修改第6讲 内支撑结构设计
[3]内支撑的设计与计算
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支撑结构的平面布置与实例
平面布置比较
类型
优点
传力路径明确，各部 分相互牵连较少，系 统稳定性好
刚度大，有利于控制 变形，系统稳定性好
缺点
影响坑内作业空间
对土方出坑形成障碍，需要设 置运土栈桥
对坑内作业空间影响 较小，各部分相互牵 连较少，便于出土
中间空间大，有利于 坑内作业
仅适应面积较小的接近正方形 的基坑
四、斜撑基础与围护墙之间的水平距离，应考虑满足基坑 内侧留土坡的稳定性及围护墙的侧向变形控制要求确定。
在基坑中部的土方开挖后和斜撑未形成前，基坑变形取决 于围护墙内侧预留的土堤对墙所提供的被动抗力，因此保 持土堤的稳定至关重要，必要应进行预加固或采取支挡措 施。
五、斜撑的设置应尽量不影响主体结构的施工。
境资料； 4、建筑总平面图及主体工程地下建筑、结构施工
图（含桩位图）； 5、相邻地下工程施工情况和经验性资料； 6、基础施工对基坑支护设计的要求； 7、基坑周边的地面堆载和活荷载。
二、基坑工程设计的内容
1、环境影响与保护要求； 2、支护体系的方案比较和选型； 3、基坑的稳定性验算； 4、支护结构的强度、承载力和变形计算； 5、降水技术要求与计算、隔渗的设计； 6、基坑开挖与降水对基坑内外环境影响评估； 7、基坑监测要求； 8、基坑工程施工图。
内支撑体系计算要点
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、腰梁或冠梁及竖向的立柱。
1．钢支撑结构设计钢支撑目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由腰梁或冠梁传来的土压力、水压力和地面超载产生的水平力；竖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竖向立柱时，在竖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，在竖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1/1000。
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%。
立柱的计算应符合下列规定：（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N z按下列经验公式确定：（6-95）式中N z——水平支撑及柱自重产生的轴力设计值；N i——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计算长度，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。
内支撑结构设计20161122
有锚板桩的 双层围檩插桩法
深基坑支护
6.地下连续墙支护
先建造钢筋砼地下连续墙,达到强度后在墙间用机 械挖土。该支护法刚度大、强度高,可挡土、承重、截 水、抗渗,可在狭窄场地施工,适于大面积、有地下水的 深基坑施工。
铣
削
连 续 墙
钻 成 槽 机
抓
斗
成 槽 机
槽段的连接
—
深基坑支护
两边是 锁口管
导墙施工
基坑（槽）支护
1. 基坑的分级
一级基坑：重要工程，支护结构与基础结构合一工程，开挖深度 ＞10m，临近建筑物、重要设施在开挖深度以内；开挖影响范围内有历 史或近代优秀建筑、重要管线需严加保护；
三级基坑：开挖深度＜7m，且无特别要求的基坑； 二级基坑：不属于一级或三级的其它基坑。
基坑类别 一级基坑 二级基坑 三级基坑
内支撑结构设计20161122
目录
1. 边坡稳定 2. 基坑（槽）的支护 3. 深基坑支护
边坡稳定
土方开挖过程中,土壁是由土体内磨擦阻力和粘结力保持平衡而稳定。 一旦土体失去平衡(俗称失稳),土体就会塌方,这不仅会造成人身安全事故 、影响工期,有时还会危及附近的建(构)筑物。
1. 造成边坡失稳的原因
⑴边坡过陡；
⑵雨水、地下水渗入基坑;
基
⑶基坑上口边缘堆载过大;
坑
⑷土方开挖顺序、方法未遵守“
塌 方
从上至下、分层开挖；开槽支撑、 先撑后挖”的原则。
抢 险
