1、地下建筑規(guī)程逆 作法技術(shù)規(guī)程JGJ1652010,福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 曾志攀,逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),本書(shū)共分八章，第五章 設(shè)計(jì) 5.1 設(shè)計(jì)原則 5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.3 豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.4 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.5 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 5.6 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及構(gòu)造,5.0逆作法一般流程,支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)全面相結(jié)合，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用“兩墻合一”的地下室連續(xù)墻，即作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)又作為地下室的外墻；地下結(jié)構(gòu)的水平梁板體系替代水平支撐；結(jié)構(gòu)的立柱和立柱樁作為豎向支承系統(tǒng)。支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)全面相結(jié)合的總計(jì)設(shè)計(jì)方案一般采用逆作法施工，以盆式開(kāi)挖為例，其一般流程為：首先施工地下連續(xù)墻、立柱和工程樁；然后周邊留土、

2、基坑中部開(kāi)挖第一層土；之后進(jìn)行地下首層結(jié)構(gòu)的施工；開(kāi)挖第二層土，并施工地下一層結(jié)構(gòu)的梁板；同時(shí)可根據(jù)工期上的安排接高柱子和墻板施工地上一層結(jié)構(gòu)；開(kāi)挖第三層土，并施工地下二層結(jié)構(gòu)，同時(shí)施工地上二層結(jié)構(gòu)；基坑中部開(kāi)挖到底并澆筑底板，基坑周邊開(kāi)挖到底并施工底板，同時(shí)施工地上三層結(jié)構(gòu)；施工立柱的外包混泥土及其他地下結(jié)構(gòu)，完成地下結(jié)構(gòu)的施工。圖5.1為一個(gè)三層地下室基坑采用支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)相結(jié)合的典型流程。,5.1 設(shè)計(jì)原則,補(bǔ)充第一章 總則 1.0.1 逆作法設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量，做到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理 5.1.1宜采用極限狀態(tài)法，以分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì) 5.1.2 1 承載能力極限狀態(tài)

3、： 5.1.2 2 正常使用極限狀態(tài)：,強(qiáng)條5.1.3：安全等級(jí)與重要性系數(shù),5.1.3 地下建筑工程逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果，采用不同的安全等級(jí)及結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)并應(yīng)符合下列規(guī)定：,1 施工期間臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)和重要性系數(shù)應(yīng)符合表5.1.3規(guī)定； 2 當(dāng)支承結(jié)構(gòu)作為永久結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和重要性系數(shù)不得小于地下結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和重要性系數(shù)； 3 支承結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和重要性系數(shù)應(yīng)按施工與使用兩個(gè)階段選用較高的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和重要性系數(shù)；,表5.1.3 臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)和重要性系數(shù),4 當(dāng)?shù)叵履孀鹘Y(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件只作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分時(shí)，應(yīng)按臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)及結(jié)構(gòu)的重要性系

4、數(shù)取用。當(dāng)形成最終永久結(jié)構(gòu)的構(gòu)件時(shí)，應(yīng)按永久結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)及結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)取用。,安全等級(jí)與重要性系數(shù),安全等級(jí)的劃分與重要性系數(shù)的確定是對(duì)逆作法工程的重要性的認(rèn)識(shí)及計(jì)算參數(shù)的確定，安全等級(jí)的劃分的劃分是個(gè)難度很大的問(wèn)題，定量說(shuō)明很難。采用按逆作法基坑支護(hù)破壞的后果分為很嚴(yán)重、嚴(yán)重及不嚴(yán)重三種情況分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)安全等級(jí)，其重要性系數(shù)的選用與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)相一致。,安全等級(jí)與重要性系數(shù)-2,表5.1.3 雖然給出了逆作法“臨時(shí)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)和重要性系數(shù)”，但是設(shè)計(jì)者在進(jìn)行逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還是很難把握這個(gè)安全等級(jí)。 建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范GB50497-2009 建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量

5、驗(yàn)收規(guī)范GB50202-2002 這兩本規(guī)程對(duì)基坑工程進(jìn)行分類，分為一、二、三級(jí)，這也是對(duì)基坑工程重要性的分類，分類的標(biāo)準(zhǔn)有定量的概念，對(duì)逆作法的安全等級(jí)分類有重要的參考價(jià)值，使用上又與現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)是統(tǒng)一的。,給出兩國(guó)標(biāo)的分類標(biāo)準(zhǔn) 表 基坑工程類別,5.1.4 逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的荷載組合,1 抗傾覆及抗滑移時(shí)，應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合進(jìn)行組合，其分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)為1.0。 2 當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)、水平和豎向結(jié)構(gòu)承載力時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載效應(yīng)、相應(yīng)的地基反力及這部分結(jié)構(gòu)所直接承受的施工荷載效應(yīng)應(yīng)按承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合進(jìn)行組合，并應(yīng)采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。 3 基本組合的荷載分項(xiàng)系數(shù)

