F取塔吊基础对基脚的最大拔力时，同理,解出一个ho2，最
后ho1与ho2相加，得到最小厚度hc。经过计算得到：
塔吊基础对基脚的最大压力F=200.00kN时，得ho1=0.80m；
塔吊基础对基脚的最大拔力F=200.00kN时，得ho2=0.80m；
解得最小厚度 Ho=ho1+ho2+0.05=1.65m；
实际计算取厚度为:Ho=1.65m。
2.最小宽度计算
建议保证基础的偏心矩小于Bc/4，则用下面的公式计算：
其中
F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载，
F=1.2×(450.80+60.00)=612.96kN；
G ──基础自重与基础上面的土的自重，
G=1.2×（25×Bc×Bc×Hc+γm ×Bc×Bc×D）
=1.2×(25.0×Bc×Bc×1.65+20.00×Bc×Bc×2.00)；
γm──土的加权平均重度，
M
──倾覆力矩，包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩，M=1.4×630.00=882.00kN.m。
解得最小宽度 Bc=2.68m，
实际计算取宽度为 Bc=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。
计算简图:
当不考虑附着时的基础设计值计算公式：
当考虑附着时的基础设计值计算公式：
当考虑偏心矩较大时的基础设计值计算公式：
式中
F──塔吊作用于基础的竖向力，它包括塔吊自重，压重和最大起重荷载,F=304.30kN；
G──基础自重与基础上面的土的自重：
G=1.2×(25.0×Bc×Bc×Hc+γm ×Bc×Bc×D) =2437.50kN；
γm──土的加权平均重度
Bc──基础底面的宽度，取Bc=5.00m；
W──基础底面的抵抗矩，W=Bc×Bc×Bc/6=20.83m3；
M──倾覆力矩，包括风荷载产生的力矩和最大起重力矩，M=1.4×630.00=882.00kN.m；
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：
a= Bc / 2 - M / (F +
G)=5.00/2-882.00/(612.96+2437.50)=2.21m。
经过计算得到:
无附着的最大压力设计值
Pmax=(612.96+2437.50)/5.002+882.00/20.83=164.35kPa；
无附着的最小压力设计值
Pmin=(612.96+2437.50)/5.002-882.00/20.83=79.68kPa；
有附着的压力设计值
P=(612.96+2437.50)/5.002=122.02kPa；
偏心矩较大时压力设计值
Pkmax=2×(612.96+2437.50)/(3×5.00×2.21)=183.97kPa。
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:
fa--修正后的地基承载力特征值(kN/m2)；
fak--地基承载力特征值，按本规范第5.2.3条的原则确定；取145.00kN/m2；
ηb、ηd--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数;
γ--基础底面以上土的重度，地下水位以下取浮重度，取20.00kN/m3；
b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值，取5.00m；
γm--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，取20.00kN/m3；
d--基础埋置深度(m) 取2.00m；
解得地基承载力设计值：fa=193.00kPa；
实际计算取的地基承载力设计值为:fa=193.00kPa；
地基承载力特征值fa大于最大压力设计值Pmax=164.35kPa，满足要求！
地基承载力特征值1.2×fa大于偏心矩较大时的压力设计值Pkmax=183.97kPa，满足要求！
五、基础受冲切承载力验算
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:
式中
βhp ---
受冲切承载力截面高度影响系数，当h不大于800mm时，
βhp取1.0.当h大于等于2000mm时，βhp取0.9，其间按线性内插法取用；
ft --- 混凝土轴心抗拉强度设计值；
ho --- 基础冲切破坏锥体的有效高度；
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（即塔身宽度）；当计算基础变阶处的受冲切承载力时，取上阶宽；
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，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。
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；
Al --- 冲切验算时取用的部分基底面积
Fl ---
相应于荷载效应基本组合时作用在Al上的地基土净反力设计值。
则，βhp --- 受冲切承载力截面高度影响系数，取
βhp=0.93；
ft
--- 混凝土轴心抗拉强度设计值，取 ft=1.57MPa；
am
--- 冲切破坏锥体最不利一侧计算长度:
am=[1.60+(1.60
+2×1.65)]/2=3.25m；
ho
--- 承台的有效高度，取 ho=1.60m；
Pj
--- 最大压力设计值，取 Pj=183.97KPa；
Fl
--- 实际冲切承载力：
Fl=183.97×(5.00+4.90)×((5.00-4.90)/2)/2=45.53kN。
其中5.00为基础宽度，4.90=塔身宽度+2h；
允许冲切力：0.7×0.93×1.57×3250.00×1600.00=5310001.67N=5310.00kN；
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
1.抗弯计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第8.2.7条。计算公式如下:
式中：MI --- 任意截面I-I处相应于荷载效应基本组合时的弯矩设计值；
a1 ---
任意截面I-I至基底边缘最大反力处的距离；当墙体材料为混凝土时，
取a1=b即取a1=1.70m；
Pmax ---
相应于荷载效应基本组合时的基础底面边缘最大地基反力设计值，取183.97kN/m2；
P ---
相应于荷载效应基本组合时在任意截面I-I处基础底面地基反力设计值；
P=183.97×(3×1.60-1.70)/(3×1.60)=118.81kPa；
G---考虑荷载分项系数的基础自重及其上的土自重，取2437.50kN/m2；
l ---
基础宽度，取l=5.00m；
a ---
塔身宽度，取a=1.60m；
a' --- 截面I -
I在基底的投影长度, 取a'=1.60m。
经过计算得MI=1.702×[(2×5.00+1.60)×(183.97+118.81-2×2437.50/5.002)
+(183.97-118.81)×5.00]/12=379.56kN.m。
2.配筋面积计算
依据《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002第8.7.2条。公式如下:
式中，αl --- 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，
取为0.94,期间按线性内插法确定，取αl=1.00；
fc ---
混凝土抗压强度设计值，查表得fc=16.70kN/m2；
ho ---
承台的计算高度，ho=1.60m。
经过计算得：
αs=379.56×106/(1.00×16.70×5.00×103×(1.60×103)2)=0.002；
ξ=1-(1-2×0.002)0.5=0.002；
γs=1-0.002/2=0.999；
As=379.56×106/(0.999×1.60×210.00)=1130.65mm2。
由于最小配筋率为0.15%,所以最小配筋面积为:5000.00×1650.00×0.15%=12375.00mm2。
故取
As=12375.00mm2。
