悬臂支护结构设计计算书.docx
悬臂支护结构设计计算书计算依据：1 、建筑基坑支护技术规程 JGJ120-20122 、建筑施工计算手册江正荣编著3 、实用土木工程手册第三版杨文渊编著4 、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著5 、土力学与地基基础一、参数信息1、基本参数钢桩(32a工字钢)0.36支护桩材料支护桩间距ba(m)支护桩嵌入土深度ld(m)6.3基坑开挖深度h(m)2.7基坑外侧水位深度ha(m)0.7基坑内侧水位深度hp(m)1支护桩在坑底处的水平位移量u (mm)122、土层参数土层类型土厚度土重度粘聚力内摩擦角饱和土重水土分算h(m)Y (kN/m3)c(kPa)0 (°)度Y sat(kN/m3)淤泥质黏土2.517.47.0112.6920否粉质黏土2.518.712.9217.7122否淤泥质黏土417.49.0312.3722否粉质黏土5.418.914.718.4221否3、荷载参数类型何载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载455624、计算系数结构重要性系数Y 01综合分项系数yF1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.3二、土压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图1、主动土压力计算1 ）主动土压力系数Ka1= ta n2(45 °-© 1/2 )=tan2(45-12.69/2)=0.64Ka2=ta n2(45 °-© 2/2 )=tan2(45-12.69/2)=0.64Ka3=ta n2(45 °-© 3/2 )=tan2(45-17.71/2)=0.534Ka4=ta n2(45 °-© 4/2 )=tan2(45-17.71/2)=0.534Ka5=ta n2(45 °-© 5/2 )=tan2(45-12.37/2)=0.647Ka6=ta n2(45 °-© 6/2 )=tan2(45-12.37/2)=0.6472 )土压力、地下水产生的水平荷载第 1 层土： 0-0.7mH1'= Ey OhO+刀 q1/ y i=0+3/17.4=0.172mPak1 上=Y 1H1'Ka1-2c1Ka10.5 =17.4 X 0.172 X 0.64 -2X 7.01 X 0.64 0.5=-9.301kN/m2Pak1 下=Y 1(h1+H1')Ka1 -2c1Ka10.5 =17.4 X (0.7+0.172) X 0.64 -2X 7.01X 0.64 0.5=-1.505kN/m2第 2 层土： 0.7-2.5mH2'= 刀丫 仆 1+E q1/ y sati=12.18+3/20=0.759mPak2 上=Y sat2H2'Ka2-2c2Ka20.5 =20X0.759 X0.64 -2X7.01 X0.64 0.5=-1.501kN/m2Pak2 下=y sat2(h2+H2')Ka2-2c2Ka20.5=20X (1.8+0.759) X 0.64 - 2X 7.01X 0.64 0.5=21.539kN/m2第 3 层土： 2.5-4mH3'=刀丫 2h2+E q1/ y sati=48.18+3/22=2.326mPak3 上=Y sat3H3'Ka3-2c3Ka30.5 =22X2.326 X0.534 -2X 12.92 X0.534 0.5=8.443kN/m2Pak3 下=Y sat3(h3+H3')Ka3-2c3Ka30.5=22X (1.5+2.326) X0 .534- 2X 12.92 X 0.534 0.5=26.065kN/m2第 4 层土： 4-5mH4'= Ey 3h3+X q1+E q1b1/(b1+2a1)/ y sati=81.18+3+1.167/22=3.879mPak4 上=Y sat4H4'Ka4-2c4Ka40.5 =22X3.879 X0.534 -2X 12.92 X0.534 0.5=26.688kN/m2Pak4 下=Y sat4(h4+H4')Ka4-2c4Ka40.5=22X (1+3.879) X0.534 -2X 12.92X0.534 0.5=38.436kN/m2第 5 层土： 5-7mH5'= Ey 4h4+E q1+E q1b1/(b1+2a1)/ 丫 sati=103.18+3+1.167/22=4.879mPak5 上=Y sat5H5'Ka5-2c5Ka50.5 =22X4.879 X0.647 -2X9.03 X0.647 0.5=54.921kN/m2Pak5 下=丫 