CN115573347A - 一种八字撑式型钢组合支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种八字撑式型钢组合支撑结构，八字撑式型钢组合支撑结构包括组合围檩、立柱、三角传力件、角撑、对撑和八字撑，组合围檩包括混凝土围檩和钢围檩，立柱包括围檩支撑立柱和型钢立柱，围檩支撑立柱与钢围檩连接，型钢立柱上连接有支撑托梁；三角传力件包括三角围檩传力件和三角支撑传力件，角撑的两端分别通过三角围檩传力件与相邻两侧的钢围檩连接；对撑平行间隔设置多组，连接在对应的支撑托梁上；八字撑设置在对撑的两端，用于连接对撑与钢围檩，包括对称布置在对称左右两侧的斜撑，斜撑的一端通过三角围檩传力件与对应的钢围檩连接，斜撑的另一端通过三角支撑传力件与对撑连接。本发明耗材少、不易发生预应力松弛、施工更方便。

Description

一种八字撑式型钢组合支撑结构

技术领域

本发明涉及一种八字撑式型钢组合支撑结构。

背景技术

随着城市地下空间的开发规模不断扩大，各类紧邻既有构筑物的基坑工程不断涌现。在基坑开挖后，坑内土体被挖出，围护结构内侧土压力消失，外侧的土压力逐渐由静止土压力变为主动土压力，则此时围护结构内外侧所受到的合力变为来自外侧的主动土压力，且这个合力指向基坑内，因此围护结构将产生向坑内的位移变形。随着基坑开挖深度的不断加大，基坑内外侧土体高差也不断增大，那么围护结构受到的主动土压力越来越大，产生的位移变形持续增大，同时坑底土体隆起量也不断增大，从而导致基坑周围土体出现塑性区并不断扩大，进而引起基坑外地面的沉降。

型钢组合支撑是基坑工程中的一种支撑形式，其构造简单、受力明确、技术成熟、安全可靠。型钢组合支撑已广泛推广应用于国内工业与民用建筑、市政、水利、港口等工程的深基坑支护。国内常见的型钢组合支撑主要为鱼腹梁工具式组合内支撑，预应力高刚度鱼腹梁工具式组合内支撑系统，简称IPS工法(Innovative prestressed support system的缩写)，是基于预应力原理，开发出的一种新型深基坑内支撑结构体系。它由鱼腹梁(高强低松弛钢绞线作为上弦构件、H型钢作为受力梁、与长短不一的H型钢支撑梁等组成)、对撑、角撑、立柱、横梁、拉杆、三角形接点、预压顶紧装置等标准部件组合并施加预应力，形成平面预应力支撑系统。鱼腹梁工具式组合支撑在由对撑支撑两侧土压力，对撑中间使用鱼腹梁拉开净空间。

对于鱼腹梁工具式组合支撑，有以下几点分析：

1、受力特点分析：鱼腹梁属于受弯构件，在材料属性中，抗压刚度远大于抗弯刚度，即材料受弯产生的变形远大于受压产生的变形，在外力作用下，鱼腹梁承受的弯矩较大，若为了弥补抗弯刚度的不足，鱼腹梁工具式组合支撑需要投入更多的钢材使用量。

2、预应力松弛问题分析：鱼腹梁的钢绞线在张拉后，钢绞线自身会存在疲劳松弛问题，且钢绞线的锚具也会存在锚定松弛的问题。

3、施工便利性分析：鱼腹梁宽度一般在3～5m，且钢支撑均不得碾压碰撞，因此在鱼腹梁体系中，基坑出土需设置栈桥；鱼腹梁在基坑中的钢绞线十分薄弱，尤其在地铁站基坑等狭窄基坑中，挖机需十分注意不得碰触钢绞线，其存在崩断的可能性，因此在实际应用过程中，钢绞线外需再设钢板予以保护，而挖机的工作空间会被进一步压缩；鱼腹梁的两道对撑夹一道鱼腹梁作为一个单元，一个单元完全施工完毕后，才可进行挖土作业，而该单元平面内会占据约50m的宽度，相较于钢筋混凝土支撑，未能大幅度提升功效。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种八字撑式型钢组合支撑结构，以解决现有的鱼腹梁工具式组合支撑体系耗材多、容易发生预应力松弛和施工不方便的技术问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种八字撑式型钢组合支撑结构，包括：

