装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑技术规程

1总则

1.0.1为满足地下工程施工空间最大利用率、施工安全的可靠性，保证基坑周边

环境的安全性、临时构件全回收绿色环保性以及施工安拆的便捷性，并应满足其

技术先进和经济合理的要求，特制订本规程。

【条文说明】预应力鱼腹梁组合钢支撑支护工程是一种集装配式预应力鱼腹梁钢

支撑、混凝土支撑、钻孔灌注桩和旋喷加劲桩等协同组合的一种全新支撑形式，

主要利用其几种支护体系协同作用，解决不规则形状的超大跨复杂工况深基坑支

护难题。通过装配式预应力鱼腹梁支撑独特受力体系和形成支撑杆件间的较大空

间优点，达到快速、高效、绿色环保、节能降耗的施工特点。该技术已在南方地

区的工程和在陕西省内工程已成功应用，并已积累了丰富的设计与施工实践经验，

国内越来越多的地区也开始采用该技术。但陕西省内目前尚无该技术统一的专项

标准，其设计、施工和质量检验等要求尚不明确统一，使得该技术的设计、施工

水平参差不齐。为使其设计、施工和检验规范化，做到安全可靠、技术先进、经

济合理、确保质量及保护环境，制定本规程。

1.0.2本规程适用于装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑支护工程的勘察、设计、施

工、土方开挖、基坑监测与控制、绿色施工环保，以及基坑在施工过程中的维护

与管理。

1.0.3装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑支护工程应综合考虑基坑及周边一定范围

内的工程地质和水文地质条件、开挖深度、基坑周边环境、受水浸湿的可能性、

施工条件、主体地下结构要求、施工季节变化、支护结构的使用期限，特别是对

湿陷性黄土、膨胀土、液化土、软土、填土等特殊或岩石基坑，均应结合工程经

验，强化施工质量控制，进行施工全过程的施工监测和信息化控制，因地制宜、

合理选型、优化设计、精心施工、严格管理、有效控制。

【条文说明】装配式预应力鱼腹式组合钢支撑体系系基坑工程中的多个分项工程

的组合，其设计、施工和质量检验应纳入整个基坑工程的范畴中，必须与基坑工

程的其它分项（包括支挡结构、地基加固、基坑降水和土方开挖等）相结合，并

结合工程地方经验，综合考虑工程地质和水文地质条件、基坑周边环境条件、主

体地下结构要求、施工季节变化、工程造价等因素，因地制宜、合理选型、优化

1

设计、精心施工、严格管理、有效控制，确保基坑工程和主体结构的施工安全，

满足周边环境保护的要求。

1.0.4装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑支护工程除应符合本规程规定之外，尚应

符合国家现行有关标准和陕西省相关标准。

2

2术语和符号

2.1术语

2.1.1预应力鱼腹式钢支撑体系fabricatedsteelsupportsystemconsistingofprestre

ssedfish-belliedbeams

通过对采用螺栓装配的钢构件组成的鱼腹梁下弦钢绞线和对撑、角撑施加预应

力控制基坑挡土结构受力和变形的结构体系。

2.1.2预应力鱼腹梁prestressedfish-belliedbeam

由上弦梁、直腹杆、斜腹杆、桥架和下弦钢绞线组成，通过张拉下弦钢绞线施

加预应力形成的鱼腹形钢构件。

2.1.3连接件connectingpart

将作用于腰梁或鱼腹梁上的水平力传递到对撑、角撑，和将水平支撑的重量传

递到竖向支承构件上的钢构件。

2.1.4预应力装置prestressingunit

由加载横梁、千斤顶、保力盒和垫板等构件组成，用于对对撑、角撑施加预应

力和保持预应力的钢构件。

2.1.5保力盒holdingforcebox

安装于加载横梁之间，用于传递和保持支撑上作用力的装置。

2.1.6标准件standardpart

山型钢或钢板按标谁尺寸加工，能相互连接、装配、拆卸并重复组装的钢构件。

2.1.7盖板battenplate

通过螺栓与多根H型标准件翼缘连接的、按一定间距平行设置的钢板。

2.1.8系杆lacingbar

通过螺栓与多根H型标准件翼缘连接的、按一定间距斜向设置的槽钢。

2.1.9托座pedestalbracket

设置在立柱上的用于支托托梁上支撑构件重量的钢构件。

2.1.10托梁supportingbearn

设置在托座与支撑之间的将多根支撑构件的重量传递至托座上的钢构件。

2.1.11托架bracket

3

设置在基坑挡土结构上的支承腰梁重量的钢构件。

2.1.12垫梁fillerbeam

用H型钢切割而成的用于双层支撑之间的连接和对上层支撑的支承与固定的钢

构件。

2.1.13T形传力件T-shapeforcetransmissionpart

设置在挡土结构与腰梁之间的用于将挡土结构承受基坑侧壁的水土压力传递到

腰梁上的T形钢构件。

2.1.14非标准件non-standardpart

用于基坑边界尺寸和形状不规则时与标准件连接的钢构件。

2.1.15组合腰梁compositewale

由多榀H型标准件或H型标准件与混凝土冠梁（或腰梁）经螺栓或锚栓装配而

