基坑工程内支撑系统设计与计算

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换撑设计
• 换撑的设计一般可分为两个部分设计： • 一、围护体与结构外墙之间的换撑设计：该区域的换 撑标高分别对应地下各层结构平面标高。 • 1、围护体与基础底板间换撑：基础底板周边的换撑板 带为了施工上的方便，通常采用素砼填充即可； • 2、围护与地下各层结构间换撑：一般采用钢砼换撑板
带的方式。
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盆式开挖
优点：盆式开挖方法支撑用量小、费用低、盆式部位土方 开挖方便，这在基坑面积很大的情况下尤显出优越性，因 此，在大面积基坑施工中非常适用。
缺点：但这种施工方法对地下结构需设置后浇带或在施工 中留设施工缝，将地下结构分两阶段施工，对结构整体性 及防水性亦有一定的影响。
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岛式开挖
当基坑面积较大，而且地下室底板设计有后浇带或可以留 设施工缝时，还可采用岛式开挖的方法 这种方法与盆式开挖类似，但先开挖边缘部分的土方，将 基坑中央的土方暂时留置，该土方具有反压作用，可有效 地防止坑底土的隆起，有利支护结构的稳定。必要时还可 以在留土区与挡土墙之间架设支撑。在边缘土方开挖到基 底以后，先浇筑该区域的底板，以形成底部支撑，然后再 开挖中央部分的土方。
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狭长形基坑开挖
1）狭长形基坑一般指基坑宽度在30m以内，基坑长度较长， 类似于地铁车站的基坑；
2）狭长形基坑开挖采用竖向分层，水平向分段的方式，竖
向分层高度根据支撑竖向间距确定，水平向分段宽度根据 支撑水平间距确定； 3）采用分层分段开挖的基坑，可采用留设纵坡的方式，也 可采用分层土方逐层分段挖除的方式； 4）土方开挖过程中留设的临时边坡，各分层的边坡坡度取 1：1.5，纵坡的总坡度取1：3~1：4，纵坡的高度根据环境 保护要求确定，一般不大于3层土方的高度。
• 二、地下结构的换撑设计

０ 引言
在 深基 坑 支护 设计 过 程 中 ， 因涉 及 支 护 体 系 不 得 超越 建 筑红 线 的规 定 ， 内支 撑 结 构 越 来 越 得 到 广 泛 的
应 用 。在 内支撑 结 构 中 ， 立 柱是 必 不 可 少 的 。为 了便
（ Ｎ ／ ｍ ｍ ） ； —— 轴 心受 压 杆 件 和 稳定 系数 ， 受 拉 时
结构设计的要求 ，详细介绍设计计算 步骤及相 关公 式的应 用 ，并进行 实例设计 ，其方 法可供相 关技 术人 员
借鉴。
关 键 词 ：深 基 坑 ；格 构 立 柱 ；分 肢 ；缀 板 ；抗 压 强 度 ；抗 剪 强度
中图分类号 ：Ｔ Ｕ ４ ７ ３ ． ２
文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１ ６ ７ １ —１ ２ １ １ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６－ ０ ７ ６ ５— ０ ４
于主体 建筑施 工 钢筋 的绑 扎 ， 常采 用 由 四根 角 钢 拼 焊 而成 的格构 式立 柱 。格构 立柱 对 于保持 内支 撑结 构 的
稳定 起 着至关 重 要 的作用 ， 如果 某根 格 构立 柱 失 稳 ， 就
规范》 （ Ｇ Ｂ ５ ０ ０ １ ７ －２ ０ ０ ３ ） （ 以下简称《 规范》 ） 表５ ． １ ． ２ － １ ， 格
（ １ ． 湖北 省 第 四地 质 大 队 ， 湖北 成宁 ４ ３ ７ １ ０ ０；２ ． 湖 北 地 矿 建 设 工 程 承包 集 团 有 限公 司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ２ ）
摘
要 ：深 基 坑 内 支撑 格 构 立柱 是 极 其 重要 的 构 件 ，其 结 构 的 稳 定 性 决 定 内支 撑 体 系的 整 体 安 全 。按 照 钢

