一种地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿的制作方法

1.本技术涉及建筑构件技术领域，尤其涉及一种地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿。


背景技术：

2.随着城市地下空间的开发利用，地下空间结构的浮力问题已逐渐凸显出来，基础完工后地下水位随时间的推移逐渐恢复到正常水位，对基础产生较大浮力，特别是地下水位高、土层多处于饱和状态的地区。若受到恶劣极端气候变化，导致特大暴雨和持续降雨天气，形成城市内涝而使得短期内地下结构所受浮力大幅增加。因此，地下空间结构的抗浮问题更需引起高度重视。另外，对于基坑开挖较深、工程体量较大的地下结构而言，抗浮措施的合理与否将关系到巨额的工程造价，过于保守的抗浮设计将造成巨大浪费。
3.目前，主体结构与围护结构连为一体的地下结构抗浮设计有两种计算方法，即不考虑侧摩阻力的作用和考虑侧摩阻力的作用。当不考虑侧摩阻力时，是将其视为地下结构的抗拔安全储备，但由此可能会带来较大的浪费，主要是抗浮设计中围护结构与周围土体的接触面积较大，且地下结构如需设置抗拔桩时，要使抗拔桩发挥作用，必须使其产生一定的隆起变形量，但从对已建地下结构的长期监测来看，地下结构在正常使用阶段多数发生沉降，即使出现较高水位的情况，也鲜见较大的隆起变形，即围护结构可能发挥相当大的抗拔力，设置的抗拔桩在多数工况下实际是作为抗压桩在使用，因此这种设计方法过于保守。当考虑侧摩阻力时，是将其与围护结构、抗拔桩及压重等抗浮措施作为一个系统来共同抵抗浮力作用，也是随着地下工程计算理论和方法不断改进的必然趋势，也是降低工程造价的有效措施。因此，有必要在地下结构抗浮设计时考虑围护结构的侧摩阻力且具有一定的经济效益。若基坑支护采用排桩支护时，设计研究出不破坏地下主体结构防水的封闭和完整性、不影响后期混凝土浇筑和传力方式简单明确的考虑围护结构侧摩阻力作用的节点极为关键和重要。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿,解决了常规的反压牛腿传力路径及受力方式不明确以及破坏地下主体结构防水的封闭和完整性的问题。
5.本技术采用的技术方案如下：
6.一种地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿，包括：
7.围护桩；
8.预埋钢筋，所述预埋钢筋的下部预埋在所述围护桩的内部，所述预埋钢筋的上部出露于所述围护桩的上表面；
9.顶部受压钢板，设置在地下主体结构的顶部；
10.h型钢牛腿，所述h型钢牛腿上开设有套设所述预埋钢筋的通孔，所述h型钢牛腿的一端通过所述通孔与所述预埋钢筋固定连接，所述h型钢牛腿的另一端与所述顶部受压钢
板固定连接；
11.封闭式防水层，所述封闭式防水层设置在地下主体结构的外立面。
12.可选的，还包括螺栓，所述预埋钢筋的端头部设置有螺纹，所述h型钢牛腿的一端与所述预埋钢筋的端头部通过螺栓固定连接。
13.可选的，还包括槽钢组和围护桩顶钢板；
14.所述h型钢牛腿与所述顶部受压钢板连接的一端向下弯折；
15.所述槽钢组由两个c型钢背向设置组成；
16.所述围护桩顶钢板铺设在所述围护桩顶部，所述槽钢组的上端支撑所述h型钢牛腿的一端下端面，所述槽钢组的下端与所述围护桩顶钢板固定连接。
17.可选的，所述槽钢组与所述h型钢牛腿以及所述围护桩顶钢板均采用焊接方式固定连接。
18.可选的，还包括桩间挂网钢筋混凝土层，所述桩间挂网钢筋混凝土层设置在围护桩之间土体与所述封闭式防水层之间。
19.可选的，还包括h型钢内加劲板和h型钢外加劲板；
20.所述h型钢内加劲板呈z型，设置在h型钢的上下两块翼板之间，所述h型钢内加劲板与h型钢的上下两块翼板固定连接；
21.所述h型钢外加劲板设置在h型钢的下翼板的下表面，所述h型钢外加劲板的两端与h型钢的下翼板固定连接。
22.可选的，还包括遇水膨胀止水条；
23.所述遇水膨胀止水条设置在封闭式防水层的转角处。
