悬臂支护结构设计计算书.docx

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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》

-、参数信息

1'基本参数

0.36

支护桩材料

工字钢）

支护桩间距ba（m）

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U（mm）

12

2、土层参数

土层类型

土厚度

土重度

粘聚力

内摩擦角

饱和十軍

水土分算

h（m）

Y（kN∕m3

）

c（kPa）

0（°）

度

Ysat（kN∕

m3）

淤泥质黏

土

2.5

17.4

7.01

12.69

20

否

粉质黏土

2.5

18.7

12.92

17.71

22

否

淤泥质黏

土

4

17.4

9.03

12.37

22

否

粉质黏土

5.4

18.9

14.7

18.42

21

否

3、荷载参数

类型

何载

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

I（Rl）

作用深度

d（m）

满布荷载

3

/

/

/

/

条形局部荷

载

3.5

4

4

/

0

矩形局部荷

载

4

5

5

6

2

4、计算系数

结构重要性系数YO

1

综合分项系数YF

1.25

嵌固稳定安全系数Ke

1.2

圆弧滑动稳定安全系数

KS

1.3

cdq

二、土压力计算

土压力分布示意图

1）主动土压力系数

KaI=tan2

（45o

-©

1/2）

=tan2（45-12.69/2）=0.64

Ka2=tan2

（45°

-©

2/2）

=tan2（45-12.69/2）=0.64

Ka3=tan2

（45o

-©

3/2）

=tan2（45-17.71/2）=0.534

Ka4=tan2

（45°

-©

4/2）

=tan2（45-17.71/2）=0.534

Ka5=tan2

（45o

-©

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

1'主动土压力计算

附加荷载布置图

第1层土：

0∙0.7m

H1,=[EYOhO+刀q1]/Yi=[0+3]∕17.4=0.172ITI

Pakl上

Pakl下

=Y1（h1+H1,）Ka1-2dKaI0.5=17.4X（0.7+0.172）X0.64-2X7.01

X0.640.5=-1.505kN∕m2

第2层土：

0.7-2.5m

H2'=[刀丫仆1+Eq1]/Ysati=[12.18+3]∕20=0.759m

Pak2±

=Ysat2H2,Ka2-2c2Ka20.5=20X0.759Xθ.64-2X7.01X0.640.5=

-1.501kN∕m2

Pak2下

=Ysat2（h2+H2,）Ka2-2c2Ka20.5=20X（1.8+0.759）X0.64-2X7.0

1X0.640.5=21.539kN∕m2

第3层土：

2.5-4m

H3,=[刀丫2h2+Eq1]/YSati=[48.18+3]∕22=2.326ITl

Pak3±

=Ysat3H3,Ka3-2c3Ka30.5=22X2.326Xθ.534-2X12.92Xθ.534O

.5=8.443kN∕m2

Pak3下

第4层土：

4∙5m

H4,=[EY3h3+Xq1+Eq1b1∕（b1+2a1）]/YSati=[81.18+3+1.167]

∕22=3.879m

Pak4上

=Ysat4H4,Ka4-2c4Ka40.5=22X3.879Xθ.534-2X12.92Xθ.534O.5=26.688kN∕m2

Pak4下

=Ysat4（h4+H4,）Ka4-2c4Ka40.5=22X（1+3.879）Xθ.534-2X12.92X0.5340.5=38.436kN∕m2

第5层土：

5-7m

H5,=[EY4h4+Eq1+Eq1b1∕（b1+2a1）]/YSati=[103.18+3+1.167

]∕22=4.879m

Pak5±=Ysat5H5,Ka5-2c5Ka50.5=22X4.879Xθ.647-2X9.03Xθ.647O.

5=54.921kN∕m2

Pak5下

第6层土：

7-9m

H6,=[EY5h5+Xq1+Eq1b1/（b1+2a1）+刀q1b111∕（（b1+2a1）（11+2

al）]/YSati=[147.18+3+1.167+0.5]∕22=6.902m

Pak6上

=Ysat6H6,Ka6-2c6Ka60.5=22X6.902X0.647-2X9.03X0.6470.

5=83.716kN∕m2

Pak6下

=Ysat6（h6+H6,）Ka6-2c6Ka60.5=22X（2+6.902）X0.647-2X9.03

X0.6470.5=112.184kN∕m2

3）水平荷载

临界深度:

ZO=Pak2下h2∕（Pak2上+Pak2

T）=21.539X1.8/（1.501+21.539）=1.683m

第1层土

Eak仁OkN；

第2层土

Eak2=0.5Pak2下ZOba=O.5X21.539X1.683X0.36=6.525kN;

aa2=Z0∕3+Eh3=1.683/3+6.5=7.061m；

第3层土

Eak3=h3（Pa3上+Pa3

下）ba∕2=1.5X（8.443+26.065）X0.36/2=9.317kN;

aa3=h3（2Pa3上+Pa3下）∕（3Pa3上+3Pa3

下）+刀h4=1.5X（2X8.443+26.065）/（3X8.443+3X26.065）+5=5.