Qimstar 同济启明星 基坑支护结构专用软件FRWS7.2
顶管2工作井计算书
1 工程概况
该基坑设计总深14.2m，按二级基坑 、选用《天津市标准—建筑基坑工程技术规程 (DB33-202-2010)》进行设计计算，计算断面编号：1。
1.1 土层参数
厚度 γ
c φ c' φ'
序号 土层名称 (m) (kN/m3) (kPa) (°) (kPa) (°)
计算点位置系数：0.000。 第3道支撑(锚)为平面内支撑， 距墙顶深度9.600m， 工作面超过深度0.300m，预加轴力 0.00kN/m，对挡墙的水平约束刚度取80000.0kN/m/m。 该道平面内支撑具体数据如下： · 支撑材料：钢筋混凝土撑； · 支撑长度：30.000m； · 支撑间距：5.000m； · 与围檩之间的夹角：90.000°；
（小于0取0）
采用水土分算且计算点在水位以下时：
（小于0取0）
对于 矩形土压力 模式，自重部分须扣除坑内土的自重（对水位以下的分算土层，扣除有 效自重；坑内水位取坑底位置，天然水位在坑底以下就取天然水位）。
式中： γj─第j层土的天然重度； γw─水的重度，取10kN/m3； Δhj─第j层土的厚度； hwa,i─地下水位；
方式一
方式二
如果 考虑坡脚相应竖向附加应力 ，那么作用在挡土墙的初始侧向附加应力为：
式中，za —支护结构顶面至计算点的竖向距离； a —支护结构外边缘至坡脚的水平距离； b1 —坡宽； θ —附加荷载扩散角，宜取45°； h 1 —地面至支护结构顶面的距离； γ —基础底面以上土的平均天然重度； c —支护结构顶面以上的土的粘聚力； Ka —支护结构顶面以上土的主动土压力系数； Eak1 —支护结构顶面以上土单位宽度主动土压力标准值。

