悬臂支护结构设计计算书.docx

1、悬臂支护结构设计计算书悬臂支护结构设计计算书 计算依据： 1、建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012 2、建筑施工计算手册江正荣编著 3、实用土木工程手册第三版杨文渊编著 4、施工现场设施安全设计计算手册谢建民编著 5、土力学与地基基础 一、参数信息 1、基本参数支护桩材料钢桩（32a工字钢）支护桩间距ba(m)0.36支护桩嵌入土深度ld(m)6.3基坑开挖深度h(m)2.7基坑外侧水位深度ha(m)0.7基坑内侧水位深度hp(m)1支护桩在坑底处的水平位移量(mm)12 2、土层参数土层类型土厚度h(m)土重度(kN/m3)粘聚力c(kPa)内摩擦角()饱和土重度sat(kN/m3)水

2、土分算淤泥质黏土2.517.47.0112.6920否粉质黏土2.518.712.9217.7122否淤泥质黏土417.49.0312.3722否粉质黏土5.418.914.718.4221否 3、荷载参数类型荷载q(kpa)距支护边缘的水平距离a(m)垂直基坑边的分布宽度b(m)平行基坑边的分布长度l(m)作用深度d(m)满布荷载3/条形局部荷载3.544/0矩形局部荷载45562 4、计算系数结构重要性系数01综合分项系数F1.25嵌固稳定安全系数Ke1.2圆弧滑动稳定安全系数Ks1.3 二、土压力计算土压力分布示意图附加荷载布置图 1、主动土压力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2

3、(45- 1/2）= tan2(45-12.69/2)=0.64； Ka2=tan2(45- 2/2）= tan2(45-12.69/2)=0.64； Ka3=tan2(45- 3/2）= tan2(45-17.71/2)=0.534； Ka4=tan2(45- 4/2）= tan2(45-17.71/2)=0.534； Ka5=tan2(45- 5/2）= tan2(45-12.37/2)=0.647； Ka6=tan2(45- 6/2）= tan2(45-12.37/2)=0.647； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：0-0.7m H1=0h0+q1/i=0+3/17.4=0.

4、172m Pak1上 =1H1Ka1-2c1Ka10.5=17.40.1720.64-27.010.640.5=-9.301kN/m2 Pak1下 =1(h1+H1)Ka1-2c1Ka10.5=17.4(0.7+0.172)0.64-27.010.640.5=-1.505kN/m2 第2层土：0.7-2.5m H2=1h1+q1/sati=12.18+3/20=0.759m Pak2上 =sat2H2Ka2-2c2Ka20.5=200.7590.64-27.010.640.5=-1.501kN/m2 Pak2下 =sat2(h2+H2)Ka2-2c2Ka20.5=20(1.8+0.759)0.

5、64-27.010.640.5=21.539kN/m2 第3层土：2.5-4m H3=2h2+q1/sati=48.18+3/22=2.326m Pak3上 =sat3H3Ka3-2c3Ka30.5=222.3260.534-212.920.5340.5=8.443kN/m2 Pak3下 =sat3(h3+H3)Ka3-2c3Ka30.5=22(1.5+2.326)0.534-212.920.5340.5=26.065kN/m2 第4层土：4-5m H4=3h3+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=81.18+3+1.167/22=3.879m Pak4上 =sat4H4Ka4-2c4

6、Ka40.5=223.8790.534-212.920.5340.5=26.688kN/m2 Pak4下 =sat4(h4+H4)Ka4-2c4Ka40.5=22(1+3.879)0.534-212.920.5340.5=38.436kN/m2 第5层土：5-7m H5=4h4+q1+q1b1/(b1+2a1)/sati=103.18+3+1.167/22=4.879m Pak5上 =sat5H5Ka5-2c5Ka50.5=224.8790.647-29.030.6470.5=54.921kN/m2 Pak5下 =sat5(h5+H5)Ka5-2c5Ka50.5=22(2+4.879)0.64

7、7-29.030.6470.5=83.389kN/m2 第6层土：7-9m H6=5h5+q1+q1b1/(b1+2a1)+q1b1l1/(b1+2a1)(l1+2a1)/sati=147.18+3+1.167+0.5/22=6.902m Pak6上 =sat6H6Ka6-2c6Ka60.5=226.9020.647-29.030.6470.5=83.716kN/m2 Pak6下 =sat6(h6+H6)Ka6-2c6Ka60.5=22(2+6.902)0.647-29.030.6470.5=112.184kN/m2 3）水平荷载 临界深度：Z0=Pak2下h2/(Pak2上+ Pak2下)=

