CN105297744A - 一种大型深基坑装配式型钢支撑体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型深基坑装配式型钢支撑体系，包括：第一水平支撑件及第二水平支撑件，第一水平支撑件位于第二水平支撑件的上方，第一水平支撑件与第二水平支撑件交叉形成交叉节点；节点连接结构，包括安装于交叉节点处的第一水平支撑件上的第一竖向枢接座及安装于交叉节点处的第二水平支撑件上的第二竖向枢接座，插设有竖向枢接轴；竖向支撑结构，支撑于基坑的底部与第二水平支撑件之间；液压轴力补偿系统。本发明将双向设置的第一水平支撑件和第二水平支撑件上下错开设置，有效避免了同一水平面上的双向水平支撑件的交叉节点处的复杂连接结构；通过设置枢接的节点连接结构，增加第一水平支撑件和第二水平支撑件的联结，提高抗屈曲能力。

Description

一种大型深基坑装配式型钢支撑体系

技术领域

本发明涉及一种基坑支护领域，尤其涉及一种大型深基坑装配式型钢支撑体系。

背景技术

深基坑的内支撑体系一般采用钢筋混凝土结构，众所周知，混凝土支撑体系在地下空间结构完成后需进行拆除，不仅产生大量的固体废弃物，而且造成严重的社会资源的浪费。

部分基坑也采用钢结构作为支撑，比如双向双钢管支撑结构，但是装配化施工水平较低，材料浪费严重，而且该支撑体系主要应用于小型基坑支护，不满足大型基坑支护的要求。双钢管支撑沿横纵方向交错布置在同一水平面上，在双钢管支撑的交叉节点处采用传统四通连接，形成固态节点，横纵两个方向传递过来的土压力在该固态节点处产生较大的负弯矩，容易造成双向钢管支撑在交叉节点处扭曲、断裂的情况发生。

为了改善双向双钢管支撑结构交叉节点处的易断裂现象，目前的一些做法是将双向双钢管支撑结构的交叉节点处的四通固定连接方式改为活动连接方式，使双向双钢管支撑结构在交叉节点处能够具有一定的位移量，但是这种活动连接方式的结构过于复杂，制作成本较高，安装及布设也是一项复杂的工程，需要严格参照深基坑自身条件进行布局布控，耗费较多的人力物力；另外，采用这种活动连接方式使双向双钢管支撑结构在交叉节点处具有位移能力后，容易引起双向双钢管支撑结构的整体径向位移，导致偏离支护位置，影响支护效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支撑刚度大，适合大型基坑支护的要求的大型深基坑装配式型钢支撑体系，以解决现有双向双拼钢支撑结构交叉节点处结构过于复杂和屈曲变形的问题。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种大型深基坑装配式型钢支撑体系，包括：

水平支撑结构，包括沿第一方向支撑于基坑的围护墙体之间的第一水平支撑件及沿第二方向支撑于基坑的围护墙体之间的第二水平支撑件，所述第一水平支撑件位于所述第二水平支撑件的上方且所述第一水平支撑件与所述第二水平支撑件相互交叉，形成上下错开的交叉节点；

节点连接结构，包括安装于部分所述交叉节点处的所述第一水平支撑件上的第一竖向枢接座及安装于部分所述交叉节点处的所述第二水平支撑件上的第二竖向枢接座，对应的所述交叉节点处的所述第一竖向枢接座与所述第二竖向枢接座之间插设有竖向枢接轴；

竖向支撑结构，支撑于基坑的底部与所述第二水平支撑件之间；以及

液压轴力补偿系统，包括液压伺服装置和中继装置，所述液压伺服装置安装于所述第一水平支撑件的端部与所述围护墙体之间及所述第二水平支撑件的端部与所述围护墙体之间，所述中继装置安装于所述第一水平支撑件中和所述第二水平支撑件中。

本发明进一步的改进在于，沿基坑的围护墙体设置有一周围檩结构，所述围檩结构包括沿水平平行叠加的多道型钢支护，所述多道型钢支护的底部由固定在所述围护墙体上的三角支架支撑。

本发明进一步的改进在于，所述液压伺服装置为安装于所述型钢支护与所述第一水平支撑件的端部之间及所述型钢支护与所述第二水平支撑件的端部之间的第一液压千斤顶；所述中继装置包括间隔设置于所述第一水平支撑件中和所述第二水平支撑件中的连接盒及安装于所述连接盒内的第二液压千斤顶，所述第二液压千斤顶的推抵端通过滑动轴承与所述第一水平支撑件和所述第二水平支撑件连接。