成的水平构件。

2.2符号

2.2.1材料力学性能和抗力

f————钢材强度设计值；

fpy————钢绞线抗拉强度设计值；

b

Nv————单根螺栓的抗剪承载力设计值；

c

Nv————单根锚栓的抗剪承载力设计值。

2.2.2作用、作用效应

Mi,max————第i计算段Li上的最大弯矩设计值（绝对值）；

Mx、My————同一截面处绕x轴和y轴的弯矩设计值；

Mxi、Myi————单根支撑绕x轴和y轴的弯矩设计值；

N————轴心压力设计值；

NO————支撑段的弹性临界力；

Ni————单根支撑的轴心压力设计值；

P————钢绞线轴力设计值；

Qi————计算剪跨区内的平均剪力设计值；

q————预应力鱼腹式钢支撑体系的水平荷载设计值；

τi————H型标准件与H型标谁件、H型标准件与混凝土冠梁（或腰梁）接合

4

面处的平均剪应力设计值。

2.2.3几何参数

A————组合截面毛截面面积；

Ai————单根支撑的截面积；

An————组合截面净截面面积；

As————单根钢绞线面积；

b————H型标件与H型标准件、H型标件与混凝土冠梁（或腰梁）接合面

处的宽度；

h1————端侧直腹杆高度；

Ii————组合截面惯性矩；

Iy————组合对撑对y轴惯性矩；

L————鱼腹梁跨度；

L0————端部钢绞线与腰梁中心线交点到鱼腹梁端部的距离；

L1————端部钢绞线与腰梁中心线交点到连接件端部的距离；

L2————连接件端部到端侧直腹杆的距离；

Ln————鱼腹梁连接件端部净间距；

Li————计算零弯矩点至弯矩绝对值最大点的间距；

Lx————钢绞线单根下料长度；

LΔ————钢绞线附加长度；

l0x————型钢组合截面对x轴的计算长度；

l0y————型钢组合截面对y轴的计算长度；

lyi————单肢支撑截面对y轴的计算长度；

*

Sz————计算剪应力处以上截面对中和轴的面积矩；

Wnx、Wny————对x轴和y轴的净截面模量；

Wx、Wy————型钢组合构件对x轴和y轴的毛截面模量；

Wxi、Wyi————单根支撑对x轴和y轴的毛截面模量；

α————端部钢绞线与上弦梁夹角。

2.2.4计算系数

k————钢绞线强度折减系数；

K————挡土结构计算宽度范围内弹性支点刚度系数；

5

K1————对撑或角撑的平均刚度；

K2————施加预应力后的鱼腹梁平均刚度；

Kc————单榀排架的抗侧刚度；

b

nf————每延米H型标准件与H型标准件接合面所需螺栓的数量；

c

nf————每延米H型标准件与混凝土冠梁（或腰梁）接合面所需锚栓的数量；

βmx、βmy————弯矩作用平面内稳定计算的等效弯矩系数；

βtx、βty————弯矩作用平面外稳定计算的等效弯矩系数；

η————考虑螺栓或锚栓弹性阶段受力不均的安全系数；

λ1————分肢对最小刚度轴的长细比；

λx————组合截面x方向长细比；

λy————组合截面y方向换算长细比；

/

λy————单根支撑截面y方向长细比；

μ————考虑立柱对支撑侧向约束作用的计算长度系数；

φx————对x轴的轴心受压构件稳定系数；

φy————对y轴的轴心受压构件稳定系数；

φyi————单根支撑对y轴的轴心受压构件稳定系数。

6

3基本规定

3.0.1装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑支护结构适用于各种平面形状的基坑工程；装

配式预应力鱼腹梁钢支撑支护结构独立使用时，宜用于平面形状较规则的基坑工程，

且对撑长度不宜大于130m，鱼腹梁跨度不宜大于52m。

【条文说明】目前，预应力鱼腹式组合钢支撑体系已悄然兴起且已在陕西省内的工

程中得到有效实施，最大基坑开挖深度达22m，应用支撑的跨度已达到在80m～150m，

基坑的开挖面积达到27600m2，取得了大量实测数据。通过对实测数据的分析，进一

步验证了该组合支撑技术具有的安全性、施工便捷性、经济型和环保性等特点。

陕西省内采用预应力鱼腹梁钢支撑技术的工程项目及其相关信息如下表所示。

表1预应力鱼腹式钢支撑体系工程应用

地基坑面积支撑

项目名称基坑开挖深度(m）地下室层数备注

区(m2）道数

陕西国际体育之窗（全运会赛事指挥3层（局部4

陕20.47m~28m276003

和新闻媒体中心）项目层）

西

每道

省广成国际中心项目18.57m135403层3

双层

装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑技术在工程应用事件中表明，此组合体系协同作用

用于超大跨复杂工况深基坑支护具有受力性好、施工便捷、绿色环保等特点。结合

工程实践，并考虑到钢支撑拼接节点误差累积以及超长支撑刚度小不利于控制基坑

变形的因素，本条对预应力鱼腹梁式钢支撑体系中对撑长度作出了不宜大于130m、

鱼腹梁跨度不宜大于52m的限制。当对撑长度超过130m时，应加强分析计算、

构造措施及内力变形监测，以保证支撑体系的安全可靠。

3.0.2装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑支护结构中各支护形式的设计原则、荷载作用、