6、規(guī)定,5.1.4 逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的荷載組合-2,4 裂縫寬度和變形，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行組合。 5圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向沉降，施工階段傳至基礎(chǔ)底面的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行組合。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)作為永久結(jié)構(gòu)使用時(shí)，在使用階段傳至基礎(chǔ)底面的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合進(jìn)行組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用。 6 支撐結(jié)構(gòu)的豎向沉降，傳至基礎(chǔ)底面的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的準(zhǔn)永久組合進(jìn)行組合，不應(yīng)計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用，并應(yīng)按施工與使用不同階段的荷載分別計(jì)算,5.1.4 逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的荷載組合-3,7 承載力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)

7、組合，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009的有關(guān)規(guī)定。,5.1.5 地下建筑工程逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載應(yīng)符合下列規(guī)定：,1 水平荷載：應(yīng)包括逆作法施工階段外圍護(hù)結(jié)構(gòu)所傳遞的水壓力、主動(dòng)土壓力或靜止土壓力、坑外地面荷載的側(cè)壓力。作為永久結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在使用階段，應(yīng)包括外墻結(jié)構(gòu)所傳遞的水壓力，靜止土壓力、坑外地面荷載的側(cè)壓力。 2 豎向荷載：應(yīng)包括逆作法施工各階段逆作法結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重及施工荷載，應(yīng)包括取土、運(yùn)土?xí)r可能作用于逆作法結(jié)構(gòu)上的荷載。作為永久結(jié)構(gòu)在使用階段的豎向荷載，應(yīng)包括結(jié)構(gòu)自重、 活荷載 、風(fēng)荷載和地震作用引起的豎向力，作用于底板的水浮力。,5.1.6 地下建筑工程逆作法結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)

8、進(jìn)行下列計(jì)算和驗(yàn)算：,1 承載能力極限狀態(tài)的計(jì)算和驗(yàn)算： 1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性計(jì)算，包括整體滑動(dòng)、抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性； 2）降水設(shè)計(jì)計(jì)算，抗浮、抗隆起驗(yàn)算； 3）圍護(hù)結(jié)構(gòu)在施工和使用階段受彎、受剪、受壓承載力計(jì)算； 4）主體結(jié)構(gòu)兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算。,5.1.6 -2,2 正常使用極限狀態(tài)的計(jì)算和驗(yàn)算： 1）主體結(jié)構(gòu)兼作圍護(hù)結(jié)構(gòu)的沉降驗(yàn)算； 2）豎向支撐結(jié)構(gòu)的沉降計(jì)算。 3 支撐體系和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形宜采用空間作用的整體分析方法。當(dāng)施工與使用階段構(gòu)件的使用條件變化時(shí)，應(yīng)按最不利情況驗(yàn)算。,5.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),5.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)可根據(jù)受力條件分段按平面問(wèn)

9、題進(jìn)行計(jì)算： 1）逆作法中地下室樓板可作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平支撐，樓板可視為圍護(hù)結(jié)構(gòu)不動(dòng)鉸支點(diǎn)； 2）當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)兼作地下室外墻時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)與樓板處的支點(diǎn)可視為不動(dòng)鉸支點(diǎn)，墻外側(cè)的土壓力宜取靜止土壓力。 靜止土壓力系數(shù) （5.2.1） 土的有效內(nèi)摩擦角（）。,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-1,圍護(hù)（支護(hù)）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與變形分析是基坑工程也是地下建筑逆作法工程設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。目前常用的分析方法主要有平面豎向彈性地基梁法。 也是本規(guī)程及基坑規(guī)程推薦的常規(guī)使用計(jì)算方法 分段按平面問(wèn)題 分析原理： 平面豎向彈性地基梁法假定圍護(hù)結(jié)構(gòu)為平面應(yīng)變問(wèn)題，將圍護(hù)結(jié)構(gòu)看做一豎向放置的彈性地基梁，開(kāi)挖面以下土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的支撐作用

10、用彈性支座模擬，墻后土體對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的作用用已知的分布力來(lái)代替。,5.2 彈性地基梁法的計(jì)算簡(jiǎn)圖,圖5.2.1 彈性地基梁法的計(jì)算簡(jiǎn)圖,5.2 彈性地基梁法的計(jì)算簡(jiǎn)圖-a,圖5.2.1a 彈性地基梁法的計(jì)算簡(jiǎn)圖,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-2,上圖為一典型基坑開(kāi)挖過(guò)程的計(jì)算簡(jiǎn)圖。取圍護(hù)長(zhǎng)度為b的一段作為分析對(duì)象，列出彈性地基梁的變形微分方程。 考慮土體的分層（m值不同）及水平支撐（逆作法樓層）的設(shè)置等實(shí)際情況，需要沿豎向?qū)椥缘鼗簞澐殖扇舾蓡卧谐雒總€(gè)單元的微分方程，一般可采用桿系有限元方法求解。劃分單元時(shí)，盡量考慮土層的分布、地下水位、支撐的位置、基坑的開(kāi)挖深度等因素。分析多道支撐分層開(kāi)挖時(shí)，根據(jù)