组合围檩，包括设置在基坑四周的混凝土围檩和位于混凝土围檩内侧的钢围檩；

立柱，包括围檩支撑立柱和型钢立柱，围檩支撑立柱设置在基坑的四周并与所述钢围檩连接，型钢立柱在基坑内设置有多个，每个型钢立柱上均连接有支撑托梁；

三角传力件，包括三角围檩传力件和三角支撑传力件；

角撑，设置在基坑的四个角位置，并连接在对应的支撑托梁上，角撑的两端分别通过三角围檩传力件与相邻两侧的钢围檩连接；

对撑，沿基坑的长度方向平行间隔设置多组，连接在对应的支撑托梁上；

八字撑，设置在对撑的两端，用于连接对撑与钢围檩，包括对称布置在对称左右两侧的斜撑，斜撑的一端通过所述三角围檩传力件与对应的钢围檩连接，斜撑的另一端通过所述三角支撑传力件与对撑连接。

进一步的，所述对撑和/或角撑包括并排间隔布置的至少两根单支型钢梁，每根单支型钢梁均由多节型钢段首尾连接形成，相邻的两根单支型钢梁之间设有沿单支型钢梁的延伸方向间隔布置的多根连接型钢，连接型钢的两端通过盖板与对应的型钢段连接，任意相邻的两个盖板之间还设置有系杆。

进一步的，相邻的两根系杆之间呈八字状布置。

进一步的，角撑的其中一端与对应的三角围檩传力件之间连接有角度调节件，角撑的另外一端与对应的三角围檩传力件之间设有预应力装置；对撑的两端与对应的三角支撑传力件之间设有预应力装置。

进一步的，对撑与斜撑之间的预应力装置和三角支撑传力件周围的支撑托梁呈井字状分布。

进一步的，同一个八字撑上的两个斜撑连接在同一个三角支撑传力件上。

进一步的，八字撑中的斜撑与钢围檩之间的夹角范围在45°～60°。

进一步的，对撑上设有控位角钢，控位角钢上连接有两根沿上下方向延伸的限位杆，两根限位杆的底端与对应的支撑托梁连接，两根限位杆在水平方向上与对应的对撑限位配合。

上述技术方案的有益效果是：1、八字撑式支撑体系中虽然仍有组合围檩处于受弯状态，但是在八字撑的作用下，组合围檩相当于多跨连续梁，而每跨的距离被八字撑分割的跨距较短，在相同外力作用下，同一范围内，组合围檩受弯作用远远小于现有鱼腹梁所受到的弯矩，因此本发明的八字撑式支撑体系无需使用更多的钢材。

2、八字撑式型钢组合支撑结构中，所有构件均属于受压状态，预应力施加后，由预应力装置锁定预应力，预应力不会损失。

3、无需设置栈桥，八字撑之间的净空间较大，能够满足出土要求。

4、八字撑式型钢组合支撑结构中，每一道对撑均可独立成为一个施工单元，因此在基坑施工时可以随撑随挖，并且可以坑边留土，后封闭支撑收土等多种流水作业形式。

5、能够适应不同形状的基坑。

附图说明

图1是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构的平面布置示意图；

图2是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构中八字撑的受力示意图；

图3是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构中相邻两个型钢段之间的连接示意图；

图4是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构中八字撑与对撑之间的连接节点示意图；

图5是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构中八字撑与钢围檩之间的连接节点示意图；

图6是本发明的八字撑式型钢组合支撑结构中对撑与钢围檩之间的连接节点示意图。

附图标记：1-组合围檩，2-三角围檩传力件，3-三角支撑传力件，4-对撑，5-角撑，6-钢围檩，7-型钢立柱，9-支撑托梁，10-系杆，11-单支型钢梁，12-连接型钢，13-型钢段，14-盖板，15-预应力装置，16-保力盒，17-角度调节件，18-八字撑，19-斜撑。

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描述。

本发明的八字撑式型钢组合支撑结构的实施例：

如图1所示，八字撑式型钢组合支撑结构包括组合围檩1、立柱、三角传力件、角撑5、对撑4和八字撑18。

具体的，组合围檩1包括设置在基坑四周的混凝土围檩和位于混凝土围檩内侧的钢围檩6。立柱则包括围檩支撑立柱和型钢立柱7，围檩支撑立柱设置在基坑的四周并与钢围檩6连接，型钢立柱7在基坑内设置有多个。每个型钢立柱7上在设定的位置均通过高强螺栓连接有支撑托座，支撑托座的上方则通过高强螺栓连接有支撑托梁9。支撑托梁9为由两个槽钢相背焊接而成的H型梁。

