最新:00深基坑支护理论与设计专题四3文档资料.ppt
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1、河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,1,(1)地下结构采用框架结构体系 水平结构与支护结构相结合是一种首先施工结构体系的竖向支承结构,其后由上往下施工地下各层结构的设计与施工方法。地下结构采用框架结构体系,可结合框架柱的位置设置施工阶段的竖向支承构件。竖向支承体系可根据工程的具体情况采用角钢格构柱、型钢柱或钢管混凝土柱等,待基础底板施工完毕再形成结构正常使用阶段的框架柱。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,2,而如地下结构采用剪力墙结构,由于现阶段剪力墙逆作在施工精度、墙与各层结构之间的连接以及止水等方面技术尚不成熟,如采用大量临时钢立柱的
2、方式进行托换,将带来如下难题:A.经济性较差;B.剪力墙在各层水平结构位置的接缝浇筑质量及整体性难以保证;C.施工阶段和使用阶段水平结构边界约束条件迥异而对原水平结构设计调整幅度较大。因此,剪力墙结构体系一般不适宜进行水平结构与支护结构相结合的设计。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,3,(2)水平结构体系宜基本完整并处在同一结构面上 水平结构与支护结构相结合的结构形式,要求地下水平结构在基坑工程施工期间作为水平支撑系统,以承受坑外的水土侧压力。水平结构体系若出现过多的开口或高差、斜坡等情况,将不利于侧向水土压力的传递,也难以满足结构安全、基坑稳定以及保护周边环境的
3、要求,同时也不便于利用顶层结构作为施工场地。当然也可通过对开口区域采取临时封板、加临时支撑以及高差区域设置转换梁等结构加固的方法来解决这些问题,但将较大幅度地增加工程投资,而且还将带来大量的凿除临时加固结构的工作,因此技术经济性较差。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,4,(3)地下水平结构不宜采用劲性结构 水平结构与支护结构相结合的结构体系中,基坑工程施工阶段,一般首先施工钢立柱和立柱桩作为水平结构的竖向支承。地下室水平结构若采用劲性结构,梁柱交接位置结构梁内的劲性钢构件与竖向支承之间的矛盾难以解决。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,
4、5,2、结构体系的设计,在地下结构梁板与基坑内支撑系统相结合时,结构楼板可采用多种结构体系,工程中采用较多的为梁板结构体系和无梁楼盖结构体系。(1)梁板结构 肋梁楼盖由主梁、次梁和板组成,主梁和次梁将楼板划分为多个区格,根据板区格的平面长宽比,还可分为单向板肋梁楼板和双向板肋梁楼盖。肋梁楼盖的传力体系为:次梁承受楼板传来的荷载,主梁作为次梁的不动支点承受次梁传来的荷载,其后将荷载传递至主梁的竖向支承(柱和墙)。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,6,地下结构采用肋梁楼盖作为水平支撑比较适于逆作法施工,其结构受力明确,可根据施工需要在梁间开设孔洞,并在梁周边预留止水片
5、,在逆作法结束后再浇筑封闭。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,7,梁板与两墙合一地下连续墙的连接有多种方式,如可在地下连续墙内预埋钢筋接驳器与梁连接,预埋钢筋与板连接;或在结构楼板周边设置边环梁,边环梁通过地下连续墙内的预埋钢筋与地下连续墙连接,结构梁板与边环梁整体浇筑;也可设置边柱支承边环梁,边环梁不与地下连续墙连接。逆作法设计中较多采用肋梁楼盖体系作为地下结构施工阶段的水平支撑。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,8,水平结构与支护结构相结合的设计施工方法中,梁柱节点位置由于梁宽的限制以及逆作阶段竖向支承钢立柱的存在,框架梁主筋穿越