11、基坑開(kāi)挖、支撐情況劃分施工工況，按照工況的順序進(jìn)行圍護(hù)（支護(hù)）結(jié)構(gòu)的變形和內(nèi)力計(jì)算，計(jì)算中需考慮各工況下邊界條件、荷載形式等的變化，并取上一工況計(jì)算的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移作為下一工況的初始值。,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-3,平面豎向彈性地基梁法目前已經(jīng)有很多程序可以求解，國(guó)內(nèi)如同濟(jì)啟明星深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件FRWS、北京理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件，北京建研院PKPM的施工技術(shù)軟件中的深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件等均在基坑圍護(hù)工程中進(jìn)行了大量的應(yīng)用，并取得了相當(dāng)?shù)墓こ探?jīng)驗(yàn)。,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-4,荷載 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平荷載：水、土壓力 土壓力采用簡(jiǎn)單的Rankine土壓力理論，相對(duì)簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛。適用于砂土

12、、黏土及成層土，還能考慮地表超載及有地下水的情況 土壓力的類型與判定 按圍護(hù)結(jié)構(gòu)是否發(fā)生位移以及位移的方向與大小，可以將土壓力區(qū)分為以下三種： 1.靜止土壓力 如果圍護(hù)墻靜止不動(dòng)，即位移為零時(shí)，土體作用在墻上的土壓力稱為靜止土壓力，以Po表示。此時(shí)，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)。例如在深基坑工程中，在基坑開(kāi)挖之前，作用在墻上的土壓力即為靜止土壓力。此外，有時(shí)因圍護(hù)墻位移很小，不論墻前或墻后，均按靜止土壓力計(jì)算，這種簡(jiǎn)化是偏安全的。,2.主動(dòng)土壓力 如圖5.2.2所示，圍護(hù)墻在基坑開(kāi)挖到達(dá)坑底設(shè)計(jì)標(biāo)高后，位移仍繼續(xù)增大至某一定值則土體的抗剪強(qiáng)度將自峰值強(qiáng)度降至殘余強(qiáng)度，對(duì)于粘性土，強(qiáng)度降低十分顯著，

13、因此此時(shí)的土壓力又將增大。,3.被動(dòng)土壓力 在圖5.2.2中，墻前坑底以下的土體，因圍護(hù)墻在墻后主動(dòng)土壓力的推動(dòng)下，產(chǎn)生向坑內(nèi)側(cè)的位移，推力越大，則位移越大。推力與土體對(duì)圍護(hù)墻的反力相等，但方向相反。墻前土體所能承受的推力有一個(gè)極限。當(dāng)推力增大達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，此時(shí)土體的反力稱為被動(dòng)土壓力，以Pp表之。 被動(dòng)土壓力是在上述條件下，土體所能承受的最大推力，在圖5.2.2中，作用在坑底以下圍護(hù)墻BC段上的土壓力是否會(huì)增大至被動(dòng)土壓力，取決于墻后作用的主動(dòng)土壓力的大小。如果基坑開(kāi)挖較深，而圍護(hù)墻入土深度又較小，則主動(dòng)土壓力較大，為了平衡，墻前土壓力將得以充分發(fā)揮，以至BC整段均達(dá)到被動(dòng)土壓力。如基

14、坑開(kāi)挖較淺而圍護(hù)墻入土深度又相對(duì)較大，則作用在BC段的墻前土壓力將達(dá)不到被動(dòng)土壓力，或者在該段的上半部會(huì)達(dá)到，而下半段則達(dá)不到。,土壓力,靜止土壓力系數(shù),土的有效內(nèi)摩擦角（）,土壓力,主動(dòng)土壓力系數(shù)：,土壓力,被動(dòng)土壓力系數(shù),荷載：圍護(hù)外側(cè)土壓力的計(jì)算,1、主動(dòng)土壓力或靜止土壓力的分布模式 本規(guī)程（建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程以后簡(jiǎn)稱基坑規(guī)程）推薦的土壓力的分布模式：開(kāi)挖面以上按三角形分布，開(kāi)挖面以下按矩形分布，如圖5.2.1a所示。 2、土壓力計(jì)算 1）水土合算和水土分算 水土合算采用土的飽和重度計(jì)算水土壓力，不再考慮水壓力的作用。 水土分算將地下水位以下的水土壓力區(qū)分為有效土壓力和水壓力，分別計(jì)算

