内支撑体系计算要点.docx

内支撑体系计算要点内支撑体系常用的有钢支撑和混凝土支撑。内支撑体系包括水平支撑构件、腰 梁或冠梁及翌向的立柱。1. 钢支撑结构设计钢支撑口前常用的是钢管支撑和H型钢支撑。这两种支撑重量轻、刚度大、装 拆方便、可重复使用、材料消耗少、可施加预顶紧力，因而在基坑(尤其是长条形基 坑)工程中广泛应用。钢支撑多为对撑或角撑，为直线形构件。所承受的支点水平荷载为山腰梁或 冠 梁传来的土压力、水任力和地面超载产生的水平力；翌向荷载则为构件自重和施工 荷载。为此钢支撑多按压弯杆件(单跨压弯杆件、多跨连续压弯杆件)计算。当基坑形状接近矩形且基坑对边条件相近时，支点水平荷载可沿腰梁、冠梁长 度方向简化为均布荷载，对撑轴向力可近似取水平荷载设计值乘以支撑点中心 距； 腰梁内力则可按多跨连续梁计算，计算跨度取相邻支撑点的中心距。支撑构件的受压计算长度，按下列方法确定：(1) 当水平平面支撑交汇点设置翌向立柱时，在翌向平面内的受压计算长度 取相邻两立柱的中心距；在水平平面内的受压计算长度取与该支撑相交的相邻横向 水平支撑的中心距。当支撑交汇点不在同一水平面时，其受压计算长度应取 与该支 撑相交的相邻横向水平支撑或联系构件中心距的1.5倍。(2) 当水平平面支撑交汇点处未设置立柱时，在翌向平面内的受压计算长度 取支撑的全长。(3) 钢支撑尚应考虑构件安装误差产生的偏心弯矩，偏心距可取支撑计算 长 度的 1/10000钢支撑如施加预顶紧力，则预顶紧力值不宜大于支撑力设计值的40%60%。立 柱的讣算应符合下列规定：(1) 立柱内力宜根据支撑条件按空间框架计算；也可按轴心受压构件计算。轴向力设计值M按下列经验公式确定:N严N”另0 1汕i = l(6-95)式中 Nz水平支撑及柱自重产生的轴力设计值；M第i层交汇于该立柱的最大支撑轴力设计值；n支撑层数。(2) 各层水平支撑间的立柱的受压讣算长度，可按各层水平支撑间距计算；最 下层水平支撑下的立柱的受压计算长度，可按底层高度加5倍立柱直径或边长计算。(3) 立柱基础应满足抗压和抗拔要求，并应考虑基坑回弹的影响。2. 混凝土支撑结构设计混凝土支撑为现浇结构，适应于各种结构型式，如对撑、角撑、衔架式、框架 式、圆环式等，施工皆无困难。而且曲于其刚度大，控制支撑变形的可黑度高能对 基坑周围的管线和环境起很好的保护作用，施匚费用相对乂不高，因而软土地区大 面积的深基坑中应用较广泛。其缺点是拆除困难，控制爆破仍会对周圉环 境带来一 定影响，人工破除费人力且噪音大，所用材料不能回收，消耗量较大。基坑围护结构一般山围护墙和支撑体系两部分组成，封闭的支撑体系与圉护墙 共同组成一空间结构体系，两者共同承受土体的约束及荷载的作用，因此支撑 体系 的水平位移包括两部分：第一部分是荷载作用下，支撑体系的变形；第二部 分是刚 体位移(包括刚体平移及转动)，该部分是由于基坑开挖过程中，基坑各侧壁上的荷 载不同而发生的，该刚体位移的发生使得基坑各侧壁上的荷载重新调整，直至平衡。混凝土支撑体系按平面封闭框架结构设计，其外荷载直接作用在封闭框架周 边 与圉护墙连接的腰梁上。封闭框架的周边约束条件视基坑形状、地基土物理力学性 质和围护体系的刚度而定。对这个封闭框架结构，要计算它在最不利荷载作用下， 产生的最不利内力组合和最大水平位移。因此要依据基坑的挖土方式的多种工况， 对每一种工况的不利荷载，分别计算圉护墙和钢筋混凝土支撑体系的内力及水平位移。计算程序及要点如下：(1) 选择合适的结构儿何参数，计算钢筋混凝土支撑的水平变形刚度Kc。kc=i/& ( 6-96)式中8为钢筋混凝土支撑的变形柔度。其物理含义为：当钢筋混凝土支撑沿基坑周 边承受单位均布支撑力R=1时，支撑点（即腰梁）的水平位移。实际上，山于钢筋混凝土支撑在支撑力作用下，腰梁上不同截面的水平位移 不 相同，所以对于不同地方的腰梁支撑刚度Kc并不相同，为了控制基坑边缘的最大水 平位移，在设计计算中，取钢筋混凝土支撑腰梁的最大水平位移为水平变形柔度， 即s = 5 max （ 6-97）这样使计算偏于安全。（2）求得刚度Kc后，根据工程地质勘察提供的有关数据，利用圉护墙（加支 撑、锚杆）的有限单元法计算程序，计算围护墙体结构的内力和基坑边缘的最大水 平位移 max,并求钢筋混凝土支撑对围护墙体结构的支撑力（3）判别基坑边缘最大水平位移是否满足设计要求，即AmaxjA （6-98）式中基坑边缘允许的最大水平位移。如果（6-98）式不满足，则重新调整钢筋混凝土支撑的儿何参数，提高其水平刚 度，重复式（6-96）、式（6-97）的计算;3A心匀时，为了调整整个基坑的刚度，通 常采用以下三种调整方式：1）调整支撑体系的高程布置，考虑是否需要增设一道支撑；2）加大支撑体系的杆件截面尺寸，即增加支撑体系的水平面上的刚度；3）加大圉护墙尽度或加长人土深度。上述三种调整方式中，方法1）对基坑水平变形的控制最有效，所以通常先调整 支撑体系的高程布置，如式（6-98）仍无法满足，再按方法2）、3）调整。如（6-98）式满足，则进行下面步骤（4）的计算：（4）用有限单元法计算混凝土支撑的内力并进行配筋讣算。混凝土支撑结构设计讣算流程如图6-93所示。START瑜入土体物理力学指标、地下水位计算围护堵主动土压力及水压力修正支撑系统的结构JL何参数围护结构几何参数护墙内力及最大水平位移A输入支撑体系的结构几姬参数 讦算支撑系统的水平变形刚度END图6-93支撑系统对围护结构的支掉力支撑系统内力及变形计算支撑杆件的配筋计算当基坑各侧壁荷载相差较大时，如相邻基坑同时开挖，基坑坑外附近有相邻 工 程在进行预制桩施上等，这时基坑侧壁的不平衡荷载可能引起整个基坑向一侧“漂 移”，支撑体系的刚体位移很大，此项因素绝不可忽略。为此，要考虑围护体系外围 土体的约束作用，可根据地层特性，采用适当刚度的弹簧模拟之。为了计算该刚体 位移，必须将支撑体系与围护墙一同视为一空间结构。如采用钻孔灌 筑桩作为围护 墙，可将用护桩沿基坑周边按“刚度等效”进行连续化，将整个结 构体系简化为带 内撑杆的薄壁结构，按薄壁结构的有限元程序进行内力和位移讣算。