救
人
边坡稳定
2. 边坡预留 合理地选择基坑、沟槽、路基、堤坝的开挖断面并留设边坡,是减少
土方量的有效措施。边坡的表示方法为 1:m ，即：
土方边坡坡度＝h／b ＝ 1／(b ／h)＝1:m
钢结构支撑胎架安装(第六讲)
顶面次结构安装难度大
根据设计要求，本工程的顶面次结构需在支撑塔架卸 载完毕后再进行安装。由于在支撑塔架的卸载过程中，屋 盖钢结构会产生一定的变形，从而导致顶面次结构的安装 边界条件发生了改变，但考虑到工期和设计难度，顶面次 结构仍是按照卸载前的边界条件（即原设计坐标）进行加 工和拼装的，这两者之间存在一定程度的尺寸偏差，所以 顶面次结构的安装对口和精度控制难度增大。
除C19柱外，所有桁架柱的菱形内柱 下端（标高＋1.5m处）采用了Gs20Mn5V 铸钢件。铸钢件高2020mm，壁厚最厚为 130mm，单件最重为18.09吨，共计276吨。
工程组织
建设单位：国家体育场有限责任公司 设计单位：瑞士赫尔佐格和德梅隆设计事务所（H＆ DeM）、奥雅纳工程顾问公司（ARUP）及中国建筑设计研 究院设计联合体 监理单位：中咨工程建设监理公司 质量监督单位：北京市建设工程质量监督总站 施工总承包单位：北京城建集团有限责任公司 A区承包单位：中信建设国华公司 钢结构加工单位：江苏沪宁钢机、浙江精工、江南重工 钢结构安装单位：上海宝冶建设、北京城建精工 根据国家体育场施工任务的分工情况，国家体育场钢结 构工程共分为Ⅰ、Ⅱ两大施工区域，I区施工范围为C21立 柱—C8立柱区域，II区施工范围为C9立柱—C20立柱区域，I 区由我司负责安装， 钢结构设计总量约21000吨。
3 钢结构安装 总体方案
钢结构安装方案的演变过程
针对本钢结构工程规模大（4.2 万吨设计用钢量）、结 构形式复杂（马鞍形、双曲杆件）、节点复杂、测量测控及 安装技术的挑战性、工期紧迫以及与其它分项工程交叉作业 复杂等特点，本工程钢结构施工以实现建设“国内最好、世 界一流”的体育场，全面贯彻落实“绿色奥运、科技奥运、 人文奥运”的理念为指导思想，坚持科学管理、科技创新， 秉承“建立完善的技术创新机制，高效运用现代信息技术， 充分利用国内外各方面技术、资源优势”原则进行组织部署， 以确保圆满完成工程安全、质量、功能、工期和造价等方面 的建设目标，保证2008 年奥运会成功举办。
内支撑结构设计
、内支撑结构可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土的混合支撑。
二、内支撑结构选型应符合下列原则：1、宜采用受力明确、连接可靠、施工方便的结构形式；2、宜采用对称平衡性、整体性强结构形式；3、应与主体地下结构的结构形式、施工顺序协调，应便于主体结构施工；4、应利于基坑方开挖和运输；5、需要时，可考虑内摘除结构作为施工平台。
三、内支撑结构应综合考虑基坑平面形状及尺寸、开挖深度、周边环境条件、主体结构形式等因素，选用有立柱或无立柱的下列内支撑形式：1、水平对支撑或斜撑，可采用单杆、桁架、八字形支撑；2、正交或斜交的平面杆系支撑；3、环形杆或环形板系支撑；4、坚向斜撑。
四、内支撑结构宜采用超静定结构。
对个别次要构件失效会引起结构整体破坏的部位宜设置冗余约束。
内支撑结构的设计应考虑地质和环境条件的复杂性、基坑开挖步序的偶然变化的影响。
五、内支撑结构分析应符合下列原则：1、水平对撑与水平斜撑，应按偏心压力国建进行计算；支撑的轴向压力其支撑间距N倍挡土构件的支点力之和；腰梁或冠梁应按宜支撑我支座的多跨连续梁计算，计算跨度可取相邻支撑点的中距；2、矩形基坑支护的正交平面杆系支撑，可分解为纵横两个方向的结构单元，并分按偏心受压构件进行计算；3、平面杆系支撑、环形杆系支撑，可按平面杆系结构采用平面有限元法进行计算；计算时应考虑基坑不同方向上的荷载不均匀性；建立的计算模型中，约束支座的设置应与支护结构实际位移状态相符，内支撑结构边界向基坑外应设置弹性约束支座，向基坑内位移处不应设置支座，与边界平行方向应根据支护结构实际位移状态设置支座；4、内支撑结构应进行坚向荷载作用下的结构分析；设有立柱时，在坚向荷载作用下内支撑结构宜按空间框架计算，当作用在内支撑结构上的坚向荷载较小时，内支撑结构的水平构件和按连续梁计算，计算跨度可取相邻立柱的中法，对支撑、腰梁与冠梁、挡土构件进行整体分析。