15、后再疊加為總的水土壓力。,荷載：圍護(hù)外側(cè)土壓力的計(jì)算,2）關(guān)于土壓力計(jì)算是采用水土合算還是水土分算，規(guī)程規(guī)定了簡(jiǎn)單的適用條件： 對(duì)砂土、碎石土采用水土分算 1）當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以上時(shí)： （5.2.21） 2）當(dāng)計(jì)算點(diǎn)位于地下水位以下時(shí)： （5.2.22） 對(duì)黏性土采用水土合算 （5.2.23）,式（5.2.2-2） 水土分算公式推導(dǎo),（5.2.2-2）,令,水位在基坑面以上wa=1,水面以上土+水面以下土+水位下水,水土分算推導(dǎo)公式（5.2.2-2）的計(jì)算簡(jiǎn)圖：,荷載：水壓力計(jì)算,3、水壓力計(jì)算 規(guī)程簡(jiǎn)單規(guī)定：直接采用靜水壓力計(jì)算。 條文說(shuō)明：5.2.2：公式（5.2.2-3）是水土合算的

16、表達(dá)式，公式（5.2.2-1）與(5.2.2-2）是水土分算的表達(dá)式。這里的水土分算公式只適用于靜水壓力的情況，有滲流水壓力不適用此公式。 基坑內(nèi)、外雙側(cè)水位的處理 采用內(nèi)力計(jì)算方法為全量法時(shí)，基坑內(nèi)、外雙側(cè)同時(shí)存在的水壓力不做抵消，直接與土壓力結(jié)果疊加；,特殊情況下的土壓力計(jì)算,在實(shí)際的基坑工程中，荷載情況千變?nèi)f化，墻后往往有超載的情況，包括地表作用有均布荷載、作用有一定寬度的條形荷載、三角形荷載、距離圍護(hù)結(jié)構(gòu)一定距離處有與圍護(hù)結(jié)構(gòu)平行的條形基礎(chǔ)或矩形基礎(chǔ)，此外還有基坑上部放坡開(kāi)挖及基坑外側(cè)有大面積卸土等等。 規(guī)程僅列舉了a),b)兩種特殊荷載的計(jì)算方法，其他特殊情況土壓力計(jì)算可以參考其他規(guī)

17、程、地方標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)手冊(cè)。 a)本規(guī)程5.2.3.2條：墻后地表作用有均布荷載； （5.2.34）,b)5.2.3.3條：墻后地表作用有一定寬度的條形荷載； （5.2.35）,這里補(bǔ)充一些特殊土壓力的計(jì)算公式,c)三角形荷載 計(jì)算簡(jiǎn)圖：,注意： 1. 1k采用條形附加荷載的計(jì)算方法，見(jiàn)公式（5.2.3-5）; q1作用于基坑面的三角形荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kPa） 2.三角形附加荷載q1作用在基坑邊緣時(shí)（即b10），系統(tǒng)不做擴(kuò)散處理，令1kq1；1k作用范圍：基坑面到基坑面以下b0范圍內(nèi)； 3.公式（5.2.3-5）同樣適用于計(jì)算作用在基坑面以下一定深度的三角形附加荷載產(chǎn)生的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值。,d）集中荷載

18、,計(jì)算簡(jiǎn)圖： （5.2.3-6） （5.2.3-6.1）,式中： eh，max最大附加側(cè)向壓力標(biāo)準(zhǔn)值（kPa）； QL作用在地表的集中荷載（kN/m）； h附加側(cè)向壓力分布范圍（m）； Ka計(jì)算深度處主動(dòng)土壓力或靜止土壓力系數(shù)，參見(jiàn)前面公式； a集中荷載距支護(hù)結(jié)構(gòu)的距離（m）； 見(jiàn)圖5.2.3-5所示； 土體內(nèi)摩擦角（）。 注意：作用到基坑下一定深度的集中荷載計(jì)算同地面集中荷載。,e）條形基礎(chǔ)或矩形基礎(chǔ)荷載,計(jì)算簡(jiǎn)圖 計(jì)算公式 當(dāng) 時(shí) 與支護(hù)結(jié)構(gòu)平行的條形基礎(chǔ) （5.2.3-7） 與支護(hù)結(jié)構(gòu)平行的矩形基礎(chǔ) （5.2.3-8） 當(dāng)Zi在其他高度范圍時(shí)：,式中： p0分布在基礎(chǔ)底面的均布附加壓力（

