钢支撑预加轴力优化设计探讨

然而，模拟结果得出的一层钢支撑预加轴力取 712KN，二层钢支撑预加轴力取 1417KN，三层钢支撑预加轴力取 1913KN 的最优化设计结果只符合于北京地铁十六号线温阳路站工程的情况，此时该工程基坑施工已经完成，这种"马后炮"的研究似乎没有任何的实际意义。所以我们的研究不能止步于此，应进一步发掘该最优化预加轴力值背后隐藏的本质，才能得出可供其他类似工程借鉴的更有意义的结论。

基坑工程中施加钢支撑预加轴力的目的在于在围护桩（墙）发生较大的水平位移之前，预先为围护桩（墙）提供一个平衡土体侧向压力的作用力，以减小围护桩（墙）的水平位移。所以预加轴力的本质是为了平衡侧向静土压力。照此思路，最优化的钢支撑预加轴力应该符合图 5-34 中所示的力学平衡;每层钢支撑用来平衡相应范围内的静土压力，每层钢支撑预加轴力等于其对应范围内的静土压力。以本工程为例，第一层钢支撑预加轴力应该用来平衡图 5-34 中顶部 3.5m 范围内的静土压力;第二层钢支撑预加轴力应该用来平衡图 5-34 中中部 7m 范围内的静土压力; 第三层钢支撑预加轴力应该用来平衡图 5-34中下部 7.5m 范围内的静土压力。我们可以得出每根钢支撑的预加轴力大小计算公式（6-1）∶

表6-1 为理论计算各层钢支撑预加轴力最优值与数值模拟的各层钢支撑预加轴力最优值的对比结果，从表中可以看出理论计算结果与数值模拟的最优化预加轴力值有较高的吻合度，这不会是简单的巧合。查阅相关文献发现，Clough 和Tsui 的研究表明当预加轴力为0.2~0.4 倍的静土压力时，位移量可比无预加轴力时减小50%以上，我们可以在此基础上进一步得出当预加轴力与静士压力相等时，基坑围护桩（墙）的所受的弯矩最小、形变最小、位移最合理。

我国《建筑基坑支护技术规范（JGJ120—2012）》中规定支撑预加轴力取支撑轴向压力标准值的 0.5~0.8倍，是以钢支撑的受压稳定性为设计依据的。而日本曾规定施加预加轴力应相当于静止土压力，是以基坑围护结构受力平衡为设计依据的，这与本文的研究结论相吻合。

这样，我们就可以给出基坑工程中钢支撑预加轴力的最优化取值公式（6-2）∶