水平支撑图片(钢结构水平支撑)

一、水平支撑系统计算方法

水平支撑体系的计算可分为土压力水平力作用下的水平支撑计算和垂直力作用下的水平支撑计算。目前的计算方法可以用空模型实现围护结构、内支撑和立柱作为一个整体进行分析，支撑构件的内力和变形可以根据其静力计算结果直接确定，但空模型在实际应用中存在一些不足。因此，现阶段大部分内支撑体系都是采用相对简单的平面计算模型进行分析。当采用平面计算模型进行分析时，水平支撑计算应分别在水平力和垂直力作用下进行计算，下面进行说明。

1.水平力作用下水平支撑的计算方法

1)支撑平面的有限元计算方法

一般情况下，水平支撑体系内力和变形的计算方法是从整个支撑结构体系中切割支撑结构。此时，内部支撑(包括檩条和支撑构件)形成一个自平衡的封闭体系，这个体系在土压力作用下的力学特性可以用杆系有限元法计算分析。为了限制整个结构的刚性位移，必须对周围的檩条施加适当的约束。一般可以考虑在结构上施加三条不相交于一点的约束链，形成静定约束结构。此时约束链不产生反作用力，可以保证分析得到的结果与不加约束链得到的结果一致。

在确定了内部支撑的平面模型和约束条件后，用平面竖向弹性地基梁法(如图16-16)或平面连续介质有限元法得到的弹性支撑的反力作用在平面杆系结构上，利用空之间的杆系有限元法可以得到土压力作用下各支撑杆的内力和位移。

采用平面垂直弹性基础梁法或平面连续介质有限元法时，应首先确定弹性支承的刚度。对于具有规则形状和交叉正交支撑系统的基坑，根据支撑系统的布置、支撑构件的材料和轴向刚度，支撑刚度可按下列计算公式(16-1)确定。得到弹性支座反力后，可对平面杆系结构施加水平力，用有限元法计算各支撑杆的内力和变形，或采用简化分析法，如支座轴力，按挡土墙沿檩条长度的水平反力乘以支座中心距计算，混凝土檩条按多跨连续梁计算，计算跨度取相邻支撑点的中心距。钢檩条的内力和变形应按简支梁计算，计算跨度取相邻水平支撑的中心距。

公式

KB——内部支撑的压缩弹簧系数(kN/m2)；；

α-与拉条松弛有关的折减系数，一般为0.5 ~ 1.0；混凝土支撑和钢支撑施加预应力时，α= 1.0；

E ——支护结构材料的弹性模量(kN/m2)；；

A ——支撑构件的横截面积(m2)；

L ——支座的计算长度(m)；

S ——支座的水平间距(米)。

对于更复杂的支承系统，很难直接根据上述公式确定弹性支承的刚度，弹性支承的刚度会随着周围节点位置的变化而变化。这里介绍一种比较简单的处理方法，即施加垂直于水平支撑檩条的单位分布荷载p =1kN/m，求得檩条上各节点的平均位移δ(垂直于檩条的位移)，则弹性支撑的刚度为:

应该指出，等式(16-2)反映了水平支撑系统的平均支撑刚度。

2)支持三维计算方法

一般情况下，基坑外侧的超载、水土压力等横向水平力都将通过围护由坑内内支撑体系平衡。围护只起到挡土、止水和通过竖向弯曲将所有水平力传递给内部支撑的作用，不参与分担坑外水平力。当基坑的形状具有较强的空效应时，如拱形和圆形或基坑的拐角区域，围护也会同时承受一部分坑外水平力。在这种情况下，如果按照上述计算方法计算分析内支撑的内力和变形，会高估内支撑的实际内力和变形，造成不必要的浪费。这时候就要考虑空效应了。

有了有限元软件，一般可以通过有限元软件或其他有限元前处理软件的前处理模块，建立考虑围护结构、水平支撑体系和竖向支撑体系相互作用的三维有限元模型。该模型需要综合考虑结构的分布和开挖顺序，然后用有限元程序逐步求解。下图16-24是基坑工程的三维计算模型。