622ITl

第4层土

Eak4=h4（Pa4上+Pa4

下）ba∕2=1X（26.688+38.436）X0.36/2=11.722kN;

aa4=h4（2Pa4_h+Pa4下）∕（3Pa4上+3Pa4

下）+刀h5=1X（2X26.688+38.436）/（3X26.688+3X38.436）+4=4.

47m

第5层土

Eak5=h5（Pa5上+Pa5

T）ba∕2=2X（54.921+83.389）X0.36∕2=49.792kN;

aa5=h5（2Pa5上+Pa5下）∕（3Pa5上+3Pa5

下）+刀h6=2X（2X54.921+83.389）/（3X54.921+3X83.389）+2=2.

931ITl

第6层土

Eak6=h6（Pa6上+Pa6

T）ba∕2=2X（83.716+112.184）X0.36∕2=70.524kN；

aa6=h6（2Pa6上+Pa6下）∕（3Pa6上+3Pa6

下）=2X（2X83.716+112.184）/（3X83.716+3X112.184）=0.952m；

土压力合力:

Eak=XEaki=O÷6.525+9.317+11.722+49.792+70.524=147.88kN

合力作用点：

aa=

艺（aaiEaki）∕Eak=（0X0+7.061X6.525+5.622X9.317+4.47X11.

722+2.931X49.792+0.952X70.524）/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）=tan2（45+17.71/2）=1.874

O

Kp2=tan2°S5+©2/2）=tan2（45+17.71/2）=1.874

Kp3=tan2°（A5+®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,=[EYOhO]/Yi=[0]∕18.7=0m

PPkI上

=Y1H1,Kp1+2c1Kp10.5=18.7XOX1.874+2X12.92X1.874

0.5=35.373kN∕m2

PPkl下

=Y1（h1+H1,）Kp1+2c1KPl0.5=18.7X（1+0）X1.874+2X12.92X1.8740.5=70.417kN∕m2

第2层土：

3.7-5m

H2,=[EY1h1]/YSati=[18.7]∕22=0.85m

Ppk2上

=Ysat2H2,Kp2+2c2Kp20.5=22X0.85X1.874+2X12.92X1.8740.

5=70.417kN∕m2

Ppk2下

=Ysat2（h2+H2,）Kp2+2c2Kp20.5=22X（1.3+0.85）X1.874+2X12.

92X1.8740.5=124.014kN∕m2

第3层土：

5-9m

H3,=[EY2h2]/YSati=[47.3]∕22=2.15m

Ppk3±

=Ysat3H3,Kp3+2c3Kp30.5=22X2.15X1.545+2X9.03X1.5450.5=95.527kN∕m2

Ppk3下

=Ysat3（h3+H3,）Kp3+2c3Kp30.5=22X（4+2.15）X1.545+2X9.03

X1.5450.5=231.487kN∕m2

3）水平荷载

第1层土

EPk仁bah1（PPl上+Pp1

下）/2=0.36X1X（35.373+70.417）/2=19.042kN;

apth1（2Pp1上+Pp1下）/（3PPl上+3Pp1

下）+刀h2=lX（2X35.373+70.417）/（3X35.373+3X70.417）+5.3

5.745m；

第2层土

Epk2=bah2（Pp2上+Pp2

下）/2=0.36X1.3X（70.417+124.014）∕2=45.497kN;ap2=h2（2Pp2±+Pp2下）∕（3Pp2上+3Pp2

下）+刀h3=1.3X（2X70.417+124.014）/（3X70.417+3X124.014）4=4.59m；

第3层土

Epk3=bah3（Pp3上+Pp3

下）/2=0.36X4X（95.527+231.487）∕2=235.45kN;

ap3=h3（2Pp3±+Pp3下）∕（3Pp3上+3Pp3

下）=4X（2X95.527+231.487）/（3X95.527+3X231.487）=1.723

ITl

■

土压力合力：

EPk=艺EPki=I9.042+45.497+235.45=299.989kN;

合力作用点：

ap=

艺（apiEpki）∕Epk=（5.745X19.042+4.59X45.497+1.723X

235.45）/299.989=2.413m；

3、基坑内侧土反力计算1）主动土压力系数

Kal=ta

—C

（45o

.©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,=[EY0h0]/Yi=[0]∕18.7=Om

PSkl上

=（0.2©12-©1+c1）Ehθ（1-Ehθ∕ld）u/ub+Y1H1'Ka1=（0.2X17

.712-17.71+12.92）XOX（1-0/6.3）X0.012/0.012+18.7XOX0.534=0kN∕m2

PSkl下

=（0.2©12-©1+c1）Eh1（1-Eh1/Id）U∕ub+Y1（h1+H1,）Ka1=（0.