六、内支撑结构分析时，应同时考虑下列作用：1、有挡土都建传至内支撑结构的水平荷载；2、支撑结构自重；当支撑作为施工平台时，尚应考虑施工荷载；3、当温度改变引起的支撑结构内力不可忽略不计时，应考虑温度应力；4、当支撑立柱下沉或隆起量较大时，应考虑支撑立柱与挡土构件之间差异沉降产生的作用。
修改_内支撑结构设计PPT课件
支撑系统的设计
竖向斜撑的布置 竖向斜撑体系一般较多的应用在开挖深度较小、面积巨大的基坑工程中。竖向斜撑体系一般由斜撑、
压顶圈梁和斜撑基础等构件组成，斜撑一般投影长度大于15m 时应在其中部设置立柱。
采用竖向斜撑体系的基坑，在基坑中部的土方开挖后和斜撑未形成前，基坑变形取决于围护墙内侧 预留的土堤对墙体所提供的被动抗力，因此保持土堤边坡的稳定至关重要，必须通过计算确定可靠的安 全储备。
体活络端。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑与钢腰梁斜交处抗剪连接节点
由于围护墙表面通常不十分平整，尤其是钻孔灌注桩墙体，为使钢围檩与围护墙接合得紧密， 防止钢围檩截面产生扭曲，在钢围檩与围护墙之间采用细石混凝土填实，如二者之间缝宽较大时， 为了防止所填充的混凝土脱落，缝内宜放置钢筋网。当支撑与围檩斜交时，为传递沿围檩方向的水 平分力，在围檩与围护墙之间需设置剪力传递装置。对于地下连续墙可通过预埋钢板，对于钻孔灌 注桩可通过钢围檩的抗剪焊接件。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑长度拼接 钢结构支撑构件的拼接应满足截面等强度的要求。常用的连接方式有焊接和螺栓连接。
a 螺栓连接
b 焊接
支撑系统的设计
支撑节点构造 两个方向钢支撑连接 两个方向钢结构支撑的连接可以采用重迭连接，十字接头，井字接头。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑端部预应力活络头 钢支撑的端部，考虑预应力施加的需要，一般均设置为活络端。一种为契型活络端、一种为箱
1--支撑；2--腰梁；3--地下连续墙 4--预留受剪钢筋；5--预留剪力槽
水平支撑的计算方法
水平支撑系统计算方法 水平支撑系统计算可分为在土压力水平力作用下的水平支撑计算和竖向力作用下的水平支撑计
内支撑结构设计
一、内支撑结构可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土得混合支撑。
二、内支撑结构选型应符合下列原则:1、宜采用受力明确、连接可靠、施工方便得结构形式;2、宜采用对称平衡性、整体性强结构形式;3、应与主体地下结构得结构形式、施工顺序协调,应便于主体结构施工;4、应利于基坑方开挖与运输;5、需要时,可考虑内摘除结构作为施工平台。
三、内支撑结构应综合考虑基坑平面形状及尺寸、开挖深度、周边环境条件、主体结构形式等因素,选用有立柱或无立柱得下列内支撑形式:1、水平对支撑或斜撑,可采用单杆、桁架、八字形支撑;2、正交或斜交得平面杆系支撑;3、环形杆或环形板系支撑;4、坚向斜撑。
四、内支撑结构宜采用超静定结构。
对个别次要构件失效会引起结构整体破坏得部位宜设置冗余约束。
内支撑结构得设计应考虑地质与环境条件得复杂性、基坑开挖步序得偶然变化得影响。
五、内支撑结构分析应符合下列原则:1、水平对撑与水平斜撑,应按偏心压力国建进行计算;支撑得轴向压力其支撑间距N倍挡土构件得支点力之与;腰梁或冠梁应按宜支撑我支座得多跨连续梁计算,计算跨度可取相邻支撑点得中距;2、矩形基坑支护得正交平面杆系支撑,可分解为纵横两个方向得结构单元,并分按偏心受压构件进行计算;3、平面杆系支撑、环形杆系支撑,可按平面杆系结构采用平面有限元法进行计算;计算时应考虑基坑不同方向上得荷载不均匀性;建立得计算模型中,约束支座得设置应与支护结构实际位移状态相符,内支撑结构边界向基坑外应设置弹性约束支座,向基坑内位移处不应设置支座,与边界平行方向应根据支护结构实际位移状态设置支座;4、内支撑结构应进行坚向荷载作用下得结构分析;设有立柱时,在坚向荷载作用下内支撑结构宜按空间框架计算,当作用在内支撑结构上得坚向荷载较小时,内支撑结构得水平构件与按连续梁计算,计算跨度可取相邻立柱得中法,对支撑、腰梁与冠梁、挡土构件进行整体分析。