一般情况下，基坑外侧的超载、水土压力等横向水平力都将通过围护由坑内内支撑体系平衡。围护只起到挡土、止水和通过竖向弯曲将所有水平力传递给内部支撑的作用，不参与分担坑外水平力。当基坑的形状具有较强的空效应时，如拱形和圆形或基坑的拐角区域，围护也会同时承受一部分坑外水平力。在这种情况下，如果按照上述计算方法计算分析内支撑的内力和变形，会高估内支撑的实际内力和变形，造成不必要的浪费。这时候就要考虑空效应了。

有了有限元软件，一般可以通过有限元软件或其他有限元前处理软件的前处理模块，建立考虑围护结构、水平支撑体系和竖向支撑体系相互作用的三维有限元模型。该模型需要综合考虑结构的分布和开挖顺序，然后用有限元程序逐步求解。

3)计算示例

下面介绍用平面有限元计算方法对某基坑工程的支护体系进行分析的过程。本工程基坑面积约6500m2，开挖深度约16.4m，基坑围护采用钻孔灌注桩结合搅拌桩作为围护，基坑竖向设置3道钢筋混凝土支撑，呈环形支撑平面布置。平面图如下图所示:

下表显示了支持信息:

a)确定支撑系统刚度

建立三个钢筋混凝土支撑体系的计算简图，如图16-26所示，然后沿檩条竖向施加单位分布荷载p =1kN/m，进而求得三个支撑体系在单位分布荷载下的平均位移δ和支撑体系的刚度k。

b)计算支撑支座反作用力。

根据上述计算确定的支撑刚度，用竖向弹性基础梁法求得第一至第三支撑体系的支撑反力，如图16-27所示。

c)计算支撑系统的变形和内力。

根据图16-27，第一支撑水平荷载为314kN/m，第二支撑为1076.1kN/m，第三支撑为536.3 kN/m，将三个支撑的水平荷载分别施加到檩条上，得到三个支撑体系的变形和内力。

2.竖向力作用下水平支撑的计算方法

在竖向力的作用下，支座的内力和变形可用单跨或多跨梁近似分析，计算跨度为相邻柱的中心距。除自身重量外，还应考虑必要的支撑顶面，如施工人员通道的施工活荷载。

此外，在基坑开挖过程中，由于大量的土体卸荷，基坑会发生回弹隆起，立柱也会发生隆起。当柱间隆起存在差异时，支座上也会产生次生应力。因此，在计算竖向力作用下的水平支撑时，应适当考虑柱桩差异沉降的因素，并适当增强。

二、支撑体系设计计算要点

支护结构的主要受力是来自挡土墙的水土压力和坑外外荷载产生的侧压力。支撑系统的整体分析方法已在前面的章节中具体说明。本节涉及的支撑系统的设计和计算更倾向于支撑构件的强度、稳定性和连接结构，主要包括以下几个方面:

1)支架承受的竖向荷载一般只考虑结构恒载和支架顶面的施工活载。施工活荷载通常为4kPa，主要指施工时作为施工人员通道的支架和地下主体结构施工时可能作为混凝土输送管道的支架，不包括建筑材料的堆放和施工机械在支架上的作业。如果支撑系统需要配备施工栈桥作为施工堆放或施工机械操作的平台，应进行专门设计。

2)当檩条和支撑为钢筋混凝土时，构件的节点应整体浇筑连接。当采用钢檩条时，安装前应在挡土墙上设置竖向牛腿。钢檩条与挡土墙之间的安装缝隙应用C30细石混凝土填充。当采用钢筋混凝土檩条并与挡土墙和支撑构件整体浇筑连接时，计算的支座弯曲距离可乘以调幅折减系数0.8 ~ 0.9，但跨中弯曲距离会相应增大。当钢支撑构件与檩条斜交时，宜在檩条上设置水平牛腿。

3)支护结构的主要受力是来自挡墙的水土压力和坑内外荷载产生的侧压力。对于温度变化和预应力对钢支撑结构的影响，由于目前对此类超静定结构的试验研究较少，很难提出准确的设计计算方法。温度变化的影响程度与支撑构件的长度有很大关系。根据经验和实测数据，对于长度超过40 m的支架，应考虑支架内力变化10%左右的影响

4)支撑和檩条系统中主要支撑构件的长细比不应大于75；连接构件的长细比不应大于120。