CN211257003U - 一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，属于岩土工程中的基坑支护技术领域。包括环形钢构件、辐射钢构件、角部钢构件、Y字型连接节点、十字型连接节点、钢拉杆及钢支座。以基坑对角线为对称轴对称布置辐射钢构件、基坑的角部位置设置角部钢构件，增加装配式环形钢结构内支撑结构体系的安全性；通过Y字型连接节点连接环形钢构件及辐射钢构件，十字型连接节点连接辐射钢构件及角部钢构件，安装拆卸便捷；该结构体系可实现工业化生产，绝大部分构件可周转使用，产生的废料亦可回收，具有绿色环保的特点。

Description

一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系

技术领域

本实用新型专利涉及一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，属于岩土工程中的基坑支护技术领域。

背景技术

目前常用的基坑支护内支撑结构形式有钢筋混凝土结构和传统钢支撑2种。

钢筋混凝土支撑由现场支模浇筑，包含钢筋工程、模板工程、混凝土浇筑和养护等多项步骤。

优点：钢筋混凝土支撑的刚度大，整体性好；布置形式灵活，适应性强。

缺点：支撑被动压缩，导致变形量大且无法调控；由于混凝土需要进行养护，达到设计强度后才能发挥作用，且支撑拆除历时较长，导致整体工期较长；混凝土支撑拆除需要进行爆破，导致一定的噪声，且拆除产生大量建筑废料，对环境造成较大影响；混凝土支撑在浇筑过程中因软土变形呈下弯曲弧形结构，严重影响支撑对变形和内力的控制；由于混凝土自重较大，要求立柱有较大插入深度，经济性较差；支撑将基坑空间分割成小块，不利于开挖和结构施工。

传统钢支撑分为钢管支撑和型钢支撑。钢支撑架设和拆除速度快，不需养护立即发挥支撑作用；由于钢材自重小，立柱插入深度小，工程造价低；部分钢支撑能够施加预应力，对基坑位移控制有利。但是，支撑刚度小，为控制基坑变形势必造成支撑间距小，导致挖土空间小，增加机械设备的施工难度；传统钢支撑通过预埋件和竖向围护共同受力，连接部位采用拼装焊接的方式，因此支撑整体性差，节点复杂，安全度较低；支撑活络头的松动、多道钢支撑预应力附加以及基坑换撑的作用，都会导致预应力消散，对基坑变形控制非常不利。

拱形结构有很好的受压能力，而基坑支撑系统是主要承担土压力的结构，因此基坑支撑系统中采用拱形构件比较合理，可将支护结构所传来的荷载转化为环梁的轴力，对环梁来说轴向力具有自动平衡的调节作用，因而可充分利用材料的抗压性能。同时，作用于支撑系统的外力主要转化为环梁的轴力，撑杆和环梁的弯矩都相对较小。这些特点相对于对撑或斜撑来说，有很大的优势。对于较大、较深、地质条件较差的基坑来说，拱形支撑这些优点就显得更为突出。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，该结构体系将拱形支撑良好的受力性能和钢支撑的优点相结合形成的内支撑结构体系，该结构体系可将支护结构所传来的荷载转化为环形钢支撑轴力，充分利用材料性能；标准构件全部在工厂预制、现场拼装，安装拆除方便、快速，可实现工业化生产，绝大部分构件可周转使用，产生的废料亦可回收，具有绿色环保的特点。

本实用新型一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，主要解决了现有基坑内支撑结构设计及施工过程中遇到的如下技术问题：

(1)现有基坑内支撑结构普遍施工工序繁琐，建筑材料浪费严重等问题，施工质量受施工单位技术管理水平影响较大。本实用新型专利所述装配式大跨拱形内支撑结构体系标准构件全部在工厂预制、现场拼装，安装拆除方便、快速，可实现工业化生产，绝大部分构件可周转使用，产生的废料亦可回收，具有绿色环保的特点。

(2)现有基坑内支撑结构普遍存在内支撑杆件过密、挖土速度较慢、出土效率低等问题，密集的内支撑结构造成基坑内部建筑物地下室施工困难，施工效率低等问题。本实用新型专利所述装配式大跨拱形内支撑结构体系中部设置环形钢构件，可显著增加基坑无支撑面积，方便基坑开挖及后续结构施工。