24.可选的，所述预埋钢筋包含沿所述围护桩轴向设置的两排预埋钢筋，所述两排预埋钢筋平行设置在所述围护桩的径向两侧。
25.可选的，所述两排预埋钢筋中，每排预埋钢筋的数量为3个。
26.采用本技术的技术方案的有益效果如下：
27.本技术的地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿，包括：围护桩；预埋钢筋，预埋钢筋的下部预埋在围护桩的内部，预埋钢筋的上部出露于围护桩的上表面；顶部受压钢板，设置在地下主体结构的顶部；h型钢牛腿，h型钢牛腿上开设有套设预埋钢筋的通孔，h型钢牛腿的一端通过通孔与预埋钢筋固定连接，h型钢牛腿的另一端与顶部受压钢板固定连接；封闭式防水层，封闭式防水层设置在地下主体结构的外立面。由以上结构可知，本技术不破坏地下主体结构防水的封闭和完整性、不影响后期混凝土浇筑施工，同时本技术的传力方式简单明确；具备了以下优点：
28.1、在抗浮设计时，将主体结构与围护结构连为一体考虑围护结构的侧摩阻力，可充分利用围护结构的抗拔作用，减少抗浮措施如抗拔桩和抗浮锚杆等的使用，降低工程造价，具有明显的经济效益和社会效益；
29.2、设置z型h型钢内加劲板，增强了h型钢牛腿腹板的局部稳定性；
30.3、围护结构顶部以及主体结构顶部与反压牛腿的一次性整体浇筑，消除了仅考虑牛腿混凝土与钢筋的抗剪作用的安全隐患，提高了反压牛腿节点整体强度、刚度和稳定性；
31.4、通过对常规反压牛腿的优化和改进，对地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿的设计和施工提供了借鉴，具有很大的推广应用前景。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本技术提供的一个实施例的结构示意图；
34.图2为本技术实施例中h型钢牛腿的结构示意图；
35.图3为本技术另一实施例的结构示意图；
36.图4为本技术一个实施例的剖切面示意图；
37.图5为本技术另一实施例的剖切面示意图；
38.图6为本技术又一实施例的剖切面示意图；
39.图示说明：
40.其中，1-围护桩、2-地下主体结构、3-预埋钢筋、4-顶部受压钢板、5-h型钢牛腿、51-腹板、52-翼板、6-通孔、7-封闭式防水层、8-螺栓、9-槽钢组、91-c型钢、10-围护桩顶钢板、11-桩间挂网钢筋混凝土层、12-h型钢内加劲板、13-h型钢外加劲板、14-遇水膨胀止水条、15-浇筑混凝土。
具体实施方式
41.下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的系统和方法的示例。
42.为了便于更好地理解本技术，下面针对本技术中出现的技术名称进行相应解释。
43.牛腿，是梁托的别名。其作用是在混合结构中，梁下面的一块支撑物，它的作用是将梁支座的力分散传递给下面的承重物，因为一面集中力太大，容易压坏墙体。在古建筑中，牛腿的学名叫做“撑栱”。悬臂体系的挂梁与悬臂间必然出现搁置构造，通常就是将悬臂端和挂梁端的局部构造称为牛腿，又称梁托。牛腿的作用是衔接悬臂梁与挂梁，并传递来自挂梁的荷载。在这里由于梁的相互搭接，中间还要设置传力支座来传递较大的竖直和水平反力，因此牛腿高度已削弱至不到梁高的一半，却又要传递较大的竖直和水平反力，这就使它成为上部结构中的薄弱部位。
44.槽钢是截面为凹槽形的长条钢材，属建造用和机械用碳素结构钢，是复杂断面的型钢钢材，其断面形状为凹槽形。槽钢主要用于建筑结构、幕墙工程、机械设备和车辆制造等。上述定义并不完全构成对本技术的限定，因为显而易见地，槽钢的材质可以包含碳素结构钢以外的其它任意钢材，复合材料钢材和合金钢材等材质并未排除在本技术的槽钢所覆盖的范围之内。
45.外立面，是指物体和物体的外部空间直接接触的界面，以及其展现出来的形象和构成的方式。在本技术中，地下主体结构的外立面包括地下主体结构的每一个外部界面，既包括与围护桩相邻的界面，也包括顶部的界面。