sat5(h5+H5')Ka5-2c5Ka50.5=22X (2+4.879) X0.647 -2X 9.03X 0.647 0.5=83.389kN/m2第 6 层土： 7-9mH6'= Ey 5h5+X q1+E q1b1/(b1+2a1)+ 刀 q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2al)/ y sati=147.18+3+1.167+0.5/22=6.902mPak6 上=Y sat6H6'Ka6-2c6Ka60.5 =22X 6.902 X 0.647 -2X 9.03 X 0.647 0.5=83.716kN/m2Pak6 下=Y sat6(h6+H6')Ka6-2c6Ka60.5=22X (2+6.902) X 0.647 -2X 9.03X 0.647 0.5=112.184kN/m23 )水平荷载临界深度：Z0=Pak2下 h2/(Pak2 上 + Pak2下)=21.539 X 1.8/(1.501+21.539)=1.683 m第1层土Eak仁0kN ；第2层土Eak2=0.5Pak2 下 Z0ba=0.5 X 21.539 X 1.683 X 0.36=6.525k N; aa2=Z0/3+ E h3=1.683/3+6.5=7.061m ;第3层土Eak3=h3(Pa3 上 +Pa3下)ba/2=1.5 X (8.443+26.065) X 0.36/2=9.317k N;aa3=h3(2Pa3 上 +Pa3下)/(3Pa3 上 +3Pa3下)+ 刀 h4=1.5 X (2 X 8.443+26.065)/(3 X 8.443+3 X 26.065)+5=5.622m第4层土Eak4=h4(Pa4 上 +Pa4下)ba/2=1 X (26.688+38.436) X 0.36/2=11.722k N;aa4=h4(2Pa4 上 +Pa4下)/(3Pa4 上 +3Pa4下)+ 刀 h5=1 X (2 X 26.688+38.436)/(3 X 26.688+3 X 38.436)+4=4.47m第5层土Eak5=h5(Pa5 上 +Pa5下)ba/2=2 X (54.921+83.389) X 0.36/2=49.792k N;aa5=h5(2Pa5 上 +Pa5下)/(3Pa5 上 +3Pa5下)+ 刀 h6=2X (2 X 54.921+83.389)/(3 X 54.921+3 X 83.389)+2=2.931m第6层土Eak6=h6(Pa6 上 +Pa6下)ba/2=2 X (83.716+112.184) X 0.36/2=70.524kN ;aa6=h6(2Pa6 上 +Pa6下)/(3Pa6 上 +3Pa6下)=2 X (2 X 83.716+112.184)/(3 X 83.716+3 X 112.184)=0.952 m；土压力合力:Eak=X Eaki=0+6.525+9.317+11.722+49.792+70.524=147.88kN合力作用点:aa=艺(aaiEaki)/Eak =(0 X 0+7.061 x 6.525+5.622 x 9.317+4.47 x 11.722+2.931 X 49.792+0.952 X 70.524)/147.88=2.461 m2、被动土压力计算1 )被动土压力系数Kp1=ta n2(45 °+© 1/2 )=tan2(45+17.71/2)=1.874Kp2=ta n2(45 °+© 2/2 )=tan2(45+17.71/2)=1.874Kp3=ta n2(45 °+© 3/2 )=tan2(45+12.37/2)=1.5452 )土压力、地下水产生的水平荷载第 1 层土： 2.7-3.7mH1'= Ey OhO/ y i=0/18.7=0mPpk1 上=Y 1H1'Kp1+2c1Kp10.5 =18.7 X 0X 1.874+2 X 12.92 X 1.874 0.5=35.373kN/m2Ppk1 下=Y 1(h1+H1')Kp1+2c1Kp10.5 =18.7 X (1+0) X 1.874+2 X 12.92 X 1. 