本发明进一步的改进在于，所述围檩结构还包括设于所述围护墙体的转角处的角撑。

本发明进一步的改进在于，所述第一水平支撑件包括平行的第一钢梁和第二钢梁，所述第二水平支撑件包括平行的第三钢梁和第四钢梁，所述第一钢梁、所述第二钢梁、所述第三钢梁及所述第四钢梁在所述交叉节点处围设形成安装空间，所述节点连接结构设于所述安装空间内。

本发明进一步的改进在于，所述安装空间内的所述第一钢梁的侧部与所述第三钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构，所述安装空间内的所述第二钢梁的侧部和所述第四钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构。

本发明进一步的改进在于，所述安装空间内的所述第一钢梁的侧部与所述第四钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构，所述安装空间内的所述第二钢梁的侧部和所述第三钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构。

本发明进一步的改进在于，所述交叉节点外的所述第一钢梁和所述第二钢梁之间间隔设置有多道第一连接梁，所述交叉节点外的所述第三钢梁和所述第四钢梁之间间隔设置有多道第二连接梁。

本发明进一步的改进在于，所述第一钢梁、所述第二钢梁、所述第三钢梁和所述第四钢梁分别由多段H型钢拼接而成。

本发明进一步的改进在于，所述竖向支撑结构为下端插入基坑的底部的H型钢，所述H型钢的上端支撑于所述第二水平支撑件的底部，所述第一水平支撑件设于所述第二水平支撑件的顶部。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：

通过将双向设置的第一水平支撑件和第二水平支撑件上下错开设置，有效避免了同一水平面上的双向水平支撑件的交叉节点处的复杂连接结构，使第一水平支撑件和第二水平支撑件在竖直方向上互不连接，各自独立承担水平荷载；通过在第一水平支撑件和第二水平支撑件的交叉节点处设置枢接的节点连接结构，一方面增加第一水平支撑件和第二水平支撑件的联结，利用节点连接结构对第一水平支撑件和第二水平支撑件进行拉结，提高第一水平支撑件和第二水平支撑件的抗屈曲能力，另一方面使第一水平支撑件和第二水平支撑件具备轴向变形的能力；通过设置第一液压千斤顶和第二液压千斤顶，解决了钢结构支撑体系在应力及温度变化条件下变形过大以及变形不均匀的调节问题，可以实现基坑施工过程中对环境变形的主动控制，有效降低工程的风险，减少施工对环境的扰动。

附图说明

图1是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的平面结构示意图。

图2是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的局部立面结构示意图。

图3是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的围檩结构的结构示意图。

图4是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的第一种实施例的节点连接结构的平面安装示意图。

图5是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的第一种实施例的节点连接结构的立面安装示意图。

图6是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的第二种实施例的节点连接结构的平面安装示意图。

图7是本发明一种大型深基坑装配式型钢支撑体系的第三种实施例的节点连接结构的平面安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先参阅图1和图2所示，本发明大型深基坑装配式型钢支撑体系主要由围檩结构、水平支撑结构12、节点连接结构13、竖向支撑结构15及液压轴力补偿系统组成。应用于外形规整或不规整的超大深基坑支护。

其中，围檩结构沿基坑的围护墙体10设置一周，该围檩结构包括沿水平平行叠加的多道型钢支护11，型钢支护11一般为H型钢，图1所示为两道H型钢平行叠加组成的型钢支护11，两道H型钢之间由螺栓通过H型钢翼缘板上的固定间距的小孔联接。多道型钢支护11的底部由固定在围护墙体10上的三角支架111支撑，该三角支架111通过钢板与埋入围护墙体10中的钢筋固定在围护墙体10上。围檩结构还包括设于围护墙体10的转角处的角撑112，该角撑112采用双拼H型钢制作，以加强围檩结构同围护墙体10的整体稳定性。