三角传力件具有两种，分别为三角围檩传力件2和三角支撑传力件3，但是这两种三角传力件的结构相同。

角撑5设置在基坑的四个角位置，并通过高强螺栓连接在对应的支撑托梁9上，角撑5的两端分别通过三角围檩传力件2与相邻两侧的钢围檩6连接。如图1所示，在角撑5 的其中一端与对应的三角围檩传力件2之间连接有角度调节件17，角撑5的另外一端与对应的三角围檩传力件2之间设有预应力装置6。预应力装置6包括多个保力盒16，用于减小预应力损失。

对撑4根据基坑的长度设置有两组，两组对撑4平行间隔布置，且连接在对应的支撑托梁9上。八字撑18设置在对撑4的两端，用于连接对撑4与钢围檩6。对撑4的两端与对应的三角支撑传力件3之间也设有上述预应力装置6。八字撑18包括两个对称布置在对撑4左右两侧的斜撑19，斜撑19的一端通过三角围檩传力件2与对应的钢围檩6连接，斜撑19的另一端通过三角支撑传力件3与对撑4连接。八字撑18中的斜撑19与钢围檩6 之间的夹角范围在45°～60°，同一个八字撑18上的两个斜撑19连接在同一个三角支撑传力件3上。

本实施例中，对撑4、角撑5和斜撑19均由单支型钢梁11制作而成，其中，对撑4 由并排间隔布置的四根单支型钢梁11连接而成，角撑5由三根并排间隔布置的单支型钢梁 11连接而成，斜撑19由三根并排间隔布置的单支型钢梁连接而成。如图3所示，每根单支型钢梁11均由若干节型钢段13首尾连接而成，相邻的两节型钢段13通过盖板14和螺栓进行连接形成一根完整的钢支撑，连接螺栓一般为普通螺栓，该节点一般受力较小，其构造主要为满足刚度要求，使钢支撑整体受力，在实际施工后这种节点主要进行刚度验算。相邻的两根单支型钢梁11之间设有沿单支型钢梁11的延伸方向间隔布置的多根连接型钢12，连接型钢12的两端通过盖板14和螺栓与对应的型钢段13连接在一起。并排间隔布置的多根单支型钢梁11之间的对应连接型钢12处于同一直线上。

由于八字撑18需要控制围护结构变形，直接承受围护结构传递的土压力，所以斜撑 19受轴力较大，其与对撑4连接的部位将受较大的剪力，所以斜撑19与对撑4的连接节点主要进行强度验算。同时，斜撑19轴力传递给对撑4时，会使对撑4受到较大的侧向水平力，为平衡该水平分析以保证对撑4的轴向受力安全，必须在斜撑19与对撑4的节点部位加装连接型钢12，该处的连接型钢两端通过梯形连接板和螺栓与对撑连接。如图4所示，此处连接型钢的构造与相邻两根单支型钢梁11之间的连接型钢12构造相同，但是此处连接型钢与对撑的连接节点主要进行强度验算。对撑4与斜撑19之间的预应力装置6和三角支撑传力件3周围的支撑托梁9呈井字状分布。具体受力如图2所示。

在同一个对撑4中，任意相邻的两个盖板14之间还设置有系杆10，相邻的两根系杆10之间呈八字状布置。斜撑19和角撑5上也设置有系杆10。

八字撑18除了与对撑4连接外，还与钢围檩6进行连接，以保证围护结构所受土压力能传递给斜撑19。如图5所示，该部位斜撑19与钢围檩6斜交，一般可以采用钢楔块或混凝土进行填充，由于每个工程的斜交角度可能各不相同，不同的角度需要生产不同的钢楔块，费时、费力且利用率不高，由于该部位受压不受拉，所以主要采用混凝土填充斜撑与围檩间的空隙。限制混凝土侧向位移的挡块受到侧向水平分力作用，所以该挡块与围檩的连接需要验算抗剪强度是否满足要求，挡块与围檩间一般采用螺栓连接。

本实施例中，钢围檩构件受力机理与钢支撑(对撑、角撑)不同，钢围檩主要作用是向钢支撑传递土压力，因此钢围檩主要受力为土压力产生的弯矩和剪力，此时钢围檩为纯弯构件。对于存在斜撑的支撑体系，钢围檩还受到斜撑传来的轴力的影响，此时钢围檩为压弯构件。

钢支撑与混凝土支撑间一般设置千斤顶，该部位受压而不受拉，所以不设置钢支撑与混凝土支撑的直接连接构造，而是在混凝土支撑上焊接角钢，然后角钢与钢支撑通过螺栓连接约束钢支撑端部的自由度。