8740.5=70.417kN/m2第 2 层土： 3.7-5mH2'= Ey 1h1/ y sati=18.7/22=0.85mPpk2 上=Y sat2H2'Kp2+2c2Kp20.5 =22X 0.85 X 1.874+2 X 12.92 X 1.874 0.5=70.417kN/m2Ppk2 下=Y sat2(h2+H2')Kp2+2c2Kp20.5 =22X (1.3+0.85) X 1.874+2 X 12.92X 1.874 0.5=124.014kN/m2第 3 层土： 5-9mH3'= Ey 2h2/ y sati=47.3/22=2.15mPpk3 上=y sat3H3'Kp3+2c3Kp30.5 =22X 2.15 X 1.545+2 X 9.03 X 1.545 0.5=95.527kN/m2Ppk3 下=y sat3(h3+H3')Kp3+2c3Kp30.5 =22X (4+2.15) X 1.545+2 X 9.03X 1.545 0.5=231.487kN/m23 )水平荷载第1层土Epk 仁 bah1(Pp1上+Pp1下)/2=0.36 X 1 X (35.373+70.417)/2=19.042kN;ap仁 h1(2Pp1上 +Pp1 下)/(3Pp1 上 +3Pp1下)+ 刀 h2=lX (2 X 35.373+70.417)/(3 X 35.373+3 X 70.417)+5.3=5.745m；第2层土Epk2=bah2(Pp2 上+Pp2下)/2=0.36 X 1.3 X (70.417+124.014)/2=45.497kN;ap2=h2(2Pp2 上 +Pp2下)/(3Pp2 上 +3Pp2下)+ 刀 h3=1.3 X (2 X 70.417+124.014)/(3 X 70.417+3 X 124.014)+4=4.59m；第3层土Epk3=bah3(Pp3 上+Pp3下)/2=0.36 X 4X (95.527+231.487)/2=235.45kN;ap3=h3(2Pp3 上 +Pp3下)/(3Pp3 上 +3Pp3下)=4 X (2 X 95.527+231.487)/(3 X 95.527+3 X 231.487)=1.723m；土压力合力：Epk=艺 Epki=19.042+45.497+235.45=299.989kN;合力作用点:ap=艺(apiEpki)/Epk =(5.745 X 19.042+4.59 X 45.497+1.723 X 235.45 )/299.989=2.413m ;3、基坑内侧土反力计算1 )主动土压力系数Ka1= ta n2(45 °-© 1/2 )=tan2(45-17.71/2)=0.534Ka2=ta n2(45 °-© 2/2)=tan2(45-17.71/2)=0.534Ka3=ta n2(45 °-© 3/2)=tan2(45-12.37/2)=0.6472 )土压力、地下水产生的水平荷载第 1 层土： 2.7-3.7mH1'= Ey 0h0/ y i=0/18.7=0mPsk1 上=(0.2 © 12- © 1+c1) E h0(1 - E h0/ld) u / u b+丫 1H1'Ka1=(0.2 X 17.712-17.71+12.92) X 0X (1 -0/6.3) X 0.012/0.012+18.7 X 0X 0.5 34=0kN/m2Psk1 下=(0.2 © 12- © 1+c1) Eh1(1- Eh1/ld) u / u b+丫 1(h1+H1')Ka1=(0.2X 17.71 2 -17.71+12.92) X 1X (1 -1/6.3) X 0.012/0.012+18.7 X( 0+1) X 0.534=58.728kN/m 2第 2 层土： 3.7-5mH2'= Ey 1h1/ y sati=18.7/22=0.85mPsk2 上=(0.2 © 22- © 2+c2) Eh1(1- Eh1/ld) u / u b+丫 sat2H2'Ka2=(0.2X 17.71 2- 17.71+12.92) X 1X (1 -1/6.3) X 0.012/0.012+22 X 0.85X 0.534=58.728kN/m 2Psk2 下=(0.2 © 22- © 2+c2) E h2(1 - E h2/ld) u / u b+丫 sat2(h2+H2')Ka2= (0.2 X 17.71 2-17.71+12.92) X 2.3 X (1 - 2.3/6.3) X 0.012/0.012+ 22X (0.85+1.3) X 0.534=109.867kN/m 2第 3 层土： 5-9mH3'= Ey 2h2/ y sati=47.3/22=2.15mPsk3 上=(0.2 © 32- © 3+c3) E h2(1 - E h2/ld) u / u b+丫 sat3H3'Ka3=(0.2X 12.37 2- 12.37+9.03) X 2.3 X (1 - 2.3/6.3) X 0.012/0.012+22 X2 .15 X 0.647=70.416kN/m 2Psk3 下=(0.2 © 32- © 3+c3) E h3(1 - E h3/ld) u / u b+丫 sat3(h3+H3')Ka3=(0.2 X 12.37 2- 12.37+9.03) X 6.3 X (1 - 6.3/6.3) X 