六、内支撑结构分析时,应同时考虑下列作用:1、有挡土都建传至内支撑结构得水平荷载;2、支撑结构自重;当支撑作为施工平台时,尚应考虑施工荷载;3、当温度改变引起得支撑结构内力不可忽略不计时,应考虑温度应力;4、当支撑立柱下沉或隆起量较大时,应考虑支撑立柱与挡土构件之间差异沉降产生得作用。
内支撑结构设计要点和支撑材料介绍
内支撑结构设计要点和支撑材料介绍一、设计要点支撑是基坑支护结构的重要组成部分。
它由支撑杆件、环梁和立柱、吊杆等构件组成，是承受支护结构所传递的土压力、水压力的结构体系。
支撑结构体系必须稳定、节点连接构造必须可靠。
与支撑竖向支护构件共同为基坑施工提供一个可靠的结构空间。
土质越差、基坑越深，则支撑越显重要，设计时必须慎重，以整体避免因支撑结构的局部失效而导致整个支护结构的破坏。
持续性一般根据基坑平面、开挖深度、地质、施工工艺、竖向支护结构设计特性、邻近建（构）筑物及地底障碍物（包括各种管线）分布情况等条件进行或进行具体设计。
为了整个基坑施工安全应布置必要的支撑，支撑设计应包括以下内容：（1）支撑体系型式。
缓冲布置应尽可能简单，支撑的杆件应尽可能少。
（2）支撑材料的选择。
设计选用的材料必须气压高、稳定性好。
（3）支撑结构的内力计算和变形验算。
计算假定要符合工程实际条件和施工具体情况。
（4）支撑构件的强度和稳定性验算。
（5）支撑构件的节点设计。
节点设计应当方便施工，安全可靠。
（6）支撑在施工中的替换与拆除方案设计。
（7）支撑设计施工图及说明。
要强调对施工的其要求。
（8）支撑体系在施工发展阶段的监测和控制要求。
数十种支撑体系都须具有足够支撑体系的强度、刚度和稳定性，以保证施工的安全、经济和方便。
二、支撑材料作为内支撑的材料主要有木材、型钢、钢管、组合空间桁架和钢筋钢筋结构。
木材支撑以圆木等为，一般用于简单的小型基坑。
采用木炭作为支撑施工十分方便，还可用于抢险辅助支撑。
型钢和钢管是工厂生产的规格化的现成材料，施工之时根据受力大小和长度要求可以直接大小选购，然后裁割或接长后使用，因此施工速度快。
由于材料本身成本低、强度高、稳定性好，并可施加预应力，以合理控制基坑抖动，因此被广泛用于中会助推构件中。
但钢材价格高，必须多次重复利用才能降低成本。
当无大型钢管和型钢之时，可用型钢组合成空间桁架支撑、它的洛佐瓦尺寸可以根据需要设计。
综合楼内架支撑方案
综合楼内架支撑方案目录一、内容概括 (3)1.1 背景与意义 (3)1.2 方案编制依据 (4)1.3 方案范围与内容 (4)二、工程概况 (5)2.1 工程基本情况 (6)2.2 建筑结构特点 (7)2.3 内架支撑需求分析 (8)三、内架支撑设计原则 (9)3.1 安全性原则 (10)3.2 经济性原则 (11)3.3 实用性原则 (12)3.4 环保性原则 (13)四、内架支撑方案设计 (14)4.1 支撑体系选择 (16)4.1.1 梁式支撑体系 (17)4.1.2 拱式支撑体系 (19)4.1.3 立杆支撑体系 (20)4.2 支撑结构布置 (21)4.2.1 结构平面布置 (23)4.2.2 结构立面布置 (24)4.2.3 结构节点处理 (26)4.3 支撑材料选择与连接 (26)4.3.1 材料选择原则 (28)4.3.2 主要材料规格 (30)4.3.3 连接方式与要求 (30)4.4 支撑计算与验算 (31)4.4.1 计算内容 (32)4.4.2 验算方法 (33)4.4.3 计算结果分析 (35)五、施工安装方案 (36)5.1 施工准备 (37)5.1.1 材料准备 (39)5.1.2 工具准备 (39)5.1.3 人员组织 (40)5.2 安装工艺流程 (41)5.2.1 结构安装 (43)5.2.2 节点连接 (44)5.2.3 竣工验收 (45)5.3 施工质量保证措施 (46)5.3.1 材料质量控制 (47)5.3.2 连接质量控制 (48)5.3.3 竣工验收质量控制 (49)六、维护与拆除方案 (49)6.1 维护保养要求 (51)6.2 拆除条件与程序 (52)6.3 拆除安全措施 (53)七、应急预案与注意事项 (54)7.1 应急预案制定 (55)7.2 注意事项提示 (56)八、结论与建议 (57)8.1 方案总结 (58)8.2 建议与措施 (59)一、内容概括本综合楼内架支撑方案旨在为综合楼的建设提供一套全面、系统的支撑体系设计方案。