2X17.712-17.71+12.92）XIX（1-1/6.3）X0.012/0.012+18.7

X（0+1）X0.534=58.728kN∕m2

第2层土：

3.7-5m

H2,=[EY1h1]/YSati=[18.7]∕22=0.85ITl

Psk2±

=（0.2©22-©2+c2）Ehl（1-Eh1∕ld）u/ub+Ysat2H2,Ka2=（0.2

X17.712-17.71+12.92）XIX（1-1/6.3）X0.012/0.012+22X0.85

X0.534=58.728kN∕m2

Psk2下

=（0.2©22-©2+c2）Eh2（1-Eh2∕ld）u/ub+Ysat2（h2+H2,）Ka2=

（0.2X17.712-17.71+12.92）X2.3X（1-2.3/6.3）X0.012/0.012+

22X（0.85+1.3）X0.534=109.867kN∕m2

第3层土：

5-9m

H3,=[EY2h2]/YSati=[47.3]∕22=2.15m

Psk3±

=（0.2©32-©3+c3）Eh2（1-Eh2∕ld）u/ub+Ysat3H3,Ka3=（0.2

X12.372-12.37+9.03）X2.3X（1-2.3/6.3）X0.012/0.012+22

X2.15X0.647=70.416kN∕m2

Psk3下

=（0.2©32-©3+c3）Eh3（1-Eh3∕ld）u/ub+Ysat3（h3+H3,）Ka3=

（0.2X12.372-12.37+9.03）X6.3X（1-6.3/6.3）X0.012/0.012+2

2X（2.15+4）X0.647=87.539kN∕m2

3）水平荷载

第1层土

PSk仁bθh1（PSl上+Ps1

下）∕2=0.36X1X（0+58.728）/2=10.571kN;

as仁h1（2Ps1上+Ps1下）/（3PSI上+3Ps1

下）+刀h2=lX（2X0+58.728）/（3X0+3X58.728）+5.3=5.633m

第2层土

Psk2=b0h2（Ps2±+Ps2

下）/2=0.36X1.3X（58.728+109.867）/2=39.451kN;

as2=h2（2Ps2上+Ps2下）∕（3Ps2上+3Ps2

下）+刀h3=1.3X（2X58.728+109.867）/（3X58.728+3X109.867）+4=4.584m；

第3层土

Psk3=b0h3（Ps3±+Ps3

下）/2=0.36X4X（70.416+87.539）/2=113.728kN;

as3=h3（2Ps3上+Ps3下）∕（3Ps3上+3Ps3

下）=4X（2X70.416+87.539）/（3X70.416+3X87.539）=1.928ITl土压

力合力：

PPk=艺PPki=I0.571+39.451+113.728=163.75kN

合力作用点:

2・整体滑动稳定性验算

as=

艺（asiPski）∕Ppk=（5.633X10.571+4.584X39.451+1.928X113.728）/163.75=2.807m;

PSk=I63.75kN

满足要求！

三、稳定性验算

1'嵌固稳定性验算

EPkaPI/（Eakaal）=299.989X2.413/（147.88X2.461）=1.989>Ke=1.2

满足要求！

Oiqj

圆弧滑动条分法示意图

KSi

=E{cjlj+[（qjbj+△Gj）COS6卜卩jlj]tan©j}∕E（qjbj+△Gj）Si

n6

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）;

6j—第j土条滑弧面中点处的法线与垂直面的夹角（0）;Ij——第j

土条的滑弧段长度（m）,取Ij=bj/cos6j;

qj一一作用在第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Uj二丫WhWaj,在基坑内侧，可取Uj二丫WhWPj；滑弧面在地下水位以上或对地下水位以下的粘性土，取Uj=0；

YW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{KSl,Ks2，，Ksi,}=1.57>Ks=1.3

满足要求！

四、结构计算

1'材料参数

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

T（N∕mm2）

125

材料截面塑性发展系数

Y

1.05

2＞支护桩的受力简图

70-52kN

49.79kN

11;7：

EkN

■

■

93

V

4

f

∖F

引

J

a

L

2

■

计算简图

Mk=84.065kN.m

27.726

27,72£

£520,53

11nC4

尿∙004鯛

OH

nJ

Z2.O&4

剪力图（kN）

Vk=86.004kN

3、强度设计值确定

M=YOYFMk=IX1.25X84.065=105.081kN∙m

V=YOYFVk=IX1.25X86.004=107.505kN

材料的强度计算

（Tmax=M∕（YW）=I05.081X106/（1.05X692.2X103）=144.578N∕mm

2W[f]=205N∕mm2

满足要求！

S=bh2∕8-（（b-tw）（h∕2-t）2）/2=130X3202/8-（（130-9.5）（320/2-1

5）2）∕2=397244mm3

Tmax=VS∕lt=107.505X397244X103/（11075.5X104X15）=25.70

6N∕mm告[f]=125N∕mm2

满足要求!