19、kPa），已經(jīng)扣除基礎(chǔ)底面處土自重壓力，由用戶交互； 1k分布在計(jì)算深度處的豎向均布附加壓力（kPa）； a基礎(chǔ)邊距支護(hù)結(jié)構(gòu)邊的距離（m）； b基礎(chǔ)底面寬度（m）； l基礎(chǔ)底面長(zhǎng)度（m）； dh基礎(chǔ)埋置深度（m）。,f）放坡,f.1、一級(jí)放坡 本規(guī)程及建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ 120-99）中未具體規(guī)定放坡對(duì)主動(dòng)土壓力影響的計(jì)算方法。推薦放坡對(duì)主動(dòng)土壓力的影響采用廣州地區(qū)建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)定（GJB 02-98）方法，即將放坡等效為荷載。 計(jì)算簡(jiǎn)圖： 計(jì)算公式： 坡腳處放坡引起的土自重壓力： （5.2.3-9）,f）,放坡情況下，基坑外側(cè)任意深度產(chǎn)生的豎向應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值1k 當(dāng) 時(shí) （5.2.

20、3-10） 當(dāng) 時(shí) （5.2.3-10.1） 當(dāng) 時(shí) （5.2.3-10.2）,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-5,彈性支座的反力可由下式計(jì)算： （5.2.3-11） 式中 Ti第i道支撐的彈性支座反力； Kbi第i道支撐彈簧剛度； Yi由前面方法計(jì)算得到的第i道支撐處的側(cè)向位移； Yoi由前面方法計(jì)算得到的第i道支撐設(shè)置之前該處的側(cè)向位移；,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-6,內(nèi)支撐剛度的取值： 1）臨時(shí)鋼筋混泥土梁系支撐或鋼支撐 對(duì)于采用十字交叉對(duì)撐鋼筋混泥土支撐或鋼支撐，內(nèi)支撐剛度的取值如下式所示： （5.2.3-12） 式中 A支撐桿件的橫截面積； E支撐桿件材料的彈性模量； L水平支撐桿件的計(jì)算長(zhǎng)度； S水

21、平支撐桿件的間距；,5.2-6,2）鋼筋混泥土梁板支撐體系 采用鋼筋混泥土梁板支撐體系，此時(shí)支撐剛度較大，可以認(rèn)為是個(gè)不動(dòng)鉸支座，但是如果地下室面積很大好幾萬(wàn)平米，尺度達(dá)幾百米時(shí)還是應(yīng)該計(jì)算支撐剛度，水平內(nèi)支撐剛度的計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，由下式確定： （5.2.3-13） 式中 A計(jì)算寬度內(nèi)支撐梁板的橫截面積； E支撐梁板的彈性模量； L支撐梁板的計(jì)算長(zhǎng)度；一般取開(kāi)挖寬度一半。,5.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-7,地基土水平抗力比例系數(shù)m的確定： 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的平面豎向彈性地基梁法的m法實(shí)質(zhì)上是從水平向受荷樁的計(jì)算方法演變而來(lái)的，因此嚴(yán)格講開(kāi)挖面以下地基土的水平抗力比例系數(shù)m應(yīng)以根據(jù)單樁水平荷載試驗(yàn)結(jié)果按下式計(jì)算:

22、（5.2.3-14）,5.2.7,式中 m地基水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)（MN/m4 ）,該數(shù)值為基坑開(kāi)挖面以下2（d+1）m深度內(nèi)各土層的綜合值； Hcr單樁水平臨界荷載（MN），根據(jù)建筑樁基技術(shù)規(guī)范（JGJ94-94）附錄E方法（JGJ94-2008）附錄C方法確定； xcr單樁水平臨界荷載對(duì)應(yīng)的位移（m）； vr樁頂位移系數(shù)，可按基坑規(guī)程表C.3.1采用（先假定m，試算）； b0計(jì)算寬度（m）,按本規(guī)程第B.0.3條計(jì)算。 EI 樁身抗彎剛度。,5.2.7 樁頂位移系數(shù)vr 表 表C.3.1,注：表中,當(dāng)無(wú)試驗(yàn)或缺少當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)時(shí)，第I土層水平抗力系數(shù)的比例系數(shù)mi可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：,5.2

23、.7,式中 第i土的固結(jié)不排水（快）剪內(nèi)力摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值（度）； 第i土的固結(jié)不排水（快）剪粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值(Pa); 基坑底面處位移量（mm），按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值，無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可取10。,各類土的m經(jīng)驗(yàn)值 表5.2-7,建筑樁基技術(shù)規(guī)范根據(jù)試樁結(jié)果的有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析亦給出了各種土體m值的經(jīng)驗(yàn)值，如表5.2-7所示。但這里的m值與水平位移的大小相關(guān)，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移與表中對(duì)應(yīng)的水平位移不相符時(shí)，需對(duì)m值作調(diào)整。,上海地區(qū)m值經(jīng)驗(yàn)范圍,上海市基坑工程設(shè)計(jì)規(guī)程根據(jù)上海地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各類土建議了如表3-2所示的m值范圍，可以作為軟土地區(qū)m值的參考。,5.2.7,從上述兩個(gè)規(guī)程有關(guān)m值的確定方法可以看出，不同的

