中日基坑钢结构支撑体系对比
白洁'，葛杰'，雷克²
2.中国建筑第八工程局有限公司总承包公司，上海200120） （1.中国建筑第八工程局有限公司工程研究院，上海200122；
[摘要]钢结构支撑具有绿色环保、可重复利用、能快速形成刚度等优点，并可通过与液压千斤顶配套使用对支撑施加并实时调整预压力.我国虽然对基坑钢结构支撑的研究与应用开始较早，然面由于政策导向、材料与人力资 源成本的原因，钢结构支撑并未得到大规模推广应用，面基坑钢结构支撑在日本已发展为主要的基坑支撑形式.通过对比我国与日本的钢结构支撑体系设计方法，明确了两国设计方法的异同，为进一步研究与推进钢结构支撑体系在我国的应用提供了参考.
[关键词]基坑：支撑：钢结构支撑：设计
[中图分类号】TU753 [文献标识码]A
[文章编号]1002-8498（2016）01-0010-04
Comparison ofSteel Structure System Between Japan and China
Bai Jie' Ge Jie' Lei Ke
(1.Engineering Rerch Itite Chin Construction Eighah Enginering Diision Co. Lad. Shanghai200122 Chinμ2. General Conrscting Compny Chine Contructin Eighth Enginering Dirion Co. Ld. Shanghai 200120 China)
Abstract:As a prefabricated system steel structure system is environmentally friendly and can form rigidity quickly pared to reinforced concrete structure system. Moreover jack can provide measurableand adjustable pression on steel structure system increasing its rigidity. Despite the early researchand application in China steel structure system only covers a small proportion of the market due topolicies cost ofmaterial and labor.However stel structure system has been eveloped as a major type of structure system in Japan. By paring the design method of steel structure system between Japan andChina this paper provides valuable reference for further development of steel structure system in China.
Key wordsfoundation excavation; supports; steel supports; design
平型钢支撑、型钢立柱以及钢腰梁组成的基坑内支结构支撑体系两种.传统的钢筋混凝土支撑体系保持基坑稳定、防止土体松动、防止围护结构倾斜、 基坑支撑系统包括钢筋混凝土支撑体系和钢撑结构体系，用以承受围护墙体所传递的荷载，对需要较长的制作和养护时间，制作后不能立即发挥位移以及对周边环境的保护等都起着重要作用.支撑作用；拆除混凝土支撑的工作量大、粉尘污染与钢筋混凝土支撑体系相比，基坑钢支撑体系具有如下优点：①自重轻、安装和拆除方便：②施工速度快、可以重复利用：③安装后能立即发挥支撑作用，有效；④可通过千斤顶施加预压力，实时监控并调节支撑力.
1基坑钢支撑结构体系简介
严重、振动大、噪声大，且材料不能重复使用，不符合目前绿色施工的要求.地下钢支撑系统可以很此，钢结构支撑体系可通过液压千斤顶施加预压力，实时监控并调节支撑力，实现基坑位移的严格控制，以满足基坑周边地铁、重要管线等对基坑开挖环境效应的严苛要求.
常见的基坑钢支撑体系有型钢支撑和钢管支撑两种，如图1所示.
2国内基坑钢支撑体系应用现状
地下钢支撑体系是基坑支护体系的一种，由水
我国于2011年1月出版了图集《建筑基坑支护结构构造》11SC814，该图集给出了钢支撑系统常用的技术参数与节点构造；于1999年9月出版并于
图1基坑钢支撑体系Fig.1Steel support system in foundation excavation
2012年修订了行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2012，该标准给出了钢支撑系统的设计计算方法.
型案例为1998年获得北京市科技进步三等奖的北 国内较早成功应用基坑钢结构支撑体系的典京国贸二期项目.该项目基坑东西长约256m，南北宽约51m，开挖深度18.6m，设3层水平支撑.第1，2层为钢支撑（分别位于-2.500，-8.000m），在 -2.500m处设钢筋混凝土冠梁，在-8.000m处设型钢腰梁，支撑间距8m.基坑中间设置3排钢立柱.立柱侧面设牛腿支承钢支撑；钢支撑之间以纵向系杆连接，以保证钢支撑的整体性.钢支撑、立柱、纵向系杆交接处用焊接角钢（L100×16）做成钢每隔8m左右布1道横撑，角部设斜撑，在基坑宽度 套箍，使之成为牢固的整体.钢支撑的布置如下：方向设3排立柱，在支撑与立柱交汇处设系杆（见图2）.
