建筑深基坑中 桁架式组合型钢支撑的魅力
发布时间:2022-06-30

近二十年来,随着基坑开挖深度的增加和周边环境保护要求的提高,单纯依靠挡土墙悬臂来抵抗土压力已不能满足要求,通常需要在两侧挡土墙之间设置水平支撑。支撑梁最初使用钢材,后由于基坑规模的提高而转向钢筋混凝土。近年来,随着绿色建筑理论不断深入人心,钢支撑组合形式及节点连接随着设计的持续优化,钢支撑又重新得到大规模发展,组合式型钢支撑因节点全部采用高强螺栓连接而在国内外建筑深基坑工程中迅速扩大应用。

目前宏信常规的组合型钢支撑形式:

1、八字撑式组合式型钢支撑

2、钢管支撑+组合式型钢支撑

常规的混凝土支撑布置形式如下:

1、传统混凝土支撑布置形式

从传统支撑布置形式对比,看组合型钢支撑优缺点:

优点:

(1)组合式型钢支撑将土压力传力给集中布置在一起的多榀型钢,每组型钢之间可以适当拉开间距,挖土空间大,可有效提高出土效率。

(2) 支撑架设拆除方便,支撑安装好后无需养护,基坑即可继续开挖,可为业主节省工期。

(3)钢支撑比重较轻,与混凝土相比,立柱可采用较轻质的型钢作为立柱,且插入深度比混凝土较浅,造价低于混凝土支撑。

(4) 主体结构换撑结束即可拆撑,组合式型钢支撑通常用螺栓连接,支撑拆卸效率高,且绿色环保可回收,不同于混凝土支撑需要爆破或者割除的形式,产生的建筑垃圾难以回收,也是一种能源的浪费。

缺点:

(1)组合式的设计理念来源于钢结构中的格构柱,对照于传统格构柱的构造方法,由于组合式型钢下盖板较难施工,因此组合式型钢只有上盖板能够施工,属于单边连接的组合形式,规范里格构柱均为两个分肢的连接,目前没有资料证明单边连接且多肢联系的结构是组合式结构,因此组合式型钢支撑是否能够按照组合式结构计算存疑,而大多数关于组合式型钢支撑的文献均认为是组合式结构的前提下进行的受力分析。

(2)经过近几年科研人员对市场常规的组合式型钢支撑研究,已表明,组合式型钢支撑梁的承载力经常被高估。

推陈出新

宏信新型桁架式型钢支撑

宏信建发支护系统事业部研发了新型桁架式型钢支撑支护体系,完善了传统组合式型钢支撑计算理论。


▲宏信第二代桁架式型钢支撑支护体系案例

宏信第新型桁架式型钢支撑支护体系实拍图


理论验证 

全新桁架式型钢支撑提供更多选择

1、模型分析

采用有限元软件对大跨度角撑进行分析,选取项目第二道跨度最大的角撑建立整体的三维模型(见图1,图2),根据土压力365kN/m推算在支撑两端分别施加荷载1100kN进行屈曲分析(屈曲分析方法用于研究结构在特定荷载下的稳定性以及确定结构失稳的临界荷载)。经计算可见,大跨度角撑的失稳模态为竖向平面内的变形而非水平平面内的变形(见图3),屈曲因子达到10.9倍。

图1 有限元软件对撑整体模型

图2 施加荷载模型

第一阶模态——竖向平面内的屈曲变形     屈曲因子——10.90


图3  屈曲分析模型

2、计算长度

工程上常通过屈曲分析并结合欧拉公式来反算构件的计算长度。公式见如下:




其中,为构件在屈曲方向的惯性矩。

根据屈曲分析结果可以得知,屈曲方向为型钢强轴方向,屈曲因子达到10.90倍,也就是说单根型钢的临界荷载=10.9x1100 =11990kN。


其中,为构件在屈曲方向的惯性矩。

根据屈曲分析结果可以得知,屈曲方向为型钢强轴方向,屈曲因子达到10.90倍,也就是说单根型钢的临界荷载=10.9x1100 =11990kN。

图4 《钢结构设计标准》7.4节内容

3、构建承载力

角撑中型钢的稳定计算应按照《钢结构设计标准》8.2.5节中的规定,具体公式见下方所示。同时,根据第二章节可以得知,对于平面桁架结构,桁架型钢的承载力计算可以按照面内计算长度按立柱间距即11米,面外计算长度按水平系杆间的距离即4米。结合基坑规范对于钢支撑还需考虑安装偏差的影响,因此在计算承载力时还增加了4cm的偏心距,最终得到单根型钢支撑的承载力为1900 kN,具体计算过程见图5。

图5 平面桁架中型钢承载力计算表格

4、总结

该桁架角撑结构实际受到的土压力为365 x17=6205 kN,而该平面桁架对撑的轴向承载力为1900x6(角撑共6根型钢)=11400 kN。因此,该构件承载力满足使用要求。

全新桁架式型钢支撑的特点

(1) 每组支撑之间采用三角桁架式连接,桁架式抵在H400型钢支撑的腹板,支撑梁弯矩作用平面内外的计算长度可参考《钢结构设计标准》GB50017-2017表7.4.1。根据钢标,宏信桁架式型钢支撑梁弯矩作用平面内的计算长度可取立柱到立柱间的距离;支撑梁弯矩作用平面外的计算长度可取桁架式间距。

(2)型钢支撑标准段与标准段的连接采用更为轻质的H400型钢连接盖板,上下对称布置。

(3)桁架式连接件采用可拆卸的H300型钢和连接件,桁架式系统可根据支撑受力形式,随时调整布置形式和间距,可更好的增强支撑与支撑的连接整体性。


优化后的新型桁架式型钢支撑体系,形成了具有可施加预应力的多冗余度多跨超静定桁架式支护体系。为基坑支护提供了更多的选择。

  • 公众号

  • 视频号

  • 抖音号

Copyright 2022 宏信建发 All Rights Reserved 沪公网安备 31011502009437号 沪ICP备19002473号-1