水平支撑结构12包括沿第一方向支撑于基坑的围护墙体10之间的第一水平支撑件121及沿第二方向支撑于基坑的围护墙体10之间的第二水平支撑件122，第一水平支撑件121位于第二水平支撑件122的上方且第一水平支撑件121与第二水平支撑件122相互交叉，形成上下错开的交叉节点。通过将双向设置的第一水平支撑件121和第二水平支撑件122上下错开设置，有效避免了同一水平面上的双向水平支撑件的交叉节点处的复杂连接结构，并且使第一水平支撑件121和第二水平支撑件122在竖直方向上互不连接，各自独立承担水平荷载。

配合图4和图5所示，第一水平支撑件121由平行的一道第一钢梁1211和一道第二钢梁1212组成，第一钢梁1211和第二钢梁1212分别由多段H型钢通过连接板和开设在H型钢翼缘板上的固定间距的小孔采用螺栓连接，并且在交叉节点外的第一钢梁1211和第二钢梁1212之间间隔设置有多道第一连接梁1213，该第一连接梁1213亦采用H型钢制作，由螺栓通过H型钢翼缘板上开设的固定间距的小孔联接，形成双拼的第一水平支撑件121，并利用间隔设置的第一连接梁1213提高双拼的第一水平支撑件121的整体性和结构强度，提高抗屈曲变形的能力。

配合图4和图5所示，第二水平支撑件122由平行的一道第三钢梁1221和一道第四钢梁1222组成，第三钢梁1221和第四钢梁1222分别由多段H型钢通过连接板和开设在H型钢翼缘板上的固定间距的小孔采用螺栓连接，并且在交叉节点外的第三钢梁1221和第四钢梁1222之间间隔设置有多道第二连接梁1223，该第二连接梁1223亦采用H型钢制作，由螺栓通过H型钢翼缘板上开设的固定间距的小孔联接，形成双拼的第二水平支撑件122，并利用间隔设置的第二连接梁1223提高双拼的第二水平支撑件122的整体性和结构强度，提高抗屈曲变形的能力。

第一水平支撑件121位于第二水平支撑件122的上方且第一水平支撑件121与第二水平支撑件122相互交叉，形成双向双拼的水平支撑结构，支撑于基坑的围护墙体10之间。

配合图1～3所示，液压轴力补偿系统包括液压伺服装置161和中继装置162。其中，液压伺服装置161安装于第一水平支撑件121的端部与围护墙体10的型钢支护11之间及第二水平支撑件122的端部与围护墙体10的型钢支护11之间，中继装置162间隔安装在第一水平支撑件121中和第二水平支撑件122中，用于协同第一水平支撑件121和第二水平支撑件122的变形移动，解决了钢结构支撑体系在应力及温度变化条件下变形过大以及变形不均匀的调节问题，可以实现基坑施工过程中对环境变形的主动控制，有效降低工程的风险，减少施工对环境的扰动。其中，液压伺服装置161为第一液压千斤顶，为了避免第一液压千斤顶对型钢支护11产生的后坐力损害到型钢支护11，在型钢支护11与第一液压千斤顶之间进一步设置了一段加强段17，以抵消第一液压千斤顶对型钢支护11产生的后坐力，该加强段17采用H型钢制作，结构与第一水平支撑件121和第二水平支撑件122相同，支撑在第一液压千斤顶与型钢支护11之间。在加强段17的外侧两侧设置H型钢制作的斜撑，以加强加强段17的整体稳定性。中继装置162包括间隔设置于第一水平支撑件121中和第二水平支撑件122中的连接盒及安装于连接盒内的四个并联工作的小型的第二液压千斤顶，连接盒的第一端与第一水平支撑件121和第二水平支撑件122通过螺栓连接，连接盒的第二端通过滑动轴承与第一水平支撑件121和第二水平支撑件122连接，第二液压千斤顶的推抵端与连接盒的第二端相对，因此，第二液压千斤顶的推抵端通过滑动轴承与第一水平支撑件121和第二水平支撑件122连接，起到沿第一方向推拉轴向第一水平支撑件121及沿第二方向轴向推拉第二水平支撑件122的作用。

参阅图4和图5所示，节点连接结构13包括安装于部分交叉节点处的第一水平支撑件121上的第一竖向枢接座131及安装于部分交叉节点处的第二水平支撑件122上的第二竖向枢接座132，对应的交叉节点处的第一竖向枢接座121与第二竖向枢接座122之间插设有枢接轴133，使第一竖向枢接座131和第二竖向枢接座132在部分交叉节点处可绕枢接轴133水平转动，从而使第一水平支撑件121可沿第一方向轴向移动，第二水平支撑件122可沿第二方向轴向移动。一方面增加上下设置的第一水平支撑件121和第二水平支撑件122之间的联结，利用节点连接结构对第一水平支撑件121和第二水平支撑件122进行拉结，提高第一水平支撑件121和第二水平支撑件122的抗屈曲能力，另一方面使第一水平支撑件121和第二水平支撑件122具备轴向移动的能力，配合液压轴力补偿系统，进行基坑支护施工过程中结构的变形控制，可有效降低工程的风险。