24、規(guī)范或規(guī)程得到的m值的范圍可能相差較大，因此m值的確定在很大程度上依賴于當(dāng)?shù)氐墓こ探?jīng)驗(yàn)。 至此：平面豎向彈性地基梁法所需的參數(shù)、荷載、邊界加上圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本身的幾何材料參數(shù)可以算出圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、內(nèi)力及不動(dòng)鉸支座或彈性支座的反力。 回到混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002，圍護(hù)構(gòu)件（一般指排樁、地下連續(xù)墻）設(shè)計(jì)問(wèn)題可以解決,回到本規(guī)程的條文上，關(guān)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一些具體規(guī)定：,5.2.8-1、2、3、4 5.2.9 5.2.10 5.2.11 5.2.12,5.3 豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),看本節(jié)的第一條條款的規(guī)定 5.3.1 當(dāng)設(shè)計(jì)地下結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件時(shí)，在施工與使用的不同階段應(yīng)采用與其受力狀態(tài)相符的

25、計(jì)算模型及相應(yīng)的荷載值進(jìn)行內(nèi)力分析和截面驗(yàn)算。當(dāng)存在疊合構(gòu)件時(shí)，尚應(yīng)考慮二次疊合施工方法對(duì)構(gòu)件承載力和構(gòu)件變形的影響。 5.3.2 地下結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件，宜選用鋼管混凝土柱、型鋼混凝土組合柱或鋼筋混凝土柱。 5.3.36條 都是一些構(gòu)造要求，結(jié)合條文說(shuō)明，清楚也容易理解及實(shí)行。,5.4 水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),看本節(jié)的第一條條款的規(guī)定 5.4.1逆作法施工的水平結(jié)構(gòu)是指與圍護(hù)結(jié)構(gòu)相連的地下室樓板。由于水平構(gòu)件傳遞地下室側(cè)邊的土壓力，因此要求其具有足夠的強(qiáng)度、剛度，并應(yīng)滿足建筑各階段的功能要求。 5.4.2 地下結(jié)構(gòu)樓板宜采用梁板式或格梁式，當(dāng)有可靠措施時(shí)也可采用整體裝配式 5.4.3、4、5、7條 都

26、是一些構(gòu)造要求，結(jié)合條文說(shuō)明也容易理解及實(shí)行。 5.4.6 采用半逆作法施工時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)采用考慮梁軸向變形的計(jì)算模型進(jìn)行相關(guān)的內(nèi)力分析。當(dāng)有疊合構(gòu)件時(shí)應(yīng)按疊合構(gòu)件的計(jì)算原則進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。,再回頭看看5.1節(jié)第6條第3款的條文,5.1.6-3 支撐體系和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形宜采用空間作用的整體分析方法。當(dāng)施工與使用階段構(gòu)件的使用條件變化時(shí)，應(yīng)按最不利情況驗(yàn)算。 這水平和豎向結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，必須按照逆作法施工與使用各階段，與逆作法圍護(hù)結(jié)構(gòu)相應(yīng)的工況，分別求出其內(nèi)力變形并進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算。 水平、豎向結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)空間的結(jié)構(gòu)，每一步的求解當(dāng)然應(yīng)該采用5.1.6-3規(guī)定的空間的整體分析方法。 水平結(jié)構(gòu)

27、，全逆作法就是結(jié)構(gòu)地下部分的梁板體系，半逆作法就只有梁系，還需要疊合；而豎向結(jié)構(gòu)就基本上只有鋼骨或芯柱，都需要疊合施工及驗(yàn)算的。,回到5.1第5條 荷載的規(guī)定,在5.1.5條 列舉了水平的、豎向的需要考慮的荷載 一般內(nèi)支撐的空間結(jié)構(gòu)計(jì)算不考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度貢獻(xiàn)，分析就變得相對(duì)簡(jiǎn)單了；把圍護(hù)結(jié)構(gòu)由平面豎向彈性地基梁法（m法）分析得到的鉸接或彈性支座的反力作用在內(nèi)支撐的空間結(jié)構(gòu)的邊梁上，采用一般的空間作用的有限元法即可求得各支撐構(gòu)件，包括豎向構(gòu)件的內(nèi)力和位移。,5.4-8 空間有限元內(nèi)支撐體系的分析方法,一、空間桿系-內(nèi)水平支撐只有鋼筋混凝土梁 半逆作法時(shí)內(nèi)水平支撐只有鋼筋混凝土梁，形成桿系結(jié)構(gòu)的