承载力计算、变形计算和稳定性验算，应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规

程》JGJ120的有关规定。

【条文说明】预应力鱼腹梁组合钢支撑体系是基坑支挡结构的部分分项工程，其设

计计算方法和要求均应符合现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的有

关规定。

3.0.3装配式预应力鱼腹梁钢支撑体系宜采用标准件，必要时，可在局部和与混凝土

构件衔接位置采用非标准件。钢支撑构件在运输、安装和使用过程中应满足强度、

7

刚度和稳定性要求。

【条文说明】非标准件主要应用在以下位置：

1）对撑与腰梁不垂直时，在对撑与腰梁连接位置；

2）角撑与腰梁夹角不等于45°时，在角撑与腰梁连接位置；

3）基坑相临边夹角不等于90°时，在相邻边腰梁连接处；

4）立柱与立柱之间设置夹角45°~60°剪刀撑时。

3.0.4装配式预应力鱼腹梁钢支撑对撑、角撑及鱼腹梁预应力的施加应遵循对称、分

级、均匀的原则且应满足与混凝土衔接部位的强度达到设计要求方可进行。

【条文说明】预应力的施加与复加是预应力鱼腹梁钢支撑体系控制基坑变形的关键，

本条给出了预应力施加技术的原则要求。

3.0.5装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑体系的安装和拆除顺序，应根据支护结构的设

计工况，结合水文、地质条件、周边环境情况等因地制宜，实时验算而定。支撑拆

除应在换撑安装与使用达到设计规定的使用条件后进行。

【条文说明】该支撑体系的安装和拆除应按照设计工况，结合水文、地质条件、周

边环境情况等因地制宜，实时验算而定。支撑拆除应在换撑安装与使用达到设计规

定的使用条件后进行，并应结合基坑工程的特点，根据土方开挖或结构换撑形成的

情况，采用流水作业安装和拆除支撑构件。

3.0.6临时支撑结构不应兼做施工平台、物料堆场，当确需设置时，应经设计进行专

项设计且应满足独立设置原则和相关荷载负荷要求。

【条文说明】该组合体系中的预应力鱼腹梁水平支撑体系的竖向承载能力较小，其

水平支撑系统和竖向支承系统设计时不考虑承受竖向施工重载，因此其支撑结构不

能兼做施工平台、物料堆场，施工机械亦不能直接跨越或者直接在其上施工作业。

3.0.7装配式预应力鱼腹梁组合钢支撑体系各工序的施工，尚应符合《建筑工程施工

质量验收统一标准》GB50300有关规定，材料构配件检验可按原材料与构配件进场

检验、支撑体系安装检验和预应力施加施工检验三个阶段分别进行。

3.0.8在基坑支护结构使用期间，应对预应力鱼腹式钢支撑构件进行内力监测；对周

边管线和结构、围护桩基、混凝土支撑、主体结构和地下水位等进行沉降监测、围

护结构的顶层水平、顶层垂直和深层水平位移监测等，且应满足各级基坑安全的有

关要求。

【条文说明】预应力鱼腹梁组合支撑体系中水平支撑体系对撑、角撑及鱼腹梁在基

8

坑实施过程中，始终维持设计要求之预应力是其控制基坑变形的关键，因此本条重

点针对对撑、角撑及鱼腹梁钢绞线的内力监测以及邻近轨道交通等提出信息化监测

要求，为基坑实施过程中支撑体系是否进行预应力复加提供依据。其余监测项目与

常规基坑工程相类似，应符合现行国家标准《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497

