高层建筑施工的支撑体系选择

对于排桩、板墙式支护结构，当基坑深度较大时，为将围护墙受力合理和受力后变形控制在一定范围内，需沿围护墙竖向增设支撑点以减小跨度。如在坑内对围护墙加设支承，则称为内支撑；如在坑外对围护墙设拉支承，则称为拉锚（土锚）。

内支撑受力合理、安全可靠、易于控制围护墙的变形，但内支撑的设置给基坑内挖土和地下室结构的支模和浇筑带来一些不便，需通过换撑加以解决。用土锚拉结围护墙，坑内施工无任何阻挡，位于软土地区土锚的变形较难控制，且土锚有一定长度，在建筑物密集地区如超出红线尚需专门申请。一般情况下，在土质好的地区，如具备锚杆施工设备和技术，应发展土锚；在软土地区，为便于控制围护墙的变形，应以内支撑为主。

支护结构的内支撑体系包括腰梁（围檩）或冠梁、支撑和立柱。腰梁固定在围护墙上，将围护墙承受的侧压力传给支撑（纵横两个方向），支撑是受压构件，长度超过一定限度时稳定性不好，故中间需加设立柱。立柱下端需稳固，可利用工程桩作为立柱桩，若不能利用，应另外专门设置立柱桩。

1）内支撑类型

（1）钢支撑

钢支撑一般分为钢管支撑和型钢支撑。钢管支撑多用ϕ609钢管，有多种壁厚（10 mm、12 mm、14 mm）可供选择，壁厚大者承载能力高；也有用较小直径钢管者，如用ϕ580、ϕ406钢管等。型钢支撑多用H型钢，有多种规格以适应不同的承载力。不过作为一种工具式支撑，要考虑能适应多种情况。在纵、横向支撑的交叉部位，可用上下叠交固定，也可用专门加工的“十”字形定型接头，以便连接纵、横向支撑构件。前者纵、横向支撑不在一个平面上，整体刚度差（图2.21）；后者则在一个平面上，刚度大，受力性能好（图2.22）。

图2.21　大型深基坑钢管叠交固定

图2.22　预应力钢管“十字”形接头

钢支撑的优点是安装和拆除方便，速度快，能尽快发挥支撑的作用，减小时间效应，使围护墙因时间效应增加的变形减小；可以重复使用（钢支撑多为租赁方式），便于专业化施工；可以施加预紧力，还可根据围护墙变形发展情况多次调整预紧力值，以限制围护墙变形发展。其缺点是整体刚度相对较弱，支撑的间距相对较小；由于两个方向施加预紧力，从而使纵、横向支撑的连接处于铰接状态（图2.23、图2.24）。

图2.23　支撑轴力施加简图

图2.24　支撑轴力施加

（2）混凝土支撑

混凝土支撑的混凝土强度等级多为C30，其截面尺寸经计算确定。腰梁截面尺寸常用600 mm×800 mm（高×宽）、800 mm×1 000 mm和1 000 mm×1 200 mm；支撑截面尺寸常用600 mm×800 mm（高×宽）、800 mm×1 000 mm、800 mm×1 200 mm和1 000 mm×1 200 mm。支撑截面尺寸在高度方向上要与腰梁高度相匹配。配筋要经计算确定。混凝土支撑是根据设计规定的位置，随挖土现场支模浇筑而成的。其优点是可根据基坑平面形状，浇筑成最优化的布置形式；整体刚度大，安全可靠，可使围护墙变形小，有利于保护周围环境；可灵活优化构件截面和配筋，以适应其内力变化。其缺点是支撑成型和发挥作用时间长，时间效应大，可能使围护墙产生的变形增大；不能重复利用；拆除相对困难，如采用爆破拆除，有时周围环境不允许，如用人工拆除，时间较长且劳动强度大（图2.25）。

（3）钢支撑和混凝土支撑组合形式

在一定条件下，基坑可采用钢支撑和混凝土支撑组合的形式。组合的方式一般有两种：一种是分层组合方式，如第一道支撑采用混凝土支撑，第二道及以下各道支撑采用钢支撑；另一种为同层支撑平面内钢和混凝土组合支撑（图2.26）。

图2.25　混凝土内支撑

图2.26　钢管与混凝土组合内支撑

（4）支撑立柱

对平面尺寸大的基坑，在支撑交叉点处需设立柱，在垂直方向支承平面支撑。立柱可为四个角钢组成的格构式钢柱、圆钢管或型钢。考虑到承台施工时便于穿钢筋，格构式钢柱较好，应用较多。立柱的下端应插入作为工程桩使用的灌注桩内，插入深度不宜小于2 m，如果立柱不对准作为工程桩使用的灌注桩，立柱就要做专用的灌注桩基础（图2.25）。(www.xing528.com)

2）内支撑的布置和形式

内支撑的布置要综合考虑基坑平面形状、尺寸、开挖深度、基坑周围环境保护要求和邻近地下工程的施工情况、主体工程地下结构的布置、土方开挖和主体工程地下结构的施工顺序和施工方法等因素。支撑布置不应妨碍主体工程地下结构的施工，为此，应事先详细了解地下结构的设计图纸。对于面积较大基坑，其施工速度在很大程度上取决于土方开挖速度，故内支撑布置应尽可能便于土方开挖。相邻支撑之间的水平距离，在结构合理的前提下，应尽可能扩大其间距，以便挖土机运作。

图2.27　支撑的平面布置形式

支撑体系在平面上的布置形式（图2.27），有正交支撑、角撑、对撑、桁架式、框架式、圆环形等（图2.28—图2.33）。有时在同一基坑中混合使用，如角撑加对撑、环梁加边桁（框）架、环梁加角撑等。根据基坑的平面形状和尺寸设置最适合的支撑。一般情况下，平面形状接近方形且尺寸不大的基坑，宜采用角撑，基坑中间较大空间可方便挖土。形状接近方形但尺寸较大的基坑，可采用环形或桁架式、边框架式支撑，其受力性能较好，也能提供较大的空间，便于挖土。长方形的基坑宜采用对撑或对撑加角撑形式，安全可靠且便于控制变形。

图2.28　双向多跨压杆式支撑

图2.29　环梁与边框架

图2.30　双圆环支撑体系

图2.31　边桁架式

支撑在竖向的布置主要取决于基坑深度、围护墙种类、挖土方式、地下结构各层楼盖和底板位置等。基坑深度越大，支撑层数越多，围护墙受力合理，不产生过大弯矩和变形。支撑标高要避开地下结构楼盖位置，以便于支模浇筑地下结构时换撑。支撑多数布置在楼盖之下和底板之上，其净距离最好不小于600 mm。支撑竖向间距还与挖土方式有关，如人工挖土，支撑竖向间距不宜小于3 m，如挖土机下坑挖土，竖向间距最好不小于4 m。

图2.32　角撑

图2.33　角撑加对撑

在支模浇筑地下结构时，在拆除上面一道支撑前，先设换撑，换撑位置都在底板上表面和楼板标高处（图2.34）。如靠近地下室外墙附近楼板有缺失，为便于传力，在楼板缺失处要增设临时钢支撑（图2.35）。换撑时需要在换撑（多为混凝土板带或间断的条块）达到设计规定的强度、起支撑作用后，才能拆除上面一道支撑。换撑工况在计算支护结构时也需加以计算。

图2.34　底板外围与围护结构的换撑

图2.35　楼板缺失处增设临时钢支撑