如图6所示，钢支撑与钢围檩6一般通过螺栓进行连接，该螺栓为构造螺栓，一般不需要进行强度和刚度验算。钢支撑轴力传递到钢围檩6上，钢围檩6可能会发生局部受剪变形，所以需要进行抗剪验算，也可以直接在围檩对应位置设置加强肋或加强马凳。

本实施例中，对撑4上设有控位角钢，控位角钢上连接有两根沿上下方向延伸的限位杆，两根限位杆的底端与对应的支撑托梁连接，两根限位杆在水平方向上与对应的对撑限位配合，以限制对撑左右移动，控位角钢可以控制对撑上下移动。

需要说明的是，本实施例中所描述的钢支撑由对应的单支型钢梁通过连接型钢和盖板形成。

本发明的八字撑式型钢组合支撑结构的具体施工包括如下：

1、施工准备

(1)根据设计图纸，理解设计意图和深度，核对材料构件用量，对构件的规格、型号、材质等进行复核。确保满足设计和规范要求；

(2)编制完善的施工方案和技术交底；

(3)确定钢支撑的安装顺序。由于施工的误差，围檩和混凝土支撑之间的实际尺寸和设计尺寸有偏差，因此钢支撑安装时把误差留在围檩一侧，缝隙处填充细石混凝土。

2、测量放线

(1)测量放线包括轴线和标高。轴线是指沿钢支撑轴线方向，测量混凝土支撑和混凝土围檩之间的距离。实测结果和设计尺寸比较，确定钢支撑的安装长度，预先对拼装构件进行调整；

(2)标高是指支撑托座(也叫牛腿)在混凝土围檩埋板、混凝土支撑埋板和型钢立柱上的焊接标高。

3、支撑拼装

(1)根据各支撑轴线实测结果和分节图，进行节段节点与系杆的碰撞检查，防止盖板安装落在系杆上，确保安装的平整；

(2)综合塔吊吊装能力和格构柱间距的限制，确定构件的合理吊装长度，在支撑堆场预拼装。

4、构件安装

(1)支撑托座和支撑托梁的安装

支撑托座承受支撑托梁和钢支撑的荷载，其焊接在混凝土支撑的埋板、混凝土围檩的埋板、格构柱、型钢立柱上；为保证焊接精度和焊接质量，需对支撑托座进行标高复测和焊缝现场探伤。

(2)围檩安装

H型钢支撑与混凝土围檩处便于连接需要安装钢围檩，钢围檩为H400的型钢，安装在牛腿上，紧贴混凝土围檩。钢围檩的安装沿一个方向依次进行，安装前需根据图纸测量定位，确定钢围檩的轴线。安装围檩前，沿围檩轴线偏移至围檩外边缘，定位放线，在牛腿上紧靠钢围檩的外边缘焊接限位角钢，限制围檩外移和保证围檩安装在一条直线上。

(3)钢支撑和千斤顶安装

钢支撑安装在支撑托梁上，支撑托梁安装完成，上表面在一个平面内，安装误差控制在设计位置±1cm。测量钢支撑的轴线，在上下层支撑托梁上确定双层钢支撑的安装位置，然后在钢支撑的一侧焊接限位角钢，限制支撑的左右移动。依次把预拼装好的钢支撑从围檩一侧向混凝土支撑一侧安装在支撑托梁上。每段钢支撑安装时，要与下部支座形成稳定结构。钢支撑节段之间、钢支撑和钢围檩之间用螺栓连接。千斤顶安装在钢支撑与混凝土支撑连接端，与钢支撑连成一体。缝隙处通过千斤顶的调节进行消除。

(4)八字撑和连接型钢安装

八字撑采用型钢两端的连接键通过高强螺栓分别与钢支撑和钢围檩连接。八字撑可使围檩受力均匀，然后传到钢支撑上。连接型钢把平面内2根H型钢支撑连接在一起增加整体刚度和稳定性。连杆采用盖板和高强螺栓与钢支撑连接，连接强度高、抗剪效果好。

(5)紧固螺栓和平直度检查

钢支撑、钢围檩、八字撑和连杆均安装连接好后，位置无误差，然后紧固螺栓。紧固螺栓分 2次，初拧和终拧，每次拧紧均应检查钢支撑的轴线和平整度，紧固螺栓采用力矩扳手，螺母拧紧后至少外露2个丝牙。待支撑安装完成后，用水准仪复核整体安装的平整度，确保预加力施加前，安装误差控制在设计范围内。预加力施加后检查螺栓的松动，拧紧所有螺栓。