的有关规定。

9

4预应力鱼腹式钢支撑结构体系的设计

4.0.1预应力鱼腹式钢支撑结构体系应由水平支撑结构和竖向支承结构组成（图

4.0.1）。水平支撑结构应包括对撑、角撑、预应力鱼腹梁、腰梁和连接件等，主要

标准件的名称、代号及规格和重量见附录；竖向支承结构应包括立柱（立柱桩）和

连接件。

图4.0.1预应力鱼腹式钢支撑体系平面布置图

1——对撑杆件；2——八字撑杆件；3——预应力装置；4——连接件；5——角撑杆件；

6——鱼腹梁；7——腰梁；8——立柱；9——盖板；10——系杆；11——托梁

【条文说明】预应力鱼腹式钢支撑体系由不同功能的标准件和非标准件装配而成。本

节明确了体系的构成，附录提供了各个构件的形式和规格。两部分内容结合起来，便

于设计施工技术人员对预应力鱼腹式钢支撑体系有完整的了解。

4.0.2预应力鱼腹梁应由上弦梁（腰梁）、直腹杆、斜腹杆、连杆、下弦钢绞线和桥

架等标准件拼接构成（图4.0.2），各构件规格和连接要求应符合本规程附录的规定。

10

图4.0.2预应力鱼腹梁平面布置图

1——下弦钢绞线；2——桥架；3——直腹杆；4——连杆；5——连接件；

6——上弦梁；7——斜腹杆；8——锚具

【条文说明】鱼腹梁的跨度包括两端锚固端或连接件的长度，跨度不同时鱼腹梁的

结构形式也不同，应对照相关附录进行选择。

4.0.3对撑应包括对撑杆件和预应力装置。角撑应包括角撑杆件和预应力装置。对撑

杆件、角撑杆件的规格和连接要求，应符合本规程附录的规定。对撑和角撑的构

件应符合下列规定：

1对撑杆件、八字撑杆件和角撑杆件应采用H型钢标准件，并宜采用规格为

H300×300、H350×350、H400×400或H428×407的H型钢；

2当对撑杆件、八字撑杆件和角撑杆件采用多根杆件组合时，应设置盖板和系

杆，对组合支撑杆件的稳定性应进行验算，并应符合现行国家标准《钢结构设计规

范》GB50017的有关规定；

3对撑和角撑的预应力装置应设置加载横梁，采用千斤顶施加预应力后，应保

留千斤顶或设置保力盒与垫板。

4.0.4预应力鱼腹式钢支撑结构的腰梁应采用H型钢标准件，标准件规格应符合本

规程附录的规定。

4.0.5预应力鱼腹式钢支撑结构构件之间应设置连接件。连接件应采用H型钢标准

件，标准件规格和连接要求应符合本规程附录的规定。

4.0.6托座、托梁和托架等竖向支承结构中的连接件应符合下列规定：

1连接件规格及连接要求，应符合本规程附录的规定；

2立柱上应设置托座，托梁应安装在托座上，支撑杆件应架设在托梁上，并通

过U型卡及螺栓进行约束；

3挡土结构上应设置托架，腰梁应放置在托架上；

4采用双层支撑时，支撑层间应设置垫梁。

4.0.7非标准件的设置应符合下列规定：

1非标准件的材料性能不应低于标准件的材料性能；

11

2非标准件的制作加工精度和验收标准不应低于标准件；

3非标准件与标准件的连接应满足受力和构造要求。

4.1一般规定

4.1.1预应力鱼腹式钢支撑结构的选型应根据基坑平面形状、开挖深度、周围环境条

件、场地工程地质和水文地质条件、挡土构件类型等综合确定。

4.1.2预应力鱼腹式钢支撑结构构件材料，应符合下列规定：

1对撑、角撑及鱼腹梁H型钢构件应采用屈服强度不低于Q345B的钢材，其余