图2北京国贸二期钢支撑布置平面Fig. 2 Plan of Beijing International Center bracing
钢筋混凝土支撑由于刚度大、成本低、施工方法相对简单，占据了我国基坑支护的主要市场.钢 支撑仅在对基坑位移要求较为严格的基坑中得到较多应用，且常采用第1道支撑为钢筋混凝土支撑、第2道支撑为钢支撑的做法（见图3）.
国内钢支撑常用的材料有钢管和型钢2种.钢管多用4609钢管，型钢支撑多用H型钢，组合型钢也可作为钢支撑.钢管支撑为中心对称截面，在压 力作用下平面内外稳定性一致，因面应用最为广泛.由于钢支撑的刚度约为钢筋混凝土支撑的1/5~1/10，国内公认钢支撑的适用范围为跨度≤40m形状的规则基坑.钢支撑体系常用的平面布置形式有对撑、角撑、边桁架、边框架、圆拱形撑等.
Fig.3 Combination of stee and concrete bracing 图3钢支撑与钢筋混凝土支撑结合
一般情况下对于平面形状接近方形且尺寸不大的基坑，宜采用角撑；对于形状接近方形但尺寸较大的基坑，宜采用环形、边桁架支撑；对于长方形基坑，宜采用对撑或对撑加角撑（见图4）.钢管支撑的接头形式有焊接和螺栓连接2种，螺栓连接现场 拼装便捷、无焊接残余应力问题，因面在实际应用中较为常见（见图5）.
图4钢支撑典型平面布置Fig. 4 Plan of steel bracing
Fig.5 Bolt conneetion of pipe bracing 图5铜管支撑螺栓连接
压千斤顶配合使用，对钢支撑施加可调节的轴压 为克服钢支撑刚度小的缺点，可将钢支撑与液力，提高支撑的刚度.在对钢支撑施加预加力的基础上，我国于2000年左右开始研发基坑位移监测技术，并将两种技术相结合，形成了钢支撑轴力自动伺服系统.实现了液压千斤顶对钢支撑施加轴力的实时监测与调整.
除传统钢支撑体系外，近年来国内从韩国引进一种新型的钢支撑体系一-鱼腹梁钢支撑体系.该体系通过对鱼腹梁弦上的钢绞线施加预应力，形成了大跨度的腰梁结构，经与角撑、对撑和三角形
连接点组合，形成一个平面预应力支撑系统.其由置、角撑、对撑、立柱和牛腿等部件组成，如图6所 鱼腹梁腰梁、钢绞线、三角形连接点、预压顶紧装示.该体系最大优点是支撑占空间小，可为基坑土方开挖提供开阔的空间.
图6鱼腹梁钢支撑体系Fig.6Lenticular beam system
综上所述，地下钢支撑体系在我国的研究与应用开始较早，拥有配套的设计规范与图集，并研发 应用了配套的轴力自动伺服系统，引进了鱼腹梁钢支撑体系.然而，由于钢筋混凝土支撑刚度大、施工简单、钢材历史价格高等原因，钢筋混凝土支撑仍然是最主要的支撑形式.钢支撑系统仅在地铁、隧道、重要管线沿线等对基坑位移要求严苛的基坑 中应用较多.
3中日基坑钢支撑体系设计方法对比
3.1日本基坑钢支撑种类
根据日本的《环境基本法》、《资源有效利用促进法），日本对建筑垃圾的主导方针是尽可能不从 施工现场排出建筑垃圾.由于钢筋混凝土支撑最终需要凿除外运，形成建筑垃圾，面钢支撑为装配式结构体系，绿色环保，可重复利用，不产生建筑垃圾.因此，基坑钢支撑体系在日本得到广泛应用，是基坑支撑的主要结构形式.
日本的基坑钢支撑体系有以下几种：水平支撑体系、拉锚体系、斜撑体系与拉杆体系.其基本结构形式如图7所示.其中，水平支撑体系由型钢腰梁、双向水平支撑梁、端部斜撑、角撑和立柱组成，如图8所示.
3.2中日水平钢支撑体系设计方法对比
3.2.1设计依据对比
日本的水平钢支撑设计依据为《道路土工饭造物工指針》；中国的基坑钢支撑设计依据为《基 坑支护技术规程》JCJ120-2012和《钢结构设计规范)GB50017-2003.
3.2.2腰梁设计方法对比
日本将钢腰梁的计算模型简化为两端简支的
图7日本钢支撑体系基本结构形式
Fig. 7 The main structure of steel support in Japan
图8水平支撑体系结构组成Fig. 8 Horizontal bracing system
压弯构件，以45°端部斜撑为例，其计算跨度为l（见图9），轴压力的计人跨度如图10所示；中国将 钢腰梁的计算模型简化为连续梁，构件也按压弯构件计算，但计算跨度为相邻支撑点的中心距.