(3)现有基坑内支撑结构以混凝土结构为主，内支撑被动压缩，导致基坑变形量大且无法调控。本实用新型专利所述装配式大跨拱形内支撑结构体系可根据需要实时施加预应力，使基坑位移得到有效控制。

本实用新型提出了一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，包括环形钢构件1、辐射钢构件2、角部钢构件3、Y字型连接节点4、十字型连接节点5、钢拉杆6及钢支座7。

环形钢构件1位于装配式环形够结构内支撑结构体系的中部位置，是由多段直线支撑组成正多边形结构支撑，在正多边形结构的角点位置处设置有Y字型连接节点4，正多边形结构与Y字型连接节点4组成近圆环形结构；环形钢构件1的外部通过辐射钢构件2和角部钢构件3与冠梁8连接。辐射钢构件2为沿近圆环形结构的径向分布的构件，角部钢构件3为沿近圆环形结构的周向分布的构件；辐射钢构件2与角部钢构件3的交点位置处设置有十字型连接节点5，角部钢构件3位于装配式环形结构内支撑结构体系的角部位置；十字型连接节点5与钢支座7之间设置钢拉杆6；辐射钢构件2与冠梁8之间，角部钢构件3与冠梁8之间，钢拉杆6与冠梁8之间的交点位置处设置有钢支座7。

环形钢构件1采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成；

辐射钢构件2以基坑对角线为对称轴对称布置；

角部钢构件3采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成；

Y字型连接节点4为使用Q345碳素结构钢制作的成品构件；

十字型连接节点5为使用碳素结构钢制作的成品构件；

通过环形钢构件1、辐射钢构件2、角部钢构件3、Y字型连接节点4、十字型连接节点5、钢拉杆6及钢支座7之间的布置及相互连接，形成了一种将拱形支撑良好的受力性能和钢支撑的优点相结合、充分利用材料性能、安装拆除方便、可实现工业化生产、构件可周转使用、废料可回收的内支撑结构体系。

本实用新型所述一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系关键技术如下：

(1)在中部设置由多段直线支撑组成正多边形环形钢构件1，显著增加基坑无支撑面积，方便基坑开挖及后续结构施工；

(2)以基坑对角线为对称轴对称布置辐射钢构件2、基坑的角部位置设置角部钢构件3，增加装配式环形钢结构内支撑结构体系的安全性；

(3)通过Y字型连接节点4连接环形钢构件1及辐射钢构件2，十字型连接节点5连接辐射钢构件2及角部钢构件3，安装拆卸便捷；

(4)本实用新型所述装配式环形钢结构内支撑结构体系可根据需要通过螺杆式千斤顶实时施加预应力，使基坑位移得到有效控制。

附图说明

图1装配式环形钢结构内支撑结构体系3D示意图；

图2装配式环形钢结构内支撑结构体系俯视图；

图3环形钢构件与辐射钢构件连接示意图；

图4角部钢构件与辐射钢构件连接示意图；

图5 Y字形连接节点4；

图6 十字形连接节点5；

附图标记：1-环形钢构件、2-辐射钢构件、3-角部钢构件、4-Y字型连接节点、5-十字型连接节点、6-钢拉杆、7-钢支座、8-冠梁。

具体实施方式

本实用新型提出了一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系实施过程中应综合考虑地质条件、基坑周边环境要求、主体地下结构要求、施工季节变化及支护结构使用期等因素，因地制宜、合理选型、优化设计、精心施工、严格监控。

本实用新型提出了一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，该结构体系包括环形钢构件1、辐射钢构件2、角部钢构件3、Y字型连接节点4、十字型连接节点5、钢拉杆6及钢支座7。

环形钢构件1位于装配式环形够结构内支撑结构体系的中部位置，是由多段直线支撑组成正多边形的近圆环形支撑，在多边形角点位置设置Y字型连接节点 4，Y字型连接节点4附近设置临时立柱。环形钢构件1采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成，直径壁厚按计算结果选用相应规格，环形钢构件采用碳素结构钢制作而成，包括多种长度的标准节；

辐射钢构件2以基坑对角线为对称轴对称布置，辐射钢构件2与角部钢构件3 交点位置设置十字型连接节点5，十字型连接节点5附近设置临时立柱。辐射钢构件2采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成，直径壁厚按计算结果选用相应规格，辐射钢构件2采用碳素结构钢单独加工，主要包括长度为6.0、4.0、2.0、1.0、0.5、 0.3及0.2m的标准节以及施加预应力的活络端；