28、水平支撐系統(tǒng)，包括地下樓蓋梁系及圍檁（邊梁），豎向是鋼骨或芯柱，可以采用空間桿系有限元法對(duì)其內(nèi)力和變形進(jìn)行分析。 此時(shí)水平支撐形成一個(gè)的封閉自平衡體系，平面復(fù)雜時(shí)，添加在圍檁上的土壓力不平衡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生剛體位移，結(jié)構(gòu)分析是應(yīng)該添加適當(dāng)?shù)募s束，以限制整個(gè)結(jié)構(gòu)的剛體位移。一般方法：在結(jié)構(gòu)上施加不相交于一點(diǎn)的三個(gè)約束連桿，形成靜定的約束結(jié)構(gòu)，保證分析得到的結(jié)果與不加約束是一致的。 采用普通空間桿系有限元程序就可以分析，采用PKPM的SATWE或TAT就可以分析。采用大型有限元程序當(dāng)然也可以。,5.4-8a,在采用m法需要先確定的支撐的彈性剛度，對(duì)于復(fù)雜的內(nèi)撐體系，難于直觀利用前面介紹的公式（5.2.3

29、-12）計(jì)算，利用空間桿系有限元程序，可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的方法求得：在水平支撐的圍檁上施加于圍檁垂直的單位分布荷載p=1kN/m，求得圍檁上各節(jié)點(diǎn)的平均位移，則彈性支座的剛度為: (5.4.1-1),5.4-8b,二、內(nèi)水平撐：梁板支撐體系 一般逆作法，都利用地下結(jié)構(gòu)的梁板體系作為基坑的內(nèi)支撐，此時(shí)水平支撐體系的受力分析必須考慮梁板的共同作用，根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)形式建立起，考慮圍檁、主梁、次梁、樓板和立柱（需要二次成型的鋼骨、鋼管柱或混凝土芯柱）及留出取土口或順作空間的實(shí)際的有限元模型。 一般的大型通用有限元程序如ANSYS、SAP2000、MADIS、ABQUS等均能完成這種分析。,5.4-8c,這里

30、采用ANSYS舉例說(shuō)明一下需要注意的事項(xiàng)：主體結(jié)構(gòu)的主梁、次梁要采用可以考慮軸向變形的彈性梁?jiǎn)卧ˋNSYS中BEAM188號(hào)單元）。鋼筋混凝土樓板采用三維板單元（ANSYS中SHELL63號(hào)單元），該單元既有彎曲能力又有膜力，可以承受平面內(nèi)的荷載和法向荷載。 在分析模型中要做耦合處理，使梁元與板元在交界面上共用節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)調(diào)有效傳遞內(nèi)力，變形的協(xié)調(diào)就不一定要求。 這樣結(jié)構(gòu)分析模型，除圍護(hù)墻（排樁）外，梁（圍檁）、板、柱均按照實(shí)際的尺寸、厚度建模計(jì)算。,5.4-8d,有板單元參與同樣水平支撐也形成自平衡的封閉體系，平面復(fù)雜時(shí)往往四周的圍護(hù)傳來(lái)的水平荷載分布我們加上后不對(duì)稱，求解時(shí)要設(shè)置必要的邊界

31、條件以限制模型在水平面內(nèi)的剛體運(yùn)動(dòng)。 有三種邊界條件處理方法： （1）在位移較小角部設(shè)置固定支座； （2）在模型周邊加法向彈簧，彈簧剛度難確定，需要經(jīng)驗(yàn)； （3）在模型周邊加切向彈簧，基坑邊變形切向位移比法向要小得多，此法更合理。切向彈簧剛度Kt有文獻(xiàn)提出簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。 （5.4.1-2）,式中,b計(jì)算寬度（m）； h計(jì)算高度（m）； fs土與圍護(hù)間的側(cè)摩阻力（kPa），可參考灌注樁的側(cè)摩阻力取值； d側(cè)摩阻力達(dá)到最大值時(shí)的位移（mm）。 約束的數(shù)目也需要經(jīng)驗(yàn)，太少?zèng)]有效果，多了也與實(shí)際不符，水平構(gòu)件計(jì)算內(nèi)力會(huì)偏小，又不安全。 沒(méi)有約束剛體位移，或約束少了，會(huì)出現(xiàn)在圍檁上加上的土壓力，不平衡

32、部分轉(zhuǎn)由立柱來(lái)承受，這也不合理。,5.4.8-2,逆作法設(shè)計(jì)與普通基坑支護(hù)設(shè)計(jì)很大的不同在于，一是一般沒(méi)有拆支撐的工況，二就是立柱(豎向構(gòu)件)的疊合設(shè)計(jì)。立柱要承受水平支撐的重量，挖土運(yùn)土的重量，有時(shí)還要承受同時(shí)施工的上部結(jié)構(gòu)的幾層的重量。立柱的內(nèi)力必須求解清楚，梁板水平構(gòu)件承受面內(nèi)、面外雙向的荷載，也要分析清楚。面內(nèi)荷載同一般基坑一樣，m法求得的支座反力，均勻反作用在圍檁上即為維護(hù)結(jié)構(gòu)傳來(lái)的水平荷載。 所以規(guī)程強(qiáng)調(diào)：5.1.6-3 空間整體分析的方法。 非逆作法設(shè)計(jì)時(shí)，往往只要做水平支撐的平面內(nèi)分析，就可以達(dá)到工程需要。,5.4.9三維“m”法簡(jiǎn)介,三維“m”法繼承平面分析的思路，原理簡(jiǎn)單明

