【摘 要】優(yōu)化排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以使施工單位在環(huán)境較為復雜條件下，提高施工的質(zhì)量，還可以降低基坑工程事故的發(fā)生率。本文對排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法進行探討與研究，在設(shè)計的過程中還需要參考施工現(xiàn)場的水文條件以及地質(zhì)條件，了解優(yōu)化設(shè)計的方法，可以更好的掌握支護體系的設(shè)計難點以及技術(shù)要領(lǐng)。本文根據(jù)真實的工程案例，分析了優(yōu)化支撐支護結(jié)構(gòu)的好處，希望對提高建筑施工的質(zhì)量有所幫助。

【關(guān)鍵詞】排樁；內(nèi)支撐；支護結(jié)構(gòu)；基坑；優(yōu)化設(shè)計；方法

排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)是建筑工程中一項重要的結(jié)構(gòu)，其在深基坑工程項目中應用比較廣泛，而且可以有效提高基坑施工的質(zhì)量。我國的建筑行業(yè)發(fā)展很快，由于人口的基數(shù)比較大，所以對住房的需求也比較大，為了緩解住房壓力，提高土地的利用面積，建筑單位也在不斷的優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，大力開發(fā)地下空間資源。所以，城市中的高層建筑以及地下建筑越來越多，這類建筑對地基施工質(zhì)量的要求比較高，在深基坑環(huán)境中，施工的難度很大，而且容易出現(xiàn)安全事故，利用排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)，可以有效的解決這一問題，下面筆者對排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究，以供參考。

1.工程實例

某高層建筑，地上為30層，地下是4層，高99.7m，層高是3.9-5.1m左右。該建筑施工場地的自然地坪高-0.25m，平面的尺寸是66m*45m，基坑東側(cè)多為2層，7層磚混結(jié)構(gòu)，距用地紅線最近約為5.0m?；幽蟼?cè)和西側(cè)均為磚混建筑結(jié)構(gòu)，基坑北側(cè)主要為道路和市政管線，用地紅線距道路紅線最近約為15.4m。

2.工程的水文地質(zhì)條件

水文地質(zhì)條件是工程施工前必須了解與掌握的內(nèi)容，其對施工質(zhì)量以及施工效率有著較大的影響，所以，施工單位在設(shè)計施工方案時，必須對施工場地周圍的自然條件以及地質(zhì)進行勘測。了解工程的水文地質(zhì)條件，可以提高工程設(shè)計的質(zhì)量，還可以保證工程按期完成，避免因為外界自然因素等問題，拖延施工的工期。勘測的主要內(nèi)容主要有：查看施工現(xiàn)場是否存現(xiàn)地下水、當?shù)氐淖匀粸暮栴}、地質(zhì)條件等等?？睖y人員要利用專業(yè)的設(shè)備，對施工現(xiàn)場地下水的活動情況進行研究，要確保地下水對工程項目的施工不造成較大影響，才能進行動工。本文的工程實例中，施工現(xiàn)場地勢比較平坦，其土質(zhì)條件良好，在挖設(shè)基坑時發(fā)現(xiàn)該地區(qū)土地構(gòu)成主要是：粉砂、粘土、粗砂、角礫等。該基地的土質(zhì)條件屬于強風化巖層，地下水的主要來源是降雨，水位的范圍是2.8-3.2m左右。

了解工程的水文條件后，對設(shè)計人員制定基坑支護結(jié)構(gòu)體系有很大的幫助，而且還能降低支護的成本，保證工程安全、高效的完成，施工單位還可以利用當?shù)氐淖匀粭l件，避免出現(xiàn)破壞當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的問題。另外，設(shè)計人員還需要充分考慮施工現(xiàn)場的條件，計劃工程開挖基坑的深度、面積以及大小，這些內(nèi)容都需要結(jié)合當?shù)氐乃臈l件進行確定。本文的工程案例，經(jīng)過研究比較適合排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)體系，當?shù)氐牡叵滤畬ζ錄]有太大的影響，下面筆者結(jié)合實例對排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法進行簡單的研究。

3.排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計方法

排樁內(nèi)支撐支護體系是一種復雜的結(jié)構(gòu)，其主要是由排樁體系以及內(nèi)支撐體系共同構(gòu)成，在研究這種結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時，可以將二者看做是一個整體。排樁與內(nèi)支撐在建筑結(jié)構(gòu)中具有相輔相成的作用，如果將這兩種體系分開設(shè)計與研究，則可能降低這兩種體系的效用，而且還會降低建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。另外，對設(shè)計排樁與內(nèi)支撐的具體內(nèi)容時，需要考慮工程的實際情況以及設(shè)計要求，而且會利用到不同的公式，但是在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，可以將二者有效的結(jié)合在一起，提高建筑的整體性。