内支撑结构设计10项内容介绍
内支撑结构设计10项内容介绍工程实践中，内支撑结构不需占用基坑以外的地下空间，柔韧性具有较好的整体强度和耐磨性，能有效地控制基坑变形，因此在支护工程中已得到越来越广泛地应用。
内支撑结构基本构件包括支撑、腰梁（或冠梁）以及立柱和立柱缆线，内支撑结构的蟹蛛科花平面和剖面示意见图5.33和图5.34。
内支撑结构宜采用超中静定结构；对个别次要构件失效会引起结构整体破坏的部位宜设置约束。
内支撑结构的压制设计应考虑地质条件和环境条件的复杂性、基坑开挖步序的某次变化的影响。
内支撑结构设计包括支撑结构选型、支撑形式、平面布置、竖向布置、立柱和立柱桩设计、腰梁的设计、节点构造设计、预应力设置、换撑设计等内容以及竖向斜撑设计。
支撑结构的计算主要是支撑构件在结构上的强度与稳定性计算。
1、内支撑结构选型内支撑结构的选型有钢支撑、混凝土支撑以及钢与混凝土的混合支撑。
（1）钢支撑钢支撑具有自重轻、安装和拆除方便、施工速度快、可重复利用等其优点，立即而且安装后能立即发挥支撑促进作用，对减小由于时间效应而时间增加的基坑位移十分有力，因此，对平面形状规则的基坑常采用钢支撑。
但钢支撑节点构件和安装相对复杂，需要具有一定须要的施工水平，另外，钢支撑的预应力损失问题经常困扰施工人员的问题。
钢支撑一般采用钢管、型钢及其三重奏截面，主支撑常用较大标准规范H700×300、H500×300、H400×400H型钢和φ609×16（12）、φ580×16钢管，八字撑常用较小规格H型钢或φ299×10（8）钢管，支撑对话之间的沟通杆常用工字钢、槽钢，立柱则常用L120～L180角钢。
为满足钢支撑稳定性要求，钢支撑受压杆件的长细比不应大于150，受拉杆件长细比不应大于200。
（2）混凝土支撑混凝土支撑是在基坑内现浇而成的结构体系，布置形式和方式基本不受基坑平面形状的限制，具有比钢支撑皮斯基的刚度、更好的整体性，且施工技术相对简单，因而应用范围较细。
内支撑结构(李亮)
支撑结构的施工要求
1）相邻支撑之间水平距离应满足土方工程施工 要求，通常不小于4m，当采用机械挖土时，不 宜小于8m。 2）上、下各层水平支撑的轴线应尽量布置在同 一竖向的平面内，竖向相邻支撑的净距不宜小于 3m，当采用机械下坑开挖及运输不宜小于4m。 3）当为多层支撑时，最下一层支撑的标高在不 影响主体结构底板施工条件下，应尽可能降低。
合要求后方可施加预压力。
2）预压力的施加宜在支撑两端同步对称进行。 3）预压力应分级施加重复进行、一般情况下，预压力 为50%~80%支撑设计轴力。 4）预压力加至设计要求额定值后，应检查各连接点，
待额定压力稳定后予以锁定。
5）支撑端部八字撑可在主支撑施加压力后安装。
二、混凝土支撑的施工
钢筋混凝土支撑体系应在同一平面内整 浇，支撑与支撑、支撑与围凛相交处宜采 用加腋，使其形成刚性节点。钢筋混凝土 支撑与立柱的连续在顶层支撑处可采用钢 板承托方式，在顶层以下的支撑位置，一 般可由立柱直接穿过支撑，其立柱的设置 与钢支撑立柱相同。
内支撑结构施工
监理121
内支撑体系
一、水平支撑体系 1、贯通基坑全长或全宽的对撑或对撑桁架 2、位于基坑角部两邻边之间的斜角撑或斜撑 桁架 3、位于对撑或对撑桁架端部的八字撑 4、由围檩和靠近基坑边的对撑为弦杆的边桁 架 5、支撑之间的连系杆
二、竖向斜支撑体系 竖向斜支撑体系要求土方采用“盆式” 开挖，即先开挖中部土方至设计标高，浇 筑加厚垫层或承台，沿四周围护墙边预留 一定高度和宽度的土坡，分段间隔开挖出 斜撑位置，待斜撑安装后，再挖除该斜撑 所在段的四周土坡，浇筑垫层。
钢支撑的拆除
钢支撑的拆除主要考虑选择合适的起 重机，要求满足起重量，起重半径，操作 面及开行道路的要求。基坑面积一般面积 较大，周围环境狭路，支撑重量较小，要 求的起重高度较小，因此，起重半径及起 重机操作面往往是选择时考虑的主要因素。
内支撑设计-总结
内支撑设计-总结
1.首道支撑的围檩应尽量兼做围护桩的圈梁，必要时可将围护桩桩顶标高降低；
2.水平支撑是平衡围护墙外侧水平作用力的主要构件，要求传力直接、平面刚
度好而且分布均匀。
3.立柱桩的作用是保证水平支撑的纵向稳定，加强支撑体系的空间刚度和承受
水平支撑传来的竖向荷载，要求具有较好的自身刚度和较小的垂直位移。
4.对于斜撑在土方施工和支撑安装应保证对称性。