33、確，克服了傳統(tǒng)平面豎向彈性地基梁法計(jì)算模型過(guò)于簡(jiǎn)單，并且需要將圍護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐體系分開(kāi)計(jì)算的缺點(diǎn)。 建立起支護(hù)結(jié)構(gòu)的三維有限元模型，內(nèi)支撐也根據(jù)實(shí)際的構(gòu)件尺寸建立梁、板、柱有限元模型，反映真實(shí)的內(nèi)支撐剛度，可以直接計(jì)算出圍護(hù)與支撐結(jié)構(gòu)在各個(gè)開(kāi)挖施工工況下的位移、內(nèi)力。 對(duì)于空間效應(yīng)強(qiáng)的擋土結(jié)構(gòu)（如圓筒型），三維“m”法有更大的優(yōu)質(zhì)與必要性。 三維“m”思路延續(xù)平面“m”，其參數(shù)選取已經(jīng)有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)。,5.4.10考慮土與結(jié)構(gòu)共同作用的三維有限元分析法,平面及三維“m”法均沒(méi)有考慮土與結(jié)構(gòu)的共同作用，因而無(wú)法評(píng)價(jià)基坑開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響。 三維連續(xù)介質(zhì)有限元法 考慮土與結(jié)構(gòu)的共同作用三維連續(xù)介質(zhì)有

34、限元法分析應(yīng)力包括全部六個(gè)分量，土體需要三維六面體單元，圍護(hù)墻及樓板采用板單元，立柱、梁采用三維梁?jiǎn)卧獊?lái)模擬。 在分析中想要得到較好的結(jié)果需考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)與土體的接觸問(wèn)題，并采用彈塑性土體本構(gòu)關(guān)系。,5.5 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì),條文5.5.1 條文5.5.2 條文5.5.3 條文5.5.4 5.5.5 當(dāng)結(jié)構(gòu)地基采用天然地基時(shí)，施工階段采用的柱下支承樁在使用階段可不考慮其作用。 5.5.6 多樁基礎(chǔ)，并在計(jì)算各樁頂反力、筏板或承臺(tái)內(nèi)力時(shí)，不宜考慮逆作施工期間柱下樁的支承作用。 條文5.5.7 條文5.5.8,5.6 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及構(gòu)造,5.6.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定： 1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件

35、連接接頭可采用剛性接頭、鉸接接頭和不完全剛性接頭等形式。,另外兩種柔性接頭做法，下圖6.6.3-1a,剛性接頭做法,2 當(dāng)有防水要求時(shí)，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足防水要求。 1）外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和地下連續(xù)墻墻身的防水以及施工段接縫防水設(shè)計(jì)；密排樁樁間的防水設(shè)計(jì)。 2）外圍護(hù)結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)底板接縫處的防水。 3）豎向結(jié)構(gòu)在底板位置的防水。 4）水平結(jié)構(gòu)在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上連接節(jié)點(diǎn)的防水。,5.6.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定-2：,3 當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻僅作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，槽段接頭可采用柔性接頭；當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻作為主體結(jié)構(gòu)的一部分時(shí)，槽段接頭應(yīng)采用剛性接頭。 4 當(dāng)采用鋼管、型鋼或鋼管混凝土支承柱時(shí)，支承柱與地下結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件連接接頭除應(yīng)符合本節(jié)規(guī)定外，尚應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017、型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ138的相關(guān)規(guī)定。,5.6.2 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)符合下列規(guī)定：,1 地下結(jié)構(gòu)的水平構(gòu)件與地下連續(xù)墻的接頭應(yīng)符合下列規(guī)定： 1）當(dāng)板與地下連續(xù)墻的連接采用剛性接頭時(shí)，可采用在連續(xù)墻中預(yù)埋鋼筋或采用鋼筋機(jī)械連接的方式。當(dāng)板與地下連續(xù)墻的連接采用鉸接接頭時(shí)，可采用在連續(xù)墻中預(yù)埋鋼筋或預(yù)埋剪力鍵的連接方式，或通過(guò)邊梁與地下連續(xù)墻連接，樓板鋼筋錨入邊梁，邊梁與地下連續(xù)墻內(nèi)的預(yù)埋鋼筋連