(6)限位装置的安装

钢支撑整体安装基本结束，在支撑托梁上的钢支撑另一侧焊接限位角钢，限制钢支撑的左右移动。安装控制钢支撑上下移动的控位角钢，把限位装置、系杆和钢支撑连接起来形成约束节点。施加预加力前，上下控位角钢不能拧紧，以防预加力损失在约束节点，待加载完成后再拧紧。

5、缝隙填充

填筑缝隙中的混凝土包括混凝土围檩与钢围檩之间的缝隙和钢围檩和八字撑之间的缝隙。缝隙处填充细石混凝土保证钢围檩和混凝土围檩的均匀接触和均匀传力。混凝土为高强细石混凝土，为了缩短达到强度的时间，可加入适当的早强剂。混凝土围檩与钢围檩和钢围檩和八字撑之间的缝隙混凝土的浇筑要模板牢靠，振捣密实，均匀接触。

6、预加力的施加

钢支撑结构安装完成，缝隙填充密实且填充混凝土强度达到标准，混凝土支撑达到强度可施加预加力。可采用电动泵加载和自动伺服装置，每组千斤顶，同时施加预加力。在外界条件变化引起轴力变化时，人工通过电动加载系统补压，自伺服系统自动进行压力调节。为保证加载均匀，预加力分3级加载，分别为预加力的40％、30％、30％。在加载过程中，监测钢支撑的轴力、挠度和装置的稳定性。加载完成后拧紧千斤顶油缸外的法兰圆盘，此装置无卸荷传力工况，预加力损失小，可随时附加。加载完成后检查螺栓有无松动并复紧，拧紧上下控位角钢。

7、千斤顶卸载

(1)卸载千斤顶预加力前，把限位角钢的螺栓拧松，避免轴力在约束节点有残余。

(2)卸载时，应均匀同步进行，每组千斤顶同步卸载，且按照千斤顶加载等级进行分级卸载，第一级卸载30％，第二级卸载30％，第三级卸载40％。

8、钢支撑拆除

千斤顶完全卸载时可进行钢支撑拆除。拆除顺序和安装顺序相反，依次拧开节点处螺栓，塔吊调运至堆场。拆除时注意构件是否在稳定支座上，可根据塔吊的吊装能力，2节或多节依次调运，在堆场拆分成构件。

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，包括：

组合围檩，包括设置在基坑四周的混凝土围檩和位于混凝土围檩内侧的钢围檩；

立柱，包括围檩支撑立柱和型钢立柱，围檩支撑立柱设置在基坑的四周并与所述钢围檩连接，型钢立柱在基坑内设置有多个，每个型钢立柱上均连接有支撑托梁；

三角传力件，包括三角围檩传力件和三角支撑传力件；

角撑，设置在基坑的四个角位置，并连接在对应的支撑托梁上，角撑的两端分别通过三角围檩传力件与相邻两侧的钢围檩连接；

对撑，沿基坑的长度方向平行间隔设置多组，连接在对应的支撑托梁上；

八字撑，设置在对撑的两端，用于连接对撑与钢围檩，包括对称布置在对撑左右两侧的斜撑，斜撑的一端通过所述三角围檩传力件与对应的钢围檩连接，斜撑的另一端通过所述三角支撑传力件与对撑连接。

2.根据权利要求1所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，所述对撑和/或角撑包括并排间隔布置的至少两根单支型钢梁，每根单支型钢梁均由多节型钢段首尾连接形成，相邻的两根单支型钢梁之间设有沿单支型钢梁的延伸方向间隔布置的多根连接型钢，连接型钢的两端通过盖板与对应的型钢段连接，任意相邻的两个盖板之间还设置有系杆。

3.根据权利要求2所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，相邻的两根系杆之间呈八字状布置。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，角撑的其中一端与对应的三角围檩传力件之间连接有角度调节件，角撑的另外一端与对应的三角围檩传力件之间设有预应力装置；对撑的两端与对应的三角支撑传力件之间设有预应力装置。

5.根据权利要求4所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，对撑与斜撑之间的预应力装置和三角支撑传力件周围的支撑托梁呈井字状分布。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，同一个八字撑上的两个斜撑连接在同一个三角支撑传力件上。

7.根据权利要求1-3任意一项所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，八字撑中的斜撑与钢围檩之间的夹角范围在45°~60°。

8.根据权利要求1-3任意一项所述的八字撑式型钢组合支撑结构，其特征在于，对撑上设有控位角钢，控位角钢上连接有两根沿上下方向延伸的限位杆，两根限位杆的底端与对应的支撑托梁连接，两根限位杆在水平方向上与对应的对撑限位配合。

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