5.如有条件优先采用钢支撑，其节点构造和安装比较复杂。
提高节点的整体性
和施工技术水平是至关重要的。
6.水平支撑系统平面布置原则：
①对于长条形基坑：可设置短边方向的对撑体系，两端可设置水平角撑体
系，角撑宜采用混凝土支撑；
②对于环境复杂基坑，基坑小且形状不规则，宜采用相互正交的对撑布置
形式（其具有支撑刚度大，传力直接以及受力清楚）；
③当基坑面积大，平面形状不规则时，同时在支撑平面中需要留设较大作
业空间时，宜采用角部设置角撑，长边设置短边方向的对撑结合边桁架
的支撑体系；
④基坑平面内有向坑内的阳角时，阳角处的内力比较复杂，是应力集中的
部分，稍有疏忽。
最容易在该部分出现问题。
其处理方式有:a，设计避
免；b，特别加强，如在阳角的两个方向上面加强或根据实际情况将该位
置的支撑杆件设置现浇板，通过增设现浇板增强该区域的支撑刚度，控
制该位置变形，c，也可在阳角处的坑外地基进行加固，减小侧向水土压
力。
⑤。
内支撑结构设计
一、内支撑结构可选用钢支撑、混凝土支撑、钢与混凝土的混合支撑。
二、内支撑结构选型应符合下列原则：1、宜采用受力明确、连接可靠、施工方便的结构形式；2、宜采用对称平衡性、整体性强结构形式；3、应与主体地下结构的结构形式、施工顺序协调，应便于主体结构施工；4、应利于基坑方开挖和运输；5、需要时，可考虑内摘除结构作为施工平台。
三、内支撑结构应综合考虑基坑平面形状及尺寸、开挖深度、周边环境条件、主体结构形式等因素，选用有立柱或无立柱的下列内支撑形式：1、水平对支撑或斜撑，可采用单杆、桁架、八字形支撑；2、正交或斜交的平面杆系支撑；3、环形杆或环形板系支撑；4、坚向斜撑。
四、内支撑结构宜采用超静定结构。
对个别次要构件失效会引起结构整体破坏的部位宜设置冗余约束。
内支撑结构的设计应考虑地质和环境条件的复杂性、基坑开挖步序的偶然变化的影响。
五、内支撑结构分析应符合下列原则：1、水平对撑与水平斜撑，应按偏心压力国建进行计算；支撑的轴向压力其支撑间距N 倍挡土构件的支点力之和；腰梁或冠梁应按宜支撑我支座的多跨连续梁计算，计算跨度可取相邻支撑点的中距；2、矩形基坑支护的正交平面杆系支撑，可分解为纵横两个方向的结构单元，并分按偏心受压构件进行计算；3、平面杆系支撑、环形杆系支撑，可按平面杆系结构采用平面有限元法进行计算；计算时应考虑基坑不同方向上的荷载不均匀性；建立的计算模型中，约束支座的设置应与支护结构实际位移状态相符，内支撑结构边界向基坑外应设置弹性约束支座，向基坑内位移处不应设置支座，与边界平行方向应根据支护结构实际位移状态设置支座；4、内支撑结构应进行坚向荷载作用下的结构分析；设有立柱时，在坚向荷载作用下内支撑结构宜按空间框架计算，当作用在内支撑结构上的坚向荷载较小时，内支撑结构的水平构件和按连续梁计算，计算跨度可取相邻立柱的中法，对支撑、腰梁与冠梁、挡土构件进行整体分析。
六、内支撑结构分析时，应同时考虑下列作用：1、有挡土都建传至内支撑结构的水平荷载；2、支撑结构自重；当支撑作为施工平台时，尚应考虑施工荷载；3、当温度改变引起的支撑结构内力不可忽略不计时，应考虑温度应力；4、当支撑立柱下沉或隆起量较大时，应考虑支撑立柱与挡土构件之间差异沉降产生的作用。
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支撑系统的设计
水平支撑系统平面布置原则 布置形式
支撑结构与主体地下结构的施工期通常是错开的，为了不影响主体地 下结构的施工，支撑系统平面布置时，支撑轴线应尽量避开主体工程的柱 网轴线，同时，避免出现整根支撑位于结构剪力墙之上的情况，其目的是 减小支撑体系对主体结构施工时的影响。
支撑系统的设计
水平支撑系统平面布置原则
支撑系统的设计
水平支撑系统竖向布置原则
在基坑竖向平面内需要布置的水平支撑的数量，主要根据基坑围护墙的
承载力和变形控制计算确定，同时应满足土方开挖的施工要求。
基坑竖向支撑的数量主要受土层地质特性以及周围环境保护要求的影响。 布置原则
➢在竖向平面内，水平支撑的层数应根据基坑开挖深度、土方工程施工、围护结构 类型及工程经验，有围护结构的计算工况确定。 ➢上、下各层水平支撑的轴线应尽量布置在同一竖向平面内，主要目的是为了便于 基坑土方的开挖，同时也能保证各层水平支撑共用竖向支承立柱系统。此外，相邻 水平支撑的净距不宜小于3m。 ➢各层水平支撑与围檩的轴线标高应在同一平面上，且设定的各层水平支撑的标高 不得妨碍主体工程施工。 ➢首道水平支撑和围檩的布置宜尽量与围护墙结构的顶圈梁相结合。