6、成为该设计方法特有的技术难点之一,而采用梁板体系时,该难点将更突出。因此采用梁板体系作为基坑施工阶段的水平支撑时,框架梁的截面尺寸以及梁柱节点的设计应对主筋穿越的问题给出针对性的解决措施。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,9,(2)无梁楼盖,无梁楼盖结构体系相对于梁板结构体系而言又称板柱结构体系,其结构体系由板和柱组成。由于楼板直接支承在柱上,其荷载传力体系也相应的由板直接传递至柱或墙竖向支承,因此,楼板厚度较相同柱网尺寸的梁板体系要大。无梁楼盖体系一般视柱网尺寸和荷载大小情况进行设计,当柱网尺寸和荷载较大时,如平板的弯矩过大,或不能满足柱顶处的冲切荷载要求,一般
7、可在柱顶处设置柱帽,反之则可不设柱帽。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,10,无梁楼盖示意图,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,11,无梁楼盖结构体系较之传统的梁板结构体系具有整体性好、建筑空间大,可有效地增加层高等优点。在施工方面,采用无梁楼盖的结构体系具有施工支模简单、楼面钢筋绑扎方便、设备安装方便等优点,从而大大提高了施工速度。因此,采用无梁楼盖结构具有明显的经济效益和社会效益。在主体结构与支护结构相结合的设计中可采用无梁楼盖作为水平支撑,其整体性好、支撑刚度大,并便于结构模板体系的施工。在无梁楼盖上设置施工孔洞时,一般需设置边梁
8、并附加止水构造。无梁楼盖通常通过边环梁与地下连续墙连接。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,12,无梁楼板一般在板柱节点位置设置一定长宽的柱帽,逆作阶段竖向支承钢立柱的尺寸一般占柱帽尺寸的比例较小,因此,无梁楼盖体系梁柱节点位置钢筋穿越矛盾相对梁板体系缓和、易于解决。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,13,3、水平结构与围护体的连接,水平结构与支护结构相结合设计方法中,周边的围护体根据工程特点,一般可采用“两墙合一”地下连续墙或其他临时围护结构如 SMW工法、钻孔灌注桩结合止水帷幕等。围护体采用“两墙合一”地下连续墙或临时围护体,其与内
9、部结构之间的连接方式迥异。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,14,4、水平结构与支护结构相结合设计中应考虑的施工问题,在水平结构与支护结构相结合的总体设计中应对以下的施工问题给予重点考虑。(1)出土进料口 施工一般是在顶部楼盖结构完成的条件下进行的,在进行地下各层地下室结构施工时,需进行施工设备、土方、模板、钢筋、混凝土等的上下运输,所以需预留一个或几个上下贯通的竖向运输通道,竖向运输通道的运输能力必须根据施工需要进行设计,其尺寸也要满足进出材料、设备及结构件的尺寸要求。此外,还应对逆作法施工期间的通风、照明、安全等采取应有的措施,保证施工顺利进行。,河北工程大学
10、土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,15,(2)模板体系 逆作法中地下结构的钢筋混凝土楼盖作为永久结构,同上部结构一样要求施工中具有良好的模板体系。由于逆作法暗挖条件的限制,往往使其支承模板难以达到较高要求。为此施工通常采取土胎膜或架立模板形式,当采用土胎膜时应考虑到地基土的压缩变形对楼板结构产生的竖向挠曲,结构设计中应给予充分考虑;而当采用架立模板形式时,土方开挖面将超过设计工况的开挖深度,不能满足设计要求,需调整围护墙的设计。因此对模板体系的选用在总体设计中应充分考虑。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,16,(3)竖向支承与水平构件的连接 主体结
11、构与支护结构相结合的设计施工方法中,交汇于同一节点的各部构件并非同步完成,且施工过程中存在立柱桩之间不可避免的差异沉降、立桩桩可能出现的压缩、回弹再压缩的变位而产生的附加应力等都对钢柱与结构梁的连接节点提出了较高的技术要求。钢柱与结构梁的节点处较不利的作用力是弯矩和剪力,如何设计钢柱与结构梁的节点,使得整体结构达到预期的工作状态,也是主体结构与支护结构相结合的设计中的关键技术问题。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,17,(二)水平结构与支护结构相结合的设计计算原则,1、水平结构与支护结构相结合在水平向荷载作用下的内力分析 利用地下结构的梁板等内部水平构件兼作基坑内