标准件和非标准件应采用屈服强不低于Q235B的钢材；

2钢绞线应采用不低于1860级高强度低松弛无粘结钢绞线；

3预应力钢绞线宜采用夹片锚具，锚具材料应选用合金结构钢，其材料的质量

应符合现行国家标准《合金结构钢》GB/T3077的规定；

4标准件的连接应采用高强度螺栓连接，螺栓性能等级应为10.9级。

【条文说明】构件之间除采用高强螺栓连接外，还可采用焊接连接，选用的焊条型

号应与主体金属强度相适应。焊接一般用于托座与钢立柱连接节点、剪刀撑与钢立

柱连接节点、托架与挡土结构连接节点、钢立柱拼接节点等处。

4.1.3预应力鱼腹式钢支撑结构的平面布置，应符合下列规定：

1支撑应在同一平面内形成整体，上下各道支撑杆件中心线宜在同一竖向平面

内；

2支撑杆件宜避开主体地下结构的墙、柱等竖向构件；

3基坑阳角部位应设置双向约束支撑；

4支撑构件不得影响基坑土方开挖、运输以及地下结构的施工；

5当基坑形状不利于钢支撑布置时，可采用与钢筋混凝土支撑相组合的支撑布

置方式。

4.1.4预应力鱼腹式钢支撑结构的竖向布置应符合下列规定：

1支撑设置的高度应利于控制基坑周边挡土结构的内力与变形；

2支撑至坑底的净高不宜小于3000mm；

3采用多道支撑时，各道支撑层间净高不宜小于3000mm；

4支撑与其下在拆撑前需要施工的底板或楼板净距不宜小于500mm。

4.1.5预应力鱼腹式钢支撑结构体系的对撑、角撑及鱼腹梁应配置预应力装置，预

12

应力装置应具有多次施加预应力的功能。

4.1.6预应力鱼腹式钢支撑构件及其连接的受压、受弯、受剪承载力计算及稳定性验

算，应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定。

4.2结构分析

4.2.1预应力鱼腹式钢支撑结构体系的设计计算，应计入下列作用：

1基坑周边挡土结构传至支撑结构的水平作用力；

2支撑结构自重；

3当温度改变引起的支撑结构内力不可忽略时，宜考虑温度作用；

4立柱隆起或下沉产生的影响。

【条文说明】预应力鱼腹式钢支撑体系竖向刚度较小，不能用作施工机械等重载作

用施工平台，但支撑之上需考虑施工人员行走荷载、支撑检修荷载以及预应力复加

时操作荷载，宜考虑不小于2kN/m2的竖向活荷载。

目前内支撑计算一般不考虑支撑立柱与挡土构件之间、各支撑立柱之间的差异沉降，

但支撑立柱下沉或隆起，会使支撑立柱与挡土结构之间、立柱与立柱之间产生一定

的差异沉降，当差异沉降较大时，在支撑构件上增加的偏心距，会使水平支撑产生

次应力。因此，当预估或实测差异沉降较大时，应按此差异沉降量对内支撑进行计

算复核并采取措施。

4.2.2采用预应力鱼腹式钢支撑体系的基坑挡土结构宜采用平面杆系结构弹性支点

法进行计算，对弹性支点施加的预应力应根据基坑变形控制要求确定，计算应符合

现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120的有关规定。

4.2.3采用预应力鱼腹式钢支撑体系的基坑挡土结构的弹性支点刚度系数，应通过对

预应力鱼腹式钢支撑结构整体进行线弹性结构分析得出的支点力和水平位移的关系

确定。

4.2.4预应力鱼腹式钢支撑可按平面杆系结构整体建模采用有限元方法进行计算，计

算应符合下列规定：

1挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出的支点力；