支撑系统的设计
水平支撑系统平面布置原则 布置形式
基坑平面为规则的方形、圆形或 者平面虽不规则但基坑两个方向的平 面尺寸大致相等，或者是为了完全避 让塔楼框架柱、剪力墙等竖向结构以 方便施工、加快塔楼施工工期，尤其 是当塔楼竖向结构采用劲性构件时， 临时支撑平面应错开塔楼竖向结构， 以利于塔楼竖向结构的施工，可采用 单圆环形支撑甚至多圆环形支撑布置 方式。
水平支撑
水平支撑是平衡围护墙外侧水平作用力的主要构件，要求传力直接、平 面刚度好而且分布均匀。
竖向支撑
钢立柱及立柱桩的作用是保证水平支撑的纵向稳定，加强支撑体系的空 间刚度和承受水平支撑传来的竖向荷载，要求具有较好自身刚度和较小垂直 位移。
概述
内支撑体系
单层或多层平面支撑体系
平面支撑体系可以直接平衡支撑两端围护墙上所收到的侧压力，其构造简 单，受力明确，使用范围广。但当支撑长度较大时，应考虑支撑自身的弹性压 缩以及温度应力等因素对基坑位移的影响。
挡土结构与基坑工程
木林隆 博士 岩土大楼820室 65982005 mulinlong@
第6讲 内支撑系统的设计与施工
• 概述 • 支撑系统的设计 • 水平支撑的计算方法 • 换撑设计 • 支撑结构施工 • 实例
概述
内支撑的概念
深基坑工程中的支护结构一般有两种形式，分别为围护墙结合内支撑 系统的形式和围护墙结合锚杆的形式。内支撑可以直接平衡两端围护墙上 所受的侧压力，构造简单，受力明确。
断截面 （cm2）
回转半径 （cm）
g
A
fx
234
298
21
177
225
21
223
283
20
惯性矩 （cm4）
Ix 131117 100309 112815
概述
支撑材料
支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢和混凝土组合 的支撑形式。
混凝土支撑
现浇混凝土支撑由于其刚度大，整体性好，可以采取灵活的布置方式适应于 不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑的位移，施工质量相对容易得 到保证，所以使用面也较广。但是混凝土支撑在现场需要较长的制作和养护时间， 制作后不能立即发挥支撑作用，需要达到一定的强度后，才能进行其下土方作业， 施工周期相对较长。同时，混凝土支撑采用爆破方法拆除时，对周围环境（包括 震动、噪音和城市交通等）也有一定的影响，爆破后的清理工作量也很大，支撑 材料不能重复利用。
布置形式
支撑杆件相邻水平距离首先应确保支撑系统整体变形和支撑构件承载 力在要求范围之内，其次应满足土方工程的施工要求。当支撑系统采用钢 筋混凝土围檩时，沿着围檩方向的支撑点间距不宜大于9m；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。
概述
支撑材料
支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢和混凝土组合 的支撑形式。
钢支撑
尺寸 （mm）
AxBxt1xt2 800x300x14x26 700x300x12x14 600x300x12x20 500x300x11x18 400x400x13x21
单位重量 （kg/m）
W 210 185 151 129 172
概述
支撑材料
支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢和混凝土组合 的支撑形式。
钢支撑
钢结构支撑除了自重轻、安装和拆除方便、施工速度快以及可以重复使用等 优点外，安装后能立即发挥支撑作用，对减少由于时间效应而增加的基坑位移， 是十分有效的。
钢支撑的节点构造和安装相对比较复杂，如处理不当，会由于节点的变形或 节点传力的不直接而引起基坑过大的位移。
常用H型钢支撑表
断截面 （cm2）
回转半径 （cm）
截面惯性矩 （cm4）
A
fx
fy
Ix
Iy
267
33 6.62 254000 9930
236 29.3 6.78 201000 10800
193 24.8 6.85 118000 9020
164
