基坑工程内支撑系统的设计计算

一、内支撑体系的构成

基本构件：支护桩（墙）、围檩、水平支撑、钢立柱、立柱桩。

二、支撑系统的设计

支撑系统的设计应包含以下内容：

支撑的结构型式(支撑材料的选择) ；支撑结构体系的布置 ；水平支撑的竖向设置 ；斜撑体系的竖向布置 ；支撑节点的构造 ；水平支撑体系的设计计算 ；竖向支撑体系的设计计算；坑内被动区加固设计计算 ；换撑设计；

1、支撑的结构型式(支撑材料的选择)

1）支撑结构可采用钢支撑；

优点：自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可以重复利用（环保、绿色）。且安装后能立即发挥支撑作用，减少由于时间效应而增加的基坑位移是十分有效的。

缺点：节点构造和安装相对比较复杂，施工质量和水平要求较高。适用于对撑、角撑等平面形状简单的基坑。

2）支撑结构可采用钢筋混凝土支撑；

优点：刚度大，整体性好，布置灵活，适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑位移，施工质量容易得到保证。

缺点：现场制作和养护时间较长，拆除工程量大，支撑材料不能重复利用。

3）支撑结构可采用钢支撑与钢筋混凝土支撑的组合；

钢支撑和钢筋混凝土支撑的10点区别

钢支撑

钢筋混凝土支撑

材料

采用钢管或型钢

钢筋混凝土

施工方法

预制后现场拼装

现场浇筑

节点

焊接或螺旋连接

一次浇筑而成

适应性

适用于对撑布置方案，平面布置变化受限制；只能受压，不能受拉，不宜用作深基坑的第一道支撑

易于通过调整断面尺寸和平面布置形式为施工留出较大的挖土空间，既能受压，又能受拉，亦经得起施工设备的撞击

对布置的限制

荷载水平低，支撑在竖向和水平向的间距都比较小

荷载水平高，布置不受限制，可放大截面尺寸以满足较大间距的要求

支撑的形成

安装结束时即已形成支撑作用，还可以用千斤顶施加轴力以调整围护结构的变形

混凝土结硬以后才能整体形成支撑作用，混凝土收缩变形大，影响支撑内力的增长

重复使用的可能性

在等宽度的沟渠开挖时可做成工具式重复使用，但在建筑基坑中因尺寸各异难以实现重复使用的要求

无法重复使用

支撑的利用或拆除

拆除方便，但无法在永久性结构中使用

在围护结构兼作永久性结构的一部分时钢筋混凝土支撑可以作为永久性结构的构件；但如不作为永久性构件，则拆除工作量比较大

支撑体系的刚度与变形

刚度小，整体变形大

刚度大，整体变形小

支撑体系的稳定性

稳定性取决于现场拼装的质量，包括节点轴线的对中精度、杆件受力的偏心程度以及节点连接的可靠性，个别节点的失稳会引起整体破坏

现浇的钢筋混凝土体系节点牢固，支撑体系的稳定性可靠

4）选型时应考虑的因素：

1、基坑的平面形状、尺寸和开挖深度；2、基坑周边环境条件； 3、围护结构（桩、墙）的型式； 4、土方开挖与支撑安装工序； 5、支撑拆除方式； 6、主体结构的设计与施工要求。

2、支撑结构体系的布置

内支撑结构可采用水平支撑体系或竖向斜撑体系。水平支撑体系通常由围檩、水平支撑和立柱三部分组成；竖向斜撑体系通常由围檩、斜撑和斜撑基础等构件组成。

1）内支撑的结构选型与布置应综合考虑基坑形状、开挖深度、周围环境及施工顺序等因素，并尽可能对称、均匀布置。

水平支撑可采用由对撑、角撑、圆环撑、边桁架及连系杆件等结构型式组成的平面结构。

2）支撑杆件宜避开主体地下结构的墙、柱等竖向构件。不应妨碍地下室主体结构施工。

3）水平支撑应在同一平面内形成整体，上、下各道支撑杆件的中心线宜布置在同一竖向平面内。

4）水平支撑的立柱宜尽量设置在支撑的节点处。支撑的平面布置应有利于利用工程桩作为支撑立柱。

5）支撑的平面布置应尽量便于土方开挖。

6）对于大型深基坑，支撑的平面布置应有利于主体结构分区分片施工，有利于基坑中主楼的施工。

7）支撑杆件相邻水平距离应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载力在要求范围内，即支撑的平面布置应有利于支撑杆件的设计。当支撑系统采用钢砼围檩时，间隔一般为8.0~10.0m。当采用钢围檩时，支撑点间距不宜大于4m；当相邻支撑之间的水平距离较大时，应在支撑端部两侧与围檩之间设置八字撑，八字撑宜左右对称，与围檩的夹角不宜大于60度。

8）基坑平面设计应尽量避免出现阳角，当不可避免时，应作加强设计。

9）水平支撑整体或单独受力单元宜必须与围檩共同组成几何不变体系，优先采用超静定体系。为防止一个方向支撑的位移致使另一个方向支撑失稳，宜采用基坑长边短向对顶撑与角撑分别受力的结构形式，或如加强围檩式、格构式及加强角撑式结构。采用纵横对顶式支撑时宜应加设一定数量的斜杆，增加支撑平面内抗变形剪和抗压曲变形能力。按刚结点设计的结点，应采取有效措施保证结点的连结刚度。

平面布置比较