46.参见图1，为本技术一个实施例的结构示意图。
47.一种地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿，包括：
48.围护桩1；
49.预埋钢筋3，所述预埋钢筋3的下部预埋在所述围护桩1的内部，所述预埋钢筋3的上部出露于所述围护桩1的上表面；
50.顶部受压钢板4，设置在地下主体结构2的顶部；
51.h型钢牛腿5，所述h型钢牛腿5上开设有套设所述预埋钢筋3的通孔6，所述h型钢牛腿5的一端通过所述通孔6与所述预埋钢筋3固定连接，所述h型钢牛腿5的另一端与所述顶部受压钢板4固定连接；
52.封闭式防水层7，所述封闭式防水层7设置在地下主体结构2的外立面。
53.参考图1和图2，在本实施例中，围护桩1可以被替换为与地下主体结构2相邻的其它任何固定建筑结构，如冠梁等。因此，“围护桩”在本技术中所代表的含义不应被狭隘地理解为仅仅指代建筑领域的专业技术名称
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围护桩，而应被广义地理解为所有与地下主体结构2相邻的任何固定建筑结构。
54.实施例中的h型钢牛腿5的具体结构见图2，包含了一块腹板51和上下两块翼板52，一块翼板52中以腹板51的接触部为界限分为两翼，通孔6设置在上下两块翼板52的两翼上，通孔6的结构设置有利于套设预埋钢筋3，从而采取固定连接方式将预埋钢筋3与h型钢牛腿5牢固地连接成一个整体。从效果上看，围护桩1与预埋钢筋3以及h型钢牛腿5形成一个稳定的整体，再将h型钢牛腿5的另一端与地下主体结构2顶部的顶部受压钢板4固定连接，有效地利用围护桩1自重和桩周土体侧摩阻力，实现了对地下主体结构2的抗浮反压功能。
55.另外，由于设置了封闭式防水层7，充分考虑了地下主体结构2外侧防水的完整性，确保了在围护结构的顶部和地下主体结构2的顶部，进行压顶牛腿一次性整体浇筑混凝土15施工的质量，使得对地下主体结构2的传力路径和受力方式简单明确。
56.在一些实施例中，固定连接方式可以是螺栓8连接，也可以是焊接。而地下主体结构2的外立面可以包括地下主体结构2与围护桩1的接触面，也可包括地下主体结构2的顶面或其它任何侧面。为了充分保障地下主体结构2的防水性能，封闭式防水层7可以包覆地下主体结构2的任何外部界面。
57.可选的，还包括螺栓8，所述预埋钢筋3的端头部设置有螺纹，所述h型钢牛腿5的一端与所述预埋钢筋3的端头部通过螺栓8固定连接。
58.本实施例中，通过螺纹连接，与焊接相比，操作简便易行，有利于缩短施工周期。
59.可选的，还包括槽钢组9和围护桩顶钢板10；
60.所述h型钢牛腿5与所述顶部受压钢板4连接的一端向下弯折；
61.所述槽钢组9由两个c型钢91背向设置组成；
62.在一些实施例中，预埋钢筋3位于每组槽钢组的两个c型钢91的间隔区域；具体设置时，可将预埋钢筋3设置在两个c型钢91的对称中心，在剖面上的位置如图4所示。
63.所述围护桩顶钢板10铺设在所述围护桩1顶部，所述槽钢组9的上端支撑所述h型钢牛腿5的一端下端面，所述槽钢组9的下端与所述围护桩顶钢板10固定连接。
64.参考图3，在本实施例中，与图1所对应的实施例有所区别的是：h型钢牛腿5的一部分向下弯折，从而导致h型钢牛腿5的另一部分相对此部分而言处于高位，这种一端高一端低的结构，与平直的h型钢牛腿5对比，在后期混凝土浇筑时具有更大的浇筑体积，进一步增强了对地下主体结构2的下压力，抗浮性能更佳。
65.本实施例中，槽钢组9由两个c型钢91背向设置组成，参考图3和图4，每组槽钢组9的两个c型钢91的背面紧贴预埋钢筋3，换句话说，预埋钢筋3被背向设置的两个c型钢91夹持在中间，这种对称设置的结构更有利于施力的均衡性和稳定性。当然，可以由此想到的是，在其它一些实施例中，可以采用单个c型钢91紧贴预埋钢筋3的结构，甚至不采用c型钢91，而用其它条状或块状的支撑体与预埋钢筋3固定。
66.可选的，所述槽钢组9与所述h型钢牛腿5、以及所述围护桩顶钢板10均采用焊接方式固定连接。