参阅图1、图4及图5所示，第一水平支撑件121的第一钢梁1211和第二钢梁1212以及第二水平支撑件122的第三钢梁1221和第四钢梁1222在交叉节点处围设形成安装空间14，在该安装空间14内安装节点连接结构13，以达到向内拉结的作用和外形美观的效果。在本实施例中，第一方向为横向(坐标X轴方向)，第二方向为纵向(坐标Y轴方向)，第一方向与第二方向垂直，第一水平支撑件121的第一钢梁1211和第二钢梁1212沿横向布设，第二水平支撑件122的第三钢梁1221和第四钢梁1222沿纵向布设，第一水平支撑件121的第一钢梁1211和第二钢梁1212位于第二水平支撑件122的第三钢梁1221和第四钢梁1222的上方。因此，第一水平支撑件121的第一钢梁1211和第二钢梁1212以及第二水平支撑件122的第三钢梁1221和第四钢梁1222在上下错开的交叉节点处围设形成矩形的安装空间14，节点连接结构13设置在该矩形的安装空间14内。

一般在设置节点连接结构13时，采用在该矩形的安装空间14的对角位置对称设置节点连接结构13的方式。如图4和图5所示的在第一水平支撑的第一钢梁1211和第二水平支撑的第三钢梁1221的相对内侧设置一组节点连接结构，同时，在第一水平支撑的第二钢梁1212和第二水平支撑的第四钢梁1222的相对内侧也设置一组节点连接结构，使两组节点连接结构设置在上述矩形的安装空间14的一对对角上，以达到力的平衡，提高稳定性。

同样的，也可以采用如图6所示的在第一水平支撑的第一钢梁1211和第二水平支撑的第四钢梁1222的相对内侧设置一组节点连接结构，同时，在第一水平支撑的第二钢梁1212和第二水平支撑的第三钢梁1221的相对内侧也设置一组节点连接结构。

再参阅图7所示，还可以采用在第一钢梁1211、第二钢梁1212、第三钢梁1221及第四钢梁1222围设形成的矩形的安装空间14的四个内角分别设置一组节点连接结构13，对第一水平支撑件121和第二水平支撑件122的交叉节点处进行全面、完整的节点连接结构13的布设，最大限度地增强交叉节点处的联结和稳定。

在安装该节点连接结构13时，以在第一水平支撑121的第一钢梁1211和第二水平支撑122的第三钢梁1221的相对内侧设置一组节点连接结构13为例参阅图4和图5所示。在矩形的安装空间14内的位于上方的第一水平支撑件的第一钢梁1211的侧部设置一第一竖向枢接座131，相应地，在矩形的安装空间14内的位于下方的第二水平支撑件的第三钢梁1221的侧部设置一第二竖向枢接座132，使第一竖向枢接座131的竖向轴孔与第二竖向枢接座132的竖向轴孔轴心相对；然后在第一竖向枢接座131和第二竖向枢接座132的轴心相对的竖向轴孔之间插设枢接轴133，使第一竖向枢接座131与第二竖向枢接座132可绕枢接轴133水平转动，从而使第一钢梁1211可沿第一方向轴向移动，第三钢梁1221可沿第二方向轴向移动。配合液压轴力补偿系统，进行基坑支护施工过程中结构的变形控制，可有效降低工程的风险。其他各位置的节点连接结构13的安装方法同上，在此不一一赘述。

竖向支撑结构15支撑于基坑的底部与位于下方的第二水平支撑件122的底部之间。该竖向支撑结构15为下端插入基坑的底部的H型钢，该H型钢的上端支撑于第二水平支撑件122的第三钢梁1221和第四钢梁1222的底部，第一水平支撑件121的第一钢梁1211和第二钢梁1212可以搁置在第二水平支撑件的第三钢梁1221和第四钢梁1222的顶部，结构稳定，整体性强。