0.012/0.012+22X (2.15+4) X 0.647=87.539kN/m 23 )水平荷载第1层土Psk仁bOh1(Ps1上+Ps1下)/2=0.36 X 1 X (0+58.728)/2=10.571kN;as仁 h1(2Ps1 上 +Ps1 下)/(3Ps1 上 +3Ps1下)+ 刀 h2=lX (2 X 0+58.728)/(3 X 0+3X 58.728)+5.3=5.633m第2层土Psk2=b0h2(Ps2 上+Ps2下)/2=0.36 X 1.3 X (58.728+109.867)/2=39.451kN;as2=h2(2Ps2上 +Ps2 下)/(3Ps2 上 +3Ps2下)+ 刀 h3=1.3 X (2 X 58.728+109.867)/(3 X 58.728+3 X 109.867)+4=4.584m；第3层土Psk3=b0h3(Ps3 上+Ps3下)/2=0.36 X 4X (70.416+87.539)/2=113.728kN;as3=h3(2Ps3上 +Ps3下)/(3Ps3 上 +3Ps3下)=4 X (2 X 70.416+87.539)/(3 X 70.416+3 X 87.539)=1.928 m 土压力合力：Ppk= 艺 Ppki=10.571+39.451+113.728=163.75kN;合力作用点:as=艺(asiPski)/Ppk =(5.633 X 10.571+4.584 X 39.451+1.928 X 113.728)/163.75=2.807m ;Psk=163.75kN< Ep=299.989kN满足要求！三、稳定性验算1、嵌固稳定性验算Epkapl/(Eakaal )=299.989 X 2.413/(147.88 X 2.461)=1.98 9 > Ke= 1.2满足要求!2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图Ksi=E cjlj+(qjbj+ Gj)cos 6 j-卩 jljtan © j/ E (qjbj+ Gj)sin 6cj 、© j 第j 土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦 角(° )；bj第j 土条的宽度(m);6j第j 土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角(° ); lj第j 土条的滑弧段长度(m)，取lj = bj/cos 6 j ;qj作用在第j 土条上的附加分布荷载标准值(kPa); Gj第j 土条的自重(kN)，按天然重度计算；uj第j 土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外 侧，可取uj =丫 whwaj,在基坑内侧，可取 uj =丫 whwpj；滑弧面 在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj = 0;Y w地下水重度(kN/m3);hwaj 基坑外侧第j 土条滑弧面中点的压力水头(m); hwpj 基坑内侧第j 土条滑弧面中点的压力水头(m);min Ks1 , Ks2 ,Ksi ,=1.57 > Ks=1.3满足要求！四、结构计算1、材料参数钢桩类型工字钢钢桩型号32a号工字钢钢材的惯性矩I(cm4)11075.5钢材的截面抵抗矩W(cm3)692.2钢材的弹性模量E(N/mm2)20600钢材的抗弯强度设计值f(N/mm2)205钢材的抗剪强度设计值t (N/mm2)125材料截面塑性发展系数Y1.052、支护桩的受力简图70-52kN49.79kN11；7：v4EkN93：f F2-3iJaL计算简图弯矩图(kN m)Mk=84.065kN.m27.72627,72££520'53Z2.O&4nJ11 nC4尿.004鯛OH剪力图(kN)Vk=86.004kN3、强度设计值确定M= 丫 0 Y F Mk=lX 1.25 X 84.065=105.081kN mV= y 0 Y F Vk=1x 1.25 X 86.004=107.505kN4、材料的强度计算(T max=M/(Y W)=1O5.O81X 10 6/(1.05 X 692.2 X 10 3)=144.578N/mm2W f=205N/mm2满足要求！S=bh2/8-(b-tw)(h/2-t)2)/2=130 X 320 2/8-(130-9.5)(320/2-15)2)/2=397244mm3t max=VS/lt=107.505 X 397244X 10 3/(11075 .5 X 104 X 15)=25.706N/mm告f=125N/mm2满足要求！