2计算模型应能对支撑施加预应力并能准确反映预应力施加的作用，模型中钢

支撑连接节点应根据实际连接方式确定节点约束条件；

3对于不同类型的构件应采用各自对应的计算单元，腰梁和直腹杆可按梁单元、

13

对撑和角撑可按杆单元、钢绞线可按拉杆单元、三角连接件可按平面板单元采用；

4边界条件的设置应与整体计算模型协调，应能模拟施加预应力时坑外土体抗

力；

5整体计算工况应与预应力鱼腹式钢支撑设计工况一致，应按预应力施加顺序

分工况进行模拟。

【条文说明】采用预应力鱼腹式钢支撑体系的基坑支挡结构的计算有平面分析方法

和空间分析方法两类计算方法：1）平面分析的计算方法。该计算方法将鱼腹梁支护

结构体系分解为挡土结构和支撑体系分别独立分析。挡土结构根据现行行业标准

《建筑基坑支护技术规程》JGJ120采用平面杆系结构弹性支点法进行分析；内支撑

结构可按平面结构进行分析，挡土结构传至内支撑的荷载应取挡土结构分析时得出

的支点反力。对挡土结构和内支撑结构分别进行分析时，应考虑其相互之间的变形

协调；2）空间分析的计算方法。该计算方法主要适用于空间效应明显的基坑工程。

对于有明显空间效应的深基坑工程，平面分析作了过多的简化而不能反映实际结构

的空间变形性状。空间分析方法可采用支护结构和与鱼腹梁体系共同作用的三维“m”

法和考虑土与支护结构共同作用的整体分析两种方法进行计算。三维“m”法继承

了平面竖向弹性支点法中“m”法的计算原理，建立支护结构、水平支撑与竖向支承

系统共同作用的三维计算模型并采用有限元方法进行求解。考虑土与支护结构共同

作用的分析方法是按基坑实际工况进行三维模拟分析，该方法是岩土工程计算方法

的发展方向，但需要可靠的计算参数，目前其结果直接应用于工程设计尚不成熟。

实际工程中从可操作性角度考虑更普遍采用平面分析的计算方法，即将预应力鱼腹

式钢支撑支挡结构分解为挡土结构和支撑体系分别独立分析。采用该计算方法计算

时，需确定预应力鱼腹式钢支撑支挡结构的弹性支点刚度系数。预应力鱼腹式钢支

撑体系作为一种新颖的钢支撑技术，现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120

尚无公式可直接计算该支撑体系的弹性支点刚度系数。目前该支撑体系的弹性支点

刚度系数可通过对预应力鱼腹式钢支撑体系整体建模进行线弹性结构分析后，根据

计算分析结果得出的支点力和水平位移关系进行确定。当基坑平面形状方正规则时，

计算宽度范围的弹性支点刚度系数可采用公式（1）进行计算，此时对撑平均刚度

可根据现行行业标准《建筑基坑支护技术规程》JGJ120计算，鱼腹梁刚度可通过

单独建模计算。

14

式中：K——挡土结构计算宽度范围内弹性支点刚度系数（kN/m）；

K1——对撑或角撑的平均刚度，可按现行行业标准《建筑基坑支护技术

规程》JGJ120的规定取值（kN/m）；

K2——鱼腹梁的平均刚度（kN/m），可通过对鱼腹梁结构进行线弹性结构

分析得出的支点力和水平位移关系确定。

以图1的鱼腹梁为例，在有限元软件中建立整体模型，计算跨度为Ln，考虑支座为

不动铰支座，施加1kN/m的均布力，从而可得到鱼腹梁的变形图（图2）。位移曲

线为抛物线，则平均位移S=位移曲线与水平线围成的面积/跨度=4/3×0.5S×

Ln/