8、21.5391.8/(1.501+21.539)=1.683m； 第1层土 Eak1=0kN； 第2层土 Eak2=0.5Pak2下Z0ba=0.521.5391.6830.36=6.525kN； aa2=Z0/3+h3=1.683/3+6.5=7.061m； 第3层土 Eak3=h3(Pa3上+Pa3下)ba/2=1.5(8.443+26.065)0.36/2=9.317kN； aa3=h3(2Pa3上+Pa3下)/(3Pa3上+3Pa3下)+h4=1.5(28.443+26.065)/(38.443+326.065)+5=5.622m； 第4层土 Eak4=h4(Pa4上+Pa4下)ba/

9、2=1(26.688+38.436)0.36/2=11.722kN； aa4=h4(2Pa4上+Pa4下)/(3Pa4上+3Pa4下)+h5=1(226.688+38.436)/(326.688+338.436)+4=4.47m； 第5层土 Eak5=h5(Pa5上+Pa5下)ba/2=2(54.921+83.389)0.36/2=49.792kN； aa5=h5(2Pa5上+Pa5下)/(3Pa5上+3Pa5下)+h6=2(254.921+83.389)/(354.921+383.389)+2=2.931m； 第6层土 Eak6=h6(Pa6上+Pa6下)ba/2=2(83.716+112.

10、184)0.36/2=70.524kN； aa6=h6(2Pa6上+Pa6下)/(3Pa6上+3Pa6下)=2(283.716+112.184)/(383.716+3112.184)=0.952m； 土压力合力： Eak=Eaki=0+6.525+9.317+11.722+49.792+70.524=147.88kN； 合力作用点： aa= (aaiEaki)/Eak=(00+7.0616.525+5.6229.317+4.4711.722+2.93149.792+0.95270.524)/147.88=2.461m； 2、被动土压力计算 1）被动土压力系数 Kp1=tan2(45+ 1/2）

11、= tan2(45+17.71/2)=1.874； Kp2=tan2(45+ 2/2）= tan2(45+17.71/2)=1.874； Kp3=tan2(45+ 3/2）= tan2(45+12.37/2)=1.545； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：2.7-3.7m H1=0h0/i=0/18.7=0m Ppk1上 =1H1Kp1+2c1Kp10.5=18.701.874+212.921.8740.5=35.373kN/m2 Ppk1下 =1(h1+H1)Kp1+2c1Kp10.5=18.7(1+0)1.874+212.921.8740.5=70.417kN/m2 第2层土：

12、3.7-5m H2=1h1/sati=18.7/22=0.85m Ppk2上 =sat2H2Kp2+2c2Kp20.5=220.851.874+212.921.8740.5=70.417kN/m2 Ppk2下 =sat2(h2+H2)Kp2+2c2Kp20.5=22(1.3+0.85)1.874+212.921.8740.5=124.014kN/m2 第3层土：5-9m H3=2h2/sati=47.3/22=2.15m Ppk3上 =sat3H3Kp3+2c3Kp30.5=222.151.545+29.031.5450.5=95.527kN/m2 Ppk3下 =sat3(h3+H3)Kp3+

13、2c3Kp30.5=22(4+2.15)1.545+29.031.5450.5=231.487kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Epk1=bah1(Pp1上+Pp1下)/2=0.361(35.373+70.417)/2=19.042kN； ap1=h1(2Pp1上+Pp1下)/(3Pp1上+3Pp1下)+h2=1(235.373+70.417)/(335.373+370.417)+5.3=5.745m； 第2层土 Epk2=bah2(Pp2上+Pp2下)/2=0.361.3(70.417+124.014)/2=45.497kN； ap2=h2(2Pp2上+Pp2下)/(3Pp2上+3Pp2下

14、)+h3=1.3(270.417+124.014)/(370.417+3124.014)+4=4.59m； 第3层土 Epk3=bah3(Pp3上+Pp3下)/2=0.364(95.527+231.487)/2=235.45kN； ap3=h3(2Pp3上+Pp3下)/(3Pp3上+3Pp3下)=4(295.527+231.487)/(395.527+3231.487)=1.723m； 土压力合力： Epk=Epki=19.042+45.497+235.45=299.989kN； 合力作用点： ap= (apiEpki)/Epk=(5.74519.042+4.5945.497+1.723235

15、.45)/299.989=2.413m； 3、基坑内侧土反力计算 1）主动土压力系数 Ka1=tan2(45-1/2）= tan2(45-17.71/2)=0.534； Ka2=tan2(45-2/2）= tan2(45-17.71/2)=0.534； Ka3=tan2(45-3/2）= tan2(45-12.37/2)=0.647； 2）土压力、地下水产生的水平荷载 第1层土：2.7-3.7m H1=0h0/i=0/18.7=0m Psk1上 =(0.212-1+c1)h0(1-h0/ld)/b+1H1Ka1=(0.217.712-17.71+12.92)0(1-0/6.3)0.012/0.