本文中采用的是平面整體分析的方法，即將支撐桿件、腰梁作為一個整體，視為一個平面體系，設(shè)置若干支座，借助大型有限元分析軟件SAP2000進行分析，得出支撐體系的內(nèi)力與變形，最終設(shè)計出各構(gòu)件的截面。利用SAP2000對內(nèi)支撐體系進行優(yōu)化設(shè)計，大體上分為以下幾步：第一，定義軸網(wǎng)類型。第二，定義材料屬性和截面。本文研究的內(nèi)支撐為現(xiàn)澆鋼筋混凝土支撐，支撐截面均為矩形。第三，繪制構(gòu)件。將每一層支撐看作一個平面桁架，選用線單元來模擬這一桁架。第四，指定節(jié)點約束。分不同工況對該平面桁架施加約束。第五，荷載工況。在內(nèi)支撐計算中考慮靜力荷載工況。第六，分析工況。根據(jù)不同的節(jié)點約束，分不同工況對模型進行分析，得出不同工況下內(nèi)支撐的內(nèi)力，包括彎矩，剪力和軸向力。

4.A—A剖面結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

4.1排樁體系設(shè)計計算

根據(jù)前面提出的排樁內(nèi)支撐體系的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，以基坑東側(cè)A—A剖面為例，對排樁體系進行結(jié)構(gòu)計算。并考慮工況，分段采用等值梁法對排樁內(nèi)力和各道支撐力進行了計算，按各工況求得的墻上彎矩作出彎矩包絡(luò)圖，對排樁配筋進行計算，按求得的支撐力設(shè)計各道支撐和圍檁。

4.2內(nèi)支撐體系的設(shè)計計算

內(nèi)支撐系統(tǒng)由四道平面支撐和立柱組成。每道支撐包括環(huán)梁、腰梁和支撐桿。不同地質(zhì)剖面計算求出的支撐系統(tǒng)需要提供的支護抗力是不同的，設(shè)計支撐系統(tǒng)時按所需最大支護抗力計算，第一，二道取N=353kN/m，第三，四道取N=571kN/m，支護抗力較小側(cè)將由基坑外側(cè)的被動土壓力平衡。

根據(jù)約束條件的不同，分四種不同支撐條件對支撐體系進行分析： X向兩鉸：即沿X方向在環(huán)梁的兩端設(shè)置固定支座；兩鄰邊固定，將支撐體系的南側(cè)與西側(cè)的支座設(shè)置為固定支座；兩鄰邊固定：將支撐體系的北側(cè)與東側(cè)的支座設(shè)置為固定支座；全鉸：將環(huán)梁的約束全部設(shè)置為固定支座。

通過對計算結(jié)果分析比較得出：在X向雙鉸的支撐條件下，環(huán)梁的彎矩最大，支撐桿件的軸力最大；在將支撐體系的南側(cè)與西側(cè)的支座設(shè)置為固定支座的支撐條件下，腰梁的彎矩最大。在內(nèi)支撐體系中，支撐桿件和環(huán)梁是主要的控制構(gòu)件，因此考慮選用第一種支撐條件下各構(gòu)件的最不利內(nèi)力組合來對各構(gòu)件進行截面和配筋計算。

5.結(jié)語

排樁與內(nèi)支撐是建筑支護結(jié)構(gòu)中兩種不同的體系，在設(shè)計時二者需要利用不同的計算公式以及軟件計算出具體的參數(shù)，為了保證建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要將排樁體系以及內(nèi)支撐體系有效的結(jié)合在一起。在設(shè)計建筑基坑支護施工方案時，需要考慮工程的水文地質(zhì)條件，外界自然因素對工程質(zhì)量與施工效率有著較大的影響，如果不對施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件以及地下水等條件進行勘測，可能會延誤工程的進度，還可能影響基坑的質(zhì)量。在優(yōu)化排樁內(nèi)支撐支護結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要以經(jīng)濟、環(huán)保、安全為原則，還要利用專業(yè)的計算軟件與公式，這樣才能設(shè)計出最優(yōu)的方案。 [科]

【參考文獻】

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