基坑工程格構(gòu)式鋼立柱的快速三維設(shè)計方法及工程應(yīng)用

1、基坑工程格構(gòu)式鋼立柱的快速三維設(shè)計方法及工程應(yīng)用摘要：格構(gòu)式鋼立柱在基坑圍護設(shè)計中應(yīng)用非常廣泛，但是常規(guī)的驗算方法是 將格構(gòu)式鋼立柱作為偏心受壓構(gòu)件逐一設(shè)計，效率低下。本文針對中央金座二期 項目，介紹了基坑圍護工程的設(shè)計方案，通過該項目總結(jié)了將鋼立柱作為軸心受 壓構(gòu)件設(shè)計驗算的方法，并對常用規(guī)格進行了產(chǎn)品化的歸納總結(jié)，從而通過快 速查表獲取滿足受力條件的格構(gòu)式鋼立柱的類型，再通過經(jīng)驗判斷選取其中一個 品種。利用Revit建立格構(gòu)式鋼立柱的參數(shù)化三維設(shè)計圖庫，從設(shè)計圖庫中調(diào)取 所需鋼立柱，并快速統(tǒng)計工程量，提高工作效率。關(guān)鍵詞：基坑工程；格構(gòu)式鋼立柱；快速設(shè)計；參數(shù)化一、工程概況（1）主體建筑根

2、據(jù)建筑規(guī)劃總圖的平面布局，擬建的中央金座H期規(guī)劃總用地面積 24296m2，總建筑面積為約17945 m2，其中地上建筑面積約70652 m2，地下建 筑面積約37292 m2。地上由2幢15層的寫字樓和5層的裙樓組成，通設(shè)2層地 下室。地下室部分為框架結(jié)構(gòu)體系，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)。（2）基坑概況本工程通設(shè)二層地下車庫，0.00相當(dāng)于國家高程1889.60m，場地標(biāo)高約為0.00 （相對標(biāo)高），底板面標(biāo)高-10.00，坑底標(biāo)高-11.30，基坑面積約為15000m2, 基坑開挖深度為11.3m?；庸こ淘O(shè)計安全等級為一級。（3）周邊環(huán)境本工程位于滇池路與廣福路交叉路口的西北地塊。根據(jù)業(yè)主提供資料

3、和現(xiàn)場 踏勘，周邊環(huán)境條件如下：東側(cè)：基坑邊線距離用地紅線約5m，紅線外10m為已建成的中央金座I期;南側(cè)：基坑邊線距離用地紅線約19m，紅線外為滇池路；西側(cè)：基坑邊線距離用地紅線約5m，紅線外為廣福路；北側(cè)：基坑邊線距離用地紅線約5m，紅線外5m為隆居花園小區(qū)，距離紅線 最近約2m；詳見周邊環(huán)境示意圖。業(yè)主同意在是施工前進行詳細(xì)的周邊建筑及環(huán)境調(diào)查。圖1-1周邊環(huán)境示意圖（4）地層參數(shù)表1-1基坑支護設(shè)計土層參數(shù)注：c、小值為勘察報告建議經(jīng)驗取值。二、基坑支護結(jié)構(gòu)方案簡介根據(jù)本工程的基坑深度、地質(zhì)條件等，綜合考慮安全性和經(jīng)濟性要求，設(shè)計采用順作法 板式支護體系。設(shè)計采用鉆孔灌注樁+素混凝土咬

4、合樁止水+二道混凝土支撐+格構(gòu)鋼立柱的 支護體系。2.1水平支撐混凝土內(nèi)支撐體系形式為雙圓環(huán)+對撐。第一道支撐中心標(biāo)高為-2.000，主環(huán)截面為1800 x800mm，支撐截面為700 x700mm，圍檁截面為1100 x800mm,支撐間距約10m。第二道支撐中心標(biāo)高為-7.300,主環(huán)截面為1900 x800mm，支撐截面為800 x800mm，圍 檁截面為1300 x800mm,支撐間距約10m。支撐系統(tǒng)臨時鋼立柱采用4根L140X14角鋼為主肢的格構(gòu)柱，立柱間距約12m，截面為 500 mmx500 mm。鋼立柱下設(shè)置鉆孔灌注樁（立柱樁），直徑800mm，立柱樁長度為16m， 樁頂標(biāo)高