16、012+18.700.534=0kN/m2 Psk1下 =(0.212-1+c1)h1(1-h1/ld)/b+1(h1+H1)Ka1=(0.217.712-17.71+12.92)1(1-1/6.3)0.012/0.012+18.7(0+1)0.534=58.728kN/m2 第2层土：3.7-5m H2=1h1/sati=18.7/22=0.85m Psk2上 =(0.222-2+c2)h1(1-h1/ld)/b+sat2H2Ka2=(0.217.712-17.71+12.92)1(1-1/6.3)0.012/0.012+220.850.534=58.728kN/m2 Psk2下 =(0.2

17、22-2+c2)h2(1-h2/ld)/b+sat2(h2+H2)Ka2=(0.217.712-17.71+12.92)2.3(1-2.3/6.3)0.012/0.012+22(0.85+1.3)0.534=109.867kN/m2 第3层土：5-9m H3=2h2/sati=47.3/22=2.15m Psk3上 =(0.232-3+c3)h2(1-h2/ld)/b+sat3H3Ka3=(0.212.372-12.37+9.03)2.3(1-2.3/6.3)0.012/0.012+222.150.647=70.416kN/m2 Psk3下 =(0.232-3+c3)h3(1-h3/ld)/b

18、+sat3(h3+H3)Ka3=(0.212.372-12.37+9.03)6.3(1-6.3/6.3)0.012/0.012+22(2.15+4)0.647=87.539kN/m2 3）水平荷载 第1层土 Psk1=b0h1(Ps1上+Ps1下)/2=0.361(0+58.728)/2=10.571kN； as1=h1(2Ps1上+Ps1下)/(3Ps1上+3Ps1下)+h2=1(20+58.728)/(30+358.728)+5.3=5.633m； 第2层土 Psk2=b0h2(Ps2上+Ps2下)/2=0.361.3(58.728+109.867)/2=39.451kN； as2=h2(

19、2Ps2上+Ps2下)/(3Ps2上+3Ps2下)+h3=1.3(258.728+109.867)/(358.728+3109.867)+4=4.584m； 第3层土 Psk3=b0h3(Ps3上+Ps3下)/2=0.364(70.416+87.539)/2=113.728kN； as3=h3(2Ps3上+Ps3下)/(3Ps3上+3Ps3下)=4(270.416+87.539)/(370.416+387.539)=1.928m； 土压力合力： Ppk=Ppki=10.571+39.451+113.728=163.75kN； 合力作用点： as= (asiPski)/Ppk=(5.63310.

20、571+4.58439.451+1.928113.728)/163.75=2.807m； Psk=163.75kNEp=299.989kN 满足要求！ 三、稳定性验算 1、嵌固稳定性验算 Epkapl/(Eakaal)=299.9892.413/(147.882.461)=1.989Ke=1.2 满足要求！ 2、整体滑动稳定性验算圆弧滑动条分法示意图 Ksi =cjlj+(qjbj+Gj)cosj-jljtanj/(qjbj+Gj)sin cj、j 第j土条滑弧面处土的粘聚力(kPa)、内摩擦角()； bj第j土条的宽度(m)； j第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角()； lj第j土条的

21、滑弧段长度(m)，取ljbj/cosj； qj作用在第j土条上的附加分布荷载标准值(kPa) ； Gj第j土条的自重(kN)，按天然重度计算； uj第j土条在滑弧面上的孔隙水压力(kPa)，采用落底式截水帷幕时，对地下水位以下的砂土、碎石土、粉土，在基坑外侧，可取ujwhwaj，在基坑内侧，可取ujwhwpj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取uj0； w地下水重度(kN/m3)； hwaj基坑外侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； hwpj基坑内侧第j土条滑弧面中点的压力水头(m)； min Ks1 ，Ks2 ，Ksi，=1.57Ks=1.3 满足要求！ 四、结构计算 1、材

22、料参数钢桩类型工字钢钢桩型号32a号工字钢钢材的惯性矩I(cm4)11075.5钢材的截面抵抗矩W(cm3)692.2钢材的弹性模量E(N/mm2)20600钢材的抗弯强度设计值f(N/mm2)205钢材的抗剪强度设计值(N/mm2)125材料截面塑性发展系数1.05 2、支护桩的受力简图 计算简图 弯矩图(kNm) Mk=84.065kN.m 剪力图(kN) Vk=86.004kN 3、强度设计值确定 M=0 F Mk=11.2584.065=105.081kNm V=0 F Vk=11.2586.004=107.505kN 4、材料的强度计算 max=M/(W)=105.081106/(1.05692.2103)=144.578N/mm2f=205N/mm2 满足要求！ S=bh2/8-(b-tw)(h/2-t)2)/2=1303202/8-(130-9.5)(320/2-15)2)/2=397244mm3 max=VS/It=107.505397244103/(11075.510415)=25.706N/mm2f=125N/mm2 满足要求！