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支撑结构荷载及内力计算

7 2021-09-08 09:22:03

作用在支撑结构上的竖向荷载,除了自重以外、还应考虑-一定数量的施工活荷载,一般可取 4kPa。当支撑结构需要兼作施工作业平台或栈桥时,应进行专门设计。

作用在支撑结构上的水平荷载,主要是由围护墙传来的由坑外地表荷载和水、土压 力和坑 外地面荷载引起的围护墙对腰梁的侧压力和支撑预加压力。当支撑长度大干 40m 时,应考虑温度变化对支撑轴向力的影响。对干钢结构支撑。当实际建立的预加压力值大于由地表荷载和水土压力所引起的轴向力的 50%时,应考虑预压力对支撑轴向 力的影响。

支撑结构计算模型的尺寸取支撑构件的中心距。对于现浇混凝土支撑构件考虑到使用时有裂缝产生,所以抗弯刚度应乘以 0.8~0.9 折减系数。对于钢结构腰梁,当采用分段拼装或拼接点的构造不能满足截面的等强度连接要求时应把拼接点作为铰接考虑。

当支护结构采用空间模型分析时, 支撑结构的内力和变形可直接采用其计算结果。当支护结构采用简化的平面计算模型分析时。一般只给出单位墙段长度在腰梁上的分布反力, 在这种情况下, 支撑结构的内力和变形可以按以下方法确定∶

1.形状比较规则的基坑,采用相互正交的支撑体系时,各支撑构件的内力可以按以下方法确定;

(1)支撑轴向力可以近似采用围护墙在腰梁上的水平分布力沿支撑长度方向上的投影乘以中心距。在垂直荷载作用下的内力和变形可以近似按单跨或多跨梁分析。 其计算跨度取相邻立柱中心距;

(2)腰梁在水平分布力作用下的内力和变形. 可近似按多跨或单跨水平梁分析。计算跨度一般情况下可取相邻支撑点中心距。

2.较为复杂的平面支撑体系,宜对每层支撑用空间杆系模型进行分析。计算模型的边界可以做如手假定∶

(1) 支撑与腰梁、支撑与立柱的节点处,以及腰梁的转角处设置竖向约束,防止计算模型整向移动;

(2)如果沿腰梁四周并与腰梁长度方向正交的水平荷载不是均匀分布时,需要在适当位置上设置防止计算模型整体平移或转动的假想水平约束。由于在假想约束中会产生水平反力。影响支撑结构的实际内力,因此假想水平约束应设置在对主要构件内力影响最小的位置上,总数量应尽量少。这是因为在实际结构中,经约束支撑结构水平位移的构件是四周的围护墙,其约束反力就是支护结构内力分析时得出的在支撑位置上的水平分布反力。所以在假想水平约束中的反力在实际结构中是不存在的。

在斜撑安装前, 作用在墙背的水土压力通过围护墙, 部分由墙前开挖面以"下的地基抗力承受外,其余的侧压力与墙前预留土坡的被动抗力相平衡。在斜撑安装后,并挖除墙净土坡,此时墙背的部分水上E力通过墙体传到腰梁上,再由腰梁传给斜撑,并通过斜撑传给基础。作用在基础上的斜撑轴向力可以分解为垂直和水平方向两个分力,垂直分力由基础底面的地基反力平衡,水平分通常由基础压杆与基坑对面斜撑基础上的水平分力相平衡。当具备下列条件之 一时,也可不设基础压杆。①斜撑基础支承在基岩上,水平分力可由基底∶与基岩之间的摩擦力平衡。②允许利用地下室底板兼作斜撑基础时。③主体工程采用群桩,斜撑基础与主体结构整体铺设的混凝七垫层整浇压时,此时垫层厚度不宜小于15cm,强度等级不小于 C15 级。采用斜撑体系时,支护结构的内力和变形也可以用平面支撑体系的 简化平面计算模型进行分析。当需要考虑支撑与墙体的变形协调时,应考虑斜撑基础位移的影响。④)对 于采用边桁架、斜撑桁架等构件组成的较为复杂的平面支撑体系,宜对每层支撑用三维杆系模型分别进行计算。在计算模型中,对于支撑与腰梁的节点处、立柱和支撑的节点处,以及腰梁的转角处应设置竖向铰支座或弹簧。

3.在围护结构简化的平面计算模型中。考虑支撑与i围护墙之间的变形协调时。其恋开形协调方程可分别按下列情况采用∶

(1)在水、土压力及地面荷载作用下的变形协调方程为

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(3)当需要考虑支撑预加压力的影响时,可将预压力作为外荷载,把施加预压力后和继续向下开挖之前的围护结构工作状态作为一个独立工况进行分析。此时不计该层支撑的截面特征。

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目前在实际工程中,大多数基坑支护结构的内力和变形都采用平面杆系模型进行计算。在这种情况下,通常把支撑结构视为平面框架另行分析,即将支撑结构从支护结构中截离出来,在截离处加上相应的支护结构内力,以及作用在支撑上的其它荷载,用平面杆系模型进行分析。为简化计算,加在截离处的内力通常只考虑由支护结构静力计算确定的沿腰梁长度方向正交分布的水平反力,对于其它的内力 (或变形)则通过设置约束来代替。约束的性质、数量和位置应根据其对主要支撑构件内力和变形影响最小的原则确定。这样的假定虽然会对计算结果带来一定的误差,但由于支护结构的平面杆系模型本身就是近似的,对支撑结构采用很精确的计算模型就无多大意义了。当必须加设水平支撑时,通常宜设置在基坑平面的转角处,以避免计算模型产生"漂移"现象,这样处理虽然可能使腰梁的轴向力不符合实际情况,但在设计时 只要把握腰梁主要是受弯构件这—概念就容易处理了。如果沿基坑四周与腰梁长度方向正交的水平反力是均匀分布的,而且在计算平面内的支撑刚度分布也是均匀的,在这种情况下,通常可不必设置水平方向的约束。