基坑支护设计计算书设计方法原理及分析软件介绍基坑开挖深度为6m，采用板桩作围护结构，桩长为12m，桩顶标高为-1m。

采用《同济启明星2006版》进行结构计算。

5.1 明开挖，6m坑深支护结构计算(1)工程概况基坑开挖深度为6m，采用板桩作围护结构，桩长为12m，桩顶标高为-1m。

q=0(1b 素填土)1.3hw=1(4 粘土)D=7H=6(6b 淤泥质粘土)(6c 粉质粘土)板桩共设1道支撑，见下表。

2中心标高(m) 刚度(MN/m) 预加轴力(kN/m)-1.3 30基坑附近有附加荷载如下表和下图所示。

h 1x 1s 45(2)地质条件场地地质条件和计算参数见表1。

地下水位标高为-1m。

渗透压缩层厚重度43) k(kN/m) c(kPa) m(kN/m土层 ,(:) 系数模量 max3(m) (kN/m) (m/d) (MPa)1.3 19 9.28 14.88 1500 1b 素填土2.7 18.4 12 17 3500 4 粘土7.5 17.8 5 10 1000 6b 淤泥质粘土3.5 18.9 15.5 13 3000 6c 粉质粘土2 19.7 18.5 14.5 5000 7 粉质粘土8 粉质粘土 13 20.4 19 18 7000(3)工况支撑刚度预加轴力工况编号工况类型深度(m) 支撑编号 2(MN/m) (kN/m)1 1.5 开挖2 1.3 30 1 加撑3 6 开挖4 2.5 1000 换撑5 1 拆撑工况简图如下:1.31.52.56工况 1工况 2工况 3工况 4工况 5(4)计算Y整体稳定验算O(1b 素填土)X(4 粘土)76(6b 淤泥质粘土)(6c 粉质粘土)(7 粉质粘土)(8 粉质粘土)安全系数 K=1.56 ,圆心 O( 1.19 , 1.45 ) 墙底抗隆起验算(1b 素填土)1(4 粘土)76(6b 淤泥质粘土)(6c 粉质粘土)(7 粉质粘土)(8 粉质粘土)Prandtl: K=2.83Terzaghi: K=3.23(1b 素填土)1.3m1(4 粘土)76(6b 淤泥质粘土)(6c 粉质粘土)(7 粉质粘土)(8 粉质粘土)坑底抗隆起验算 K=1.81抗倾覆验算(水土合算)(1b 素填土)1.3O1(4 粘土)76(6b 淤泥质粘土) 9924.610.8 914.3(6c 粉质粘土)(7 粉质粘土)Kc=1.22抗管涌验算: 159#按砂土，安全系数K=2.25按粘土，安全系数K=3.054包络图 (水土合算, 矩形荷载)500-502001000-100-200100500-50-100000 110.2kN/m222444666888101010121212141414深度(m)深度(m)深度(m)水平位移(mm)弯矩(kN*m)剪力(kN) Max: 42.8-8.3 ~ 183.2-46.6 ~ 66.2(5)工字钢强度验算: 159#基本信息计算目标:截面验算截面受力状态:绕X轴单向受弯材料名称:Q2352 材料抗拉强度(N/mm):215.02 材料抗剪强度(N/mm):125.0弯矩Mx(kN-m):229.000 截面信息截面类型:工字钢(GB706-88):xh=I40b(型号)截面抵抗矩33 Wx(cm): 1140.000 Wx(cm): 1140.000 1233 Wy(cm): 96.200 Wy(cm): 96.200 12截面塑性发展系数γx: 1.05 γx: 1.05 12γy: 1.20 γy: 1.20 12截面半面积矩33 S(cm): 678.600 S(cm): 92.704 xy13S(cm):84.891 y2 截面剪切面积22 A(cm): 94.110 A(cm): 94.110 xy截面惯性矩44 I(cm): 22800.000 I(cm): 692.000 xy截面附加参数参数名参数值x: I40b(型号) h分析结果2 最大正应力σ:191.312(N/mm)2 |σ= 191.3|?f = 215.0(N/mm) |f / σ|=1.124满足水平支撑系统验算:水平支撑系统位移图(单位:mm)水平支撑系统弯矩图(单位:kN.M)水平支撑系统剪力图(单位:kN)水平支撑系统轴力图(单位:kN) (6)钢腰梁强度验算:基本信息计算目标:截面验算截面受力状态:绕X轴单向受弯材料名称:Q2352 材料抗拉强度(N/mm):215.02 材料抗剪强度(N/mm):125.0弯矩Mx(kN-m):115.700 截面信息截面类型:工字钢组合Π形截面(GB706-88):xh=I40b(型号) 截面抵抗矩33 W(cm): 2280.000 W(cm): 2280.000 x1x233 W(cm): 2389.732 W(cm): 2389.732 y1y2截面塑性发展系数γ: 1.05 γ: 1.05 x1x2γ: 1.00 γ: 1.00 y1y2截面半面积矩33 S(cm): 1357.200 S(cm): 1646.925 xy截面剪切面积22 A(cm): 188.220 A(cm): 188.220 xy截面惯性矩44 I(cm): 45600.001 I(cm): 59026.381 xy截面附加参数参数名参数值x: I40b(型号) hw: 350(mm)分析结果2最大正应力σ:48.329(N/mm)2 |σ= 48.3|?f = 215.0(N/mm) |f / σ|=4.449满足(7)钢对撑强度及稳定性验算:基本输入数据构件材料特性材料名称:Q235构件截面的最大厚度:8.00(mm)2 设计强度:215.00(N/mm)2 屈服强度:235.00(N/mm)截面特性截面名称:无缝钢管:d=133(mm)无缝钢管外直径[2t?d]:133 (mm)无缝钢管壁厚[0,t?d/2]:8 (mm)缀件类型:构件高度:4.000(m)容许强度安全系数:1.00容许稳定性安全系数:1.00荷载信息轴向恒载设计值: 447.800(kN)连接信息连接方式:普通连接截面是否被削弱:否端部约束信息X-Z平面内顶部约束类型:简支X-Z平面内底部约束类型:简支X-Z平面内计算长度系数:1.00Y-Z平面内顶部约束类型:简支Y-Z平面内底部约束类型:简支Y-Z平面内计算长度系数:1.00 中间结果截面几何特性2 面积:31.42(cm)4 惯性矩I:616.11(cm) x3 抵抗矩W:92.65(cm) x回转半径i:4.43(cm) x4 惯性矩I:616.11(cm) y3 抵抗矩W:92.65(cm) y回转半径i:4.43(cm) y塑性发展系数γ1:1.15x塑性发展系数γ1:1.15y塑性发展系数γ2:1.15x塑性发展系数γ2:1.15y材料特性2 抗拉强度:215.00(N/mm)2 抗压强度:215.00(N/mm)2 抗弯强度:215.00(N/mm)2 抗剪强度:125.00(N/mm)2 屈服强度:235.00(N/mm)3 密度:785.00(kg/m)稳定信息绕X轴弯曲:长细比:λ=90.32 x轴心受压构件截面分类(按受压特性): a类轴心受压整体稳定系数: φ=0.711 x最小稳定性安全系数: 1.07最大稳定性安全系数: 1.07最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:0.000(m)最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:0.000(m)绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式(5.1.2-1) N4478002,,200.3857N/mmA0.711，3142 x绕Y轴弯曲:长细比:λ=90.32 y轴心受压构件截面分类(按受压特性): a类轴心受压整体稳定系数: φ=0.711 y最小稳定性安全系数: 1.07最大稳定性安全系数: 1.07最小稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:0.000(m)最大稳定性安全系数对应的截面到构件顶端的距离:0.000(m)绕X轴最不利位置稳定应力按《钢结构规范》公式(5.1.2-1) N4478002,,200.3857N/mmA0.711，3142 y强度信息最大强度安全系数: 1.51最小强度安全系数: 1.51最大强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离: 0.000(m)最小强度安全系数对应的截面到构件顶端的距离: 0.000(m)计算荷载: 447.80kN受力状态:轴压最不利位置强度应力按《钢结构规范》公式(5.1.1-1)分析结果构件安全状态: 稳定满足要求，强度满足要求。