角部钢构件3位于装配式环形结构内支撑结构体系的角部位置。角部钢构件 3采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成，直径壁厚按计算结果选用相应规格，角部钢构件3采用碳素结构钢单独加工，主要包括长度为6.0、4.0、2.0、1.0、0.5、 0.3及0.2m的标准节以及施加预应力的活络端；

Y字型连接节点4位于环形钢构件1与辐射钢构件2交点位置，Y字型连接节点 4为使用Q345碳素结构钢制作的成品构件，可重复使用；

十字型连接节点5位于辐射钢构件2与角部钢构件3交点位置，十字型连接节点5为使用碳素结构钢制作的成品构件，可重复使用；

钢拉杆6在十字型连接节点5与钢支座7之间位置，钢拉杆6根据支撑布置情况单独设计；

钢支座7位于辐射钢构件2、角部钢构件3、钢拉杆6及冠梁8交点位置，钢支座7根据设计施工情况单独加工，焊接于冠梁中预埋钢板上，如支撑未设置在冠梁位置，可根据实际情况设置单独的混凝土腰梁或钢结构桁架腰梁。

具体实施工艺流程如下：

(1)土方开挖。土层开挖至装配式环形钢结构内支撑结构底部；

(2)立柱桩施工。施工Y字型连接节点4及十字型连接节点5附近的临时立柱；

(3)钢构件吊装。吊装环形钢构件1、辐射钢构件2、角部钢构件3、Y 字型连接节点4、十字型连接节点5及钢拉杆6至相应位置；

(4)钢构件拼装。对齐钢构件法兰，拧紧螺栓完成钢构件拼装；

(5)预应力施加。将千斤顶放入活络端顶压位置，按设计要求逐级施加预应力；

(6)监测及巡视。依据设计图纸及相关规范进行监测及巡视，监测应包括钢构件内力、立柱竖向位移和立柱内力等内容，其中，钢构件内力监测应包括轴力、弯矩等；

(7)拆除。内支撑相应层的主体结构达到规定的强度等级，解除预应力，遵循先换撑、后拆除的原则，按设计工况拆除装配式环形钢结构内支撑结构，对环形钢构件1、辐射钢构件2、角部钢构件3、Y字型连接节点4、十字型连接节点5及钢拉杆6进行回收；

(8)在下一工程中，重复工序(1)～工序(7)完成装配式环形钢结构内支撑结构体系的多次重复使用。

Claims (6)

1.一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：包括环形钢构件(1)、辐射钢构件(2)、角部钢构件(3)、Y字型连接节点(4)、十字型连接节点(5)、钢拉杆(6)及钢支座(7)；

环形钢构件(1)位于装配式环形够结构内支撑结构体系的中部位置，是由多段直线支撑组成正多边形结构支撑，在正多边形结构的角点位置处设置有Y字型连接节点(4)，正多边形结构与Y字型连接节点(4)组成近圆环形结构；环形钢构件(1)的外部通过辐射钢构件(2)和角部钢构件(3)与冠梁(8)连接；辐射钢构件(2)为沿近圆环形结构的径向分布的构件，角部钢构件(3)为沿近圆环形结构的周向分布的构件；辐射钢构件(2)与角部钢构件(3)的交点位置处设置有十字型连接节点(5)，角部钢构件(3)位于装配式环形结构内支撑结构体系的角部位置；十字型连接节点(5)与钢支座(7)之间设置钢拉杆(6)；辐射钢构件(2)与冠梁(8)之间，角部钢构件(3)与冠梁(8)之间，钢拉杆(6)与冠梁(8)之间的交点位置处设置有钢支座(7)。

2.根据权利要求1所述的一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：环形钢构件(1)采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成。

3.根据权利要求1所述的一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：辐射钢构件(2)以基坑对角线为对称轴对称布置。

4.根据权利要求1所述的一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：角部钢构件(3)采用钢构件标准单元法兰螺栓拼装而成。

5.根据权利要求1所述的一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：Y字型连接节点(4)为使用碳素结构钢制作的成品构件。

6.根据权利要求1所述的一种用于深基坑支护的装配式环形钢结构内支撑结构体系，其特征在于：十字型连接节点(5)为使用碳素结构钢制作的成品构件。

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