5、為坑底標(biāo)高，樁端持力層位于7# 土層。立柱樁采用全籠配筋。格構(gòu)柱插入立柱灌注 樁，插入深度2.5m。鋼格構(gòu)立柱在穿越底板的范圍內(nèi)需要設(shè)置止水片。2.2施工棧橋為了方便土方開挖和材料的運輸，考慮在基坑中間搭設(shè)一座寬10m的施工棧橋，為挖土 施工創(chuàng)造有利條件。棧橋考慮均布荷載35kN/m2,或集中荷載800kN，適合60t挖土卡車開 行。棧橋主梁900 x1200mm，次梁800 x1000mm，棧橋面板厚度300mm。棧橋下立柱間距 67m。鋼立柱采用4根L140 x14角鋼為主肢的格構(gòu)柱，截面為550mmx550mm，鋼立柱下設(shè) 置鉆孔灌注樁（立柱樁），立柱樁長度18m，直徑900mm。樁頂標(biāo)

6、高為坑底標(biāo)高，樁端持力 層位于9#土層，立柱樁全籠配筋。格構(gòu)柱插入灌注樁3.0m。三、立柱快速設(shè)計法本節(jié)提供了一種立柱的快速設(shè)計方法。3.1適用范圍基坑工程鋼立柱（四角鋼加綴板形成的格構(gòu)式立柱）。3.2設(shè)計原理規(guī)范中的立柱設(shè)計的方法是按照偏心受壓桿件驗算的。偏心荷載存在著工程各異性，不 利于歸納總結(jié)進行快速設(shè)計，只能針對實際工程進行驗算。本節(jié)提供一種快速立柱設(shè)計方法： 按照軸心受壓構(gòu)件設(shè)計驗算1，并將常用規(guī)格立柱的承載力列表以供查用。如遇實際工程存 在特殊偏心荷載，只需另做附加驗算。軸向力按下式取用3.3表格匯總3.4表格說明（1）表格中計算承載力均按照Q235鋼材設(shè)計。由于軸心受壓的格構(gòu)柱整

7、體穩(wěn)定性起控 制作用，宜選用低強度鋼材。（5）若實際工程對格構(gòu)柱的換算長細(xì)比有限制，可改變綴板間距。一般地，綴板間距 由當(dāng)前800mm減小為600mm，長細(xì)比可減小35。四、基于Revit的參數(shù)化設(shè)計圖庫應(yīng)用4.1格構(gòu)式鋼立柱的參數(shù)化三維設(shè)計圖庫構(gòu)建本節(jié)利用Revit三維設(shè)計軟件建立格構(gòu)式鋼立柱的參數(shù)化設(shè)計圖庫。參數(shù)化設(shè)計的模型可 以通過邏輯關(guān)系自動修改，改變其中任意數(shù)據(jù)即可形成一個新的實例。本文創(chuàng)建的參數(shù)化族 庫是帶有計算信息的“結(jié)構(gòu)柱”，下圖即為綴板式格構(gòu)柱的參數(shù)化模型及參數(shù)。其中角鋼可以 任意調(diào)用鋼柱庫中L型鋼。4.2設(shè)計圖庫調(diào)用通過第三節(jié)立柱的快速設(shè)計方法，計算出鋼立柱的截面尺寸，然后

8、進入revit建立的鋼立 柱設(shè)計圖庫，如原圖庫中已有的類型則可以直接調(diào)用。如新建類型，則首先在設(shè)計圖庫中新 增一個類型，只需要簡單設(shè)置綴板的高、寬、厚，選擇角鋼類型，輸入格構(gòu)柱組合截面的長、 寬即可生成所需要的鋼立柱，載入項目使用。五、立柱快速設(shè)計方法的工程應(yīng)用本工程立柱設(shè)計應(yīng)用上述方法如下。六、結(jié)論本文提出的格構(gòu)式鋼立柱快速設(shè)計方法是在調(diào)研總結(jié)各種格構(gòu)式立柱的設(shè)計理論后提出 的。常規(guī)方法試立柱為偏心構(gòu)件，計算復(fù)雜，效率低下。本文運用該快速設(shè)計方法，對基坑 工程普遍使用規(guī)格的立柱承載力等特性進行計算并將其匯總為表格，以方便查用。具有較高 的工程設(shè)計實用價值。本文還提供了利用Revit三維設(shè)計軟件建立格構(gòu)式鋼立柱的參數(shù)化設(shè) 計圖庫，在計算選定立柱截面后，進入圖庫調(diào)取或是通過