67.可选的，还包括桩间挂网钢筋混凝土层11，所述桩间挂网钢筋混凝土层11设置在围护桩1之间土体与所述封闭式防水层7之间。
68.本实施例中，桩间挂网钢筋混凝土层11一方面有利于增强整体的结构强度，另一方面也有利于对封闭式防水层7的保护。
69.可选的，还包括h型钢内加劲板12和h型钢外加劲板13；
70.所述h型钢内加劲板12呈z型，设置在h型钢的上下两块翼板之间，所述h型钢内加劲板12与h型钢的上下两块翼板焊接连接；
71.所述h型钢外加劲板13设置在h型钢的下翼板的下表面，所述h型钢外加劲板13的两端与h型钢的下翼板焊接连接。
72.参考图2、图3和图5，z型的h型钢内加劲板12，增强了h型钢牛腿5腹板51的局部稳定性；在浇筑混凝土15施工后，消除了仅考虑牛腿混凝土与钢筋的抗剪作用的安全隐患，提高了反压牛腿节点的整体强度，刚度和稳定性。
73.可选的，还包括遇水膨胀止水条14；
74.所述遇水膨胀止水条14设置在封闭式防水层7的转角处。
75.参考图3，本实施例中，遇水膨胀止水条14设置在封闭式防水层7的转角处，有利于增强地下主体结构2的防水性能，确保施工的顺利进行，在一定程度上提高了施工质量。
76.可选的，所述预埋钢筋3包含沿所述围护桩1轴向设置的两排预埋钢筋3，所述两排预埋钢筋3平行设置在所述围护桩1的径向两侧。
77.参考图3和图4，沿围护桩1轴向设置有两排预埋钢筋3并平行设置在围护桩1的径向两侧，有利于明确施力和受力路径，更好地保障了地下主体结构2的整体强度和稳定性。在另一些实施例中，也可以根据需要或施工意图设置三排、四排或更多的排数，本实施例设置两排预埋钢筋3主要是从经济性和施工便利性的角度考虑，不应理解为是对本技术的唯一限定。
78.可选的，所述两排预埋钢筋3中，每排预埋钢筋3的数量为3个。
79.参考图3和图6，在本实施例中，每排预埋钢筋3的数量为3个，既节约了施工成本，也在一定程度上保障了施工的质量。
80.本技术在实际应用过程中，施工时可结合具体实际情况，按照以下顺序进行：首先将预留钢筋在围护桩浇筑时预留或冠梁中预留(满足锚固长度)；然后将围护桩顶或冠梁顶部的混凝土面打磨平整，再将地下主体结构的防水全部施工完成；再将h型钢牛腿安装就位，扭紧预埋钢筋顶部的螺栓；然后布置牛腿原有纵筋及箍筋；最后进行浇筑混凝土的施工。
81.本技术的地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿，设计研究出不破坏地下主
体结构防水的封闭和完整性、不影响后期混凝土浇筑施工，同时本技术的传力方式简单明确；本技术考虑将钢筋混凝土围护桩自重和桩周土体侧摩阻力反压在地下结构外墙顶部节点，这一技术改进点极为关键和重要。该研究成果在国内设计和施工工艺中首次应用，具有很大的推广应用前景，为类似工程的设计和施工工艺提供了借鉴依据。由于本技术的结构，具备了以下优点：
82.1、在抗浮设计时，将主体结构与围护结构连为一体考虑围护结构的侧摩阻力，可充分利用围护结构的抗拔作用，减少抗浮措施如抗拔桩和抗浮锚杆等的使用，降低工程造价，具有明显的经济效益和社会效益；
83.2、设置z型h型钢内加劲板，增强了h型钢牛腿腹板的局部稳定性；
84.3、围护结构顶部以及主体结构顶部与反压牛腿的一次性整体浇筑，消除了仅考虑牛腿混凝土与钢筋的抗剪作用的安全隐患，提高了反压牛腿节点整体强度、刚度和稳定性；
85.4、通过对常规反压牛腿的优化和改进，对地下结构考虑围护结构反压作用的压顶牛腿的设计和施工提供了借鉴，具有很大的推广应用前景。
86.本技术提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本技术总的构思下的几个示例，并不构成本技术保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本技术方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本技术的保护范围。