图9腰梁计算跨度
Fig.9 Calculation span of waist beam
图10腰梁轴压力计入范围Fig. 10 Compression range of waist beam
3.2.3水平支撑设计方法对比
日本将水平支撑的计算模型简化为以支撑为
支座的简支梁，按压弯构件计算.弯矩为支撑在自重以及竖向施工荷载作用下产生的，轴力为基坑侧 壁传递的压力，水平支撑计人侧向压力的范围如图11所示.
Fig.12 Calculation length of column 图12立桂计算长度
优点，并可通过与液压千斤顶配套使用对支撑施加 并实时调整预压力.我国虽然对基坑钢结构支撑的研究与应用开始较早，然而由于政策导向、材料与人力资源成本的原因，钢结构支撑并未得到大规模推广应用.相反，基坑钢结构支撑在日本已发展本的钢结构支撑体系设计方法，明确了两国设计方 为主要的基坑支撑形式.本文通过对比中国与日法的异同，为进一步研究与推进钢结构支撑体系在我国的应用提供了参考.
Fig.11 Compression range of bracing 图11水平支撑计入侧向压力范围
规则如下：①有立柱时，宜按空间框架计算：②当竖 中国也按压弯构件设计水平支撑，但模型简化向荷载较小时，可按连续梁计算，计算跨度可取相邻立柱的中心距.
日本的水平支撑绕强轴计算长度为相邻立柱间距，若无立柱，则为支撑全长；中国的水平支撑绕 强轴计算长度规则与日本相同.
参考文献：
[1]中国建筑科学研究院，建筑基坑支护技术规程：JGJ120-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.[2]中国建筑标准设计研究院，建筑基坑支护结构构造：11SC814[3]梁炜.钢结构支撑在深基坑支护中的应用[J].广东建材， [s].北京：中国建筑标准设计研究院，2011.2009 (4) ;74-76.[4]连秀艳，张增超，鱼激梁式钢支撑在基坑工程中的应用情况 [J].山西建筑 2013 39(15)：67-68.[5]北京钢铁设计研究总院，钢结构设计规范：CB50017-2003[S]北京：中国计划出版社，2003.
日本的水平支撑绕弱轴的计算长度有以下几种情况：①支撑两端均为基坑侧壁或立柱，计算长度为1；②支撑一端为基坑侧壁或立柱，另一端为垂直相交的水平支撑，计算长度为1.51；③支撑两端均 为垂直相交的水平支撑，计算长度为1.5l.
中国的水平支撑绕弱轴的计算长度规则如下：①无水平支撑交汇，取支撑实际长度：②有水平支撑杆件交汇，取与支撑相交相邻水平支撑杆中心距；③水平支撑交汇点不在同一平面，取与支撑相交的相邻水平支撑杆件中心间距的1.5倍.
住房和城乡建设部公布404项国家级工法
住房和城乡建设部近日公布2013-2014年度逆作施工工法等404项工法被确定为国家级工法. 国家级工法名单，深大基坑主楼圆形顺作裙房分区
日本的水平支撑温度荷载取值为1t℃；而中国的水平支撑温度荷载按经验取值，长度超过40m的支撑考虑10%-20%的支撑内力变化.
住房和城乡建设部2015年组织专家对有关地区和部门申报的1314项工法进行了评审，最终审定深大基坑主楼圆形顺作裙房分区逆作施工工法、支护桩作为地下室外墙施工工法、后压浆预应力空心方桩制作与施工工法等404项工法为2013-2014 年度国家级工法.
3.2.4立柱设计方法对比
方法如下：①当支撑体系按框架计算时，将立柱简 日本将立柱简化为轴压构件：中国的模型简化化为偏心受压构件：②当支撑体系水平构件按连续梁计算时，将立柱简化为轴心受压构件.
在公布2013-2014年度国家级工法名单的同时，住房和城乡建设部要求各地区、各部门高度重视工法管理工作，鼓励建筑企业及时总结施工经验，注重以工法开发提高技术创新能力，促进工法 的推广应用，不断提高我国建筑技术水平和工程质量水平.
日本的立柱计算长度如图12所示，中国的立柱计算长度规则如下：①底层立柱计算长度至基坑 底面的净高度与立柱直径或边长的5倍之和：②其他层立柱计算长度2层水平支撑间的中心距.
4结语
与传统的钢筋混凝土基坑支撑相比，钢结构支撑具有绿色环保、可重复利用、能快速形成刚度等
（摘自“中国建设报“2016-01-01）