20.8 7.03 71400
8120
220 17.5 10.2 66900 22400
内支撑系统由水平支撑和竖向支承两部分组成，深基坑开挖中采用内 支撑系统的围护方式已得到广泛的应用，特别对于软土地区基坑面积大、 开挖深度深的情况，内支撑系统由于具有无需占用基坑外侧地下空间资源、 可提高整个围护体系的整体强度和刚度以及可有效控制基坑变形的特点而 得到了大量的应用。
概述
内支撑的概念
概述
钢支撑的端部，考虑预应力施加的需要，一般均设置为活络端。一种 为契型活络端、一种为箱体活络端。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑与钢腰梁斜交处抗剪连接节点
由于围护墙表面通常不十分平整，尤其是钻孔灌注桩墙体，为使钢围 檩与围护墙接合得紧密，防止钢围檩截面产生扭曲，在钢围檩与围护墙之 间采用细石混凝土填实，如二者之间缝宽较大时，为了防止所填充的混凝 土脱落，缝内宜放置钢筋网。当支撑与围檩斜交时，为传递沿围檩方向的 水平分力，在围檩与围护墙之间需设置剪力传递装置。对于地下连续墙可 通过预埋钢板，对于钻孔灌注桩可通过钢围檩的抗剪焊接件。
竖向斜撑体系
竖向斜撑体系的作用是将围护墙所受的水平力通过斜撑传到基坑中部先浇筑好 的斜撑基础上。对于平面尺寸较大，形状不很规则的基坑，采用斜支撑体系施工比 较方便，也可大幅节省支撑材料。但墙体位移受到基坑周边土坡变形、斜撑弹性压 缩以及斜撑基础变形等多种因素的影响，在设计计算时应给予合理考虑。此外，土 方施工和支撑安装应保证对称性。
支撑系统的设计
水平支撑系统平面布置原则
布置形式 当基坑周边紧邻保护要求较高建（构）
筑物、地铁车站或隧道，对基坑工程的变形 控制要求较为严格时，或者基坑面积较小、 两个方向的平面尺寸大致时，或者基坑形状 不规则，其他形式的支撑布置有较大难度时， 宜采用相互正交的对撑布置方式。该布置型 式的支撑系统具有支撑刚度大、传力直接以 及受力清楚的特点，适合在变形控制要求高 的基坑工程中应用。
水平支撑的计算方法
支撑系统设计计算要点
竖向力作用下的水平支撑计算方法 ➢支撑承受的竖向荷载，一般只考虑结构自重荷载和支撑顶面的施工活荷载，
主要是指施工期间支撑作为施工人员的通道，以及主体地下结构施工时可能 用作混凝土输送管道的支架，不包括堆放施工材料和运行施工机械等情况。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑长度拼接
钢结构支撑构件的拼接应满足截面等强度的要求。常用的连接方式有焊 接和螺栓连接。
a 螺栓连接
b 焊接
支撑系统的设计
支撑节点构造 两个方向钢支撑连接
两个方向钢结构支撑的连接可以采用重迭连接，十字接头，井字接头。
支撑系统的设计
支撑节点构造 钢支撑端部预应力活络头
支撑系统的设计
支撑系统的设计应包含支撑材料的选择、结构体系的布置、支撑结构 内力和变形计算、支撑构件的强度和稳定性计算、支撑构件的节点设计以 及支撑结构的安装和拆除。 水平支撑系统平面布置原则
水平支撑系统中内支撑与围檩必须形成稳定的结构体系，有可靠的连 接，满足承载力、变形和稳定性要求。 考虑因素
1-钢支撑；2-钢腰梁；3--围护墙；4--剪力块；5--填嵌混凝土
支撑系统的设计
支撑节点构造 支撑与混凝土腰梁斜交处抗剪连接节点
围护墙与混凝土围檩之间的结合面不考虑传递水平剪力。当基坑形状 比较复杂，支撑采用斜交布置时，特别是当支撑采用大角撑的布置形式时， 由于角撑的数量多，沿着围檩长度方向需传递十分巨大的水平力，此时如 围护墙与围檩之间应设置抗剪件和剪力槽，以确保围檩与围护墙能形成整 体连接。
截面抵抗力 （cm2）
Wx
Wy
7290 782
5760 722
4020 601
2930 541
3340 1120
概述
支撑材料
支撑材料可以采用钢或混凝土，也可以根据实际情况采用钢和混凝土组合 的支撑形式。
钢支撑
尺寸 （mm）
Dxt 609x16 609x12 580x16
常用H型钢支撑表
单位重量 （kg/m）
计算支撑支座反力
KB
2EA
lS
水平支撑的计算方法
水平支撑系统计算方法 水平力作用下的水平支撑计算方法 支撑平面有限元计算方法
计算支撑系统的变形和内力
水平支撑的计算方法
水平支撑系统计算方法 竖向力作用下的水平支撑计算方法