12、支撑、围檩时,结构水平构件除应满足地下结构使用或设计要求外,尚应进行各种施工工况条件下的内力、变形等计算。分析中可采用简化计算方法或平面有限元方法。当采用梁板体系且结构开口较多时,可简化为仅考虑梁系的作用,进行在一定边界条件下,在周边水平荷载作用下的封闭框架的内力和变形计算,其计算结果是偏安全的。当梁板体系需考虑板的共同作用,或结构为无梁楼盖时,应采用平面有限元的方法进行整体计算分析,根据计算分析结果并结合工程概念和经验,合理确定用于结构构件设计的内力。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,18,施工期间顶板作为施工的通道,承受土方工程施工机械巨大的动荷载作用,这需要
13、考虑荷载的最不利组合。在施工期,顶板因其形状复杂、洞口较多且在水平向荷载(围护体传来的水平力)和竖向荷载(施工荷载和自重荷载)双向荷载的作用下,其受力状态非常复杂。地下各层楼板同样也要受双向荷载的作用,与顶板不同的是,地下各层楼板的竖向荷载相对顶板较小,而围护体传来的水平力较大。由水平向荷载作用下产生的压应力和由竖向荷载作用产生的弯曲应力是相互影响、相互作用的。因而把楼板作为板中平面无伸缩变形的刚性板来分析是不适宜的,必须作为考虑板中平面伸缩变形的柔性板来分析。由于计算复杂,因而可采用有限元法进行整体分析。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,19,2、水平结构与支护
14、结构相结合的设计计算原则(1)利用地下结构的梁板等内部结构兼作基坑内支撑和围檩时,地下结构外墙的侧向土压力宜采用静止土压力计算。地下结构梁板等构件应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算,以同时满足施工期和使用期的设计要求。(2)地下结构的设计与施工中,应验算混凝土温度应力、干缩变形、临时立柱以及立柱桩与地下结构外墙之间差异沉降等引起的结构次应力影响,并采取必要措施,防止有害裂缝的产生。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,20,(3)地下主体结构的梁板兼作施工平台或栈桥时,其构件的强度和刚度应按水平向和竖向两种不同工况受荷的联合作用进行设计。(4)地下
15、结构同层楼板面标高有高差时,应设置临时支撑或可靠的水平向转换结构。转换结构应有足够的刚度和稳定性,并满足抗剪和抗扭承载能力的要求。当结构楼板存在大面积缺失或在车道位置时,均需在结构楼板缺失处架设临时水平支撑。(5)地下结构的顶层结构应采取措施处理好结构标高和现场地面标高的衔接,确保支撑受力的可靠性。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,21,(6)地下各层结构梁板留设通长结构分缝的位置应通过计算设置水平传力构件。(7)逆作施工阶段应在适当部位(楼梯间、电梯井或无楼板处等)预留从地面直通地下室底层的施工孔洞,以便土方、设备、材料等的垂直运输。孔洞尺寸应满足垂直运输能力和
16、进出材料、设备及构件的尺寸要求,预留施工孔洞之间应通过计算保持一定的距离,以保证水平力的传递。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电话:8578720,22,(8)地下结构楼板上的预留孔(包括设备预留孔,立柱预留孔,施工预留孔等)应验算开口处的应力和变形。必要时宜设置孔口边梁或临时支撑等传力构件。立柱预留孔尚应考虑替换结构及主体结构的施工要求。(9)施工阶段预留孔在逆作施工结束如根据结构要求需进行封闭,其孔洞周边应预先留设钢筋或抗剪埋件等结构连接措施,以及膨胀止水条、刚性止水板或预埋注浆管等止水措施,以确保二次浇筑结构的连接整体性及防水可靠性。,河北工程大学土木工程学院 谭燕秋 教授 电
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