本发明大型深基坑装配式型钢支撑体系通过将双向设置的第一水平支撑件和第二水平支撑件上下错开设置，有效避免了同一水平面上的双向水平支撑件的交叉节点处的复杂连接结构，使第一水平支撑件和第二水平支撑件在竖直方向上互不连接，各自独立承担水平荷载；通过在第一水平支撑件和第二水平支撑件的交叉节点处设置枢接的节点连接结构，一方面增加第一水平支撑件和第二水平支撑件的联结，利用节点连接结构对第一水平支撑件和第二水平支撑件进行拉结，提高第一水平支撑件和第二水平支撑件的抗屈曲能力，另一方面使第一水平支撑件和第二水平支撑件具备轴向变形的能力；通过设置第一液压千斤顶和第二液压千斤顶，解决了钢结构支撑体系在应力及温度变化条件下变形过大以及变形不均匀的调节问题，可以实现基坑施工过程中对环境变形的主动控制，有效降低工程的风险，减少施工对环境的扰动。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于，包括：

水平支撑结构，包括沿第一方向支撑于基坑的围护墙体之间的第一水平支撑件及沿第二方向支撑于基坑的围护墙体之间的第二水平支撑件，所述第一水平支撑件位于所述第二水平支撑件的上方且所述第一水平支撑件与所述第二水平支撑件相互交叉，形成上下错开的交叉节点；

节点连接结构，包括安装于部分所述交叉节点处的所述第一水平支撑件上的第一竖向枢接座及安装于部分所述交叉节点处的所述第二水平支撑件上的第二竖向枢接座，对应的所述交叉节点处的所述第一竖向枢接座与所述第二竖向枢接座之间插设有枢接轴；

竖向支撑结构，支撑于基坑的底部与所述第二水平支撑件之间；以及

液压轴力补偿系统，包括液压伺服装置和中继装置，所述液压伺服装置安装于所述第一水平支撑件的端部与所述围护墙体之间及所述第二水平支撑件的端部与所述围护墙体之间，所述中继装置安装于所述第一水平支撑件中和所述第二水平支撑件中。

2.如权利要求1所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：沿基坑的围护墙体设置有一周围檩结构，所述围檩结构包括沿水平平行叠加的多道型钢支护，所述多道型钢支护的底部由固定在所述围护墙体上的三角支架支撑。

3.如权利要求2所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述液压伺服装置为安装于所述型钢支护与所述第一水平支撑件的端部之间及所述型钢支护与所述第二水平支撑件的端部之间的第一液压千斤顶；所述中继装置包括间隔设置于所述第一水平支撑件中和所述第二水平支撑件中的连接盒及安装于所述连接盒内的第二液压千斤顶，所述第二液压千斤顶的推抵端通过滑动轴承与所述第一水平支撑件和所述第二水平支撑件连接。

4.如权利要求2所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述围檩结构还包括设于所述围护墙体的转角处的角撑。

5.如权利要求1所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述第一水平支撑件包括平行的第一钢梁和第二钢梁，所述第二水平支撑件包括平行的第三钢梁和第四钢梁，所述第一钢梁、所述第二钢梁、所述第三钢梁及所述第四钢梁在所述交叉节点处围设形成安装空间，所述节点连接结构设于所述安装空间内。

6.如权利要求5所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述安装空间内的所述第一钢梁的侧部与所述第三钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构，所述安装空间内的所述第二钢梁的侧部和所述第四钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构。

7.如权利要求5或6所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述安装空间内的所述第一钢梁的侧部与所述第四钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构，所述安装空间内的所述第二钢梁的侧部和所述第三钢梁的侧部之间设有所述节点连接结构。

8.如权利要求7所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述交叉节点外的所述第一钢梁和所述第二钢梁之间间隔设置有多道第一连接梁，所述交叉节点外的所述第三钢梁和所述第四钢梁之间间隔设置有多道第二连接梁。

9.如权利要求7所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述第一钢梁、所述第二钢梁、所述第三钢梁和所述第四钢梁分别由多段H型钢拼接而成。

10.如权利要求1所述的大型深基坑装配式型钢支撑体系，其特征在于：所述竖向支撑结构为下端插入基坑的底部的H型钢，所述H型钢的上端支撑于所述第二水平支撑件的底部，所述第一水平支撑件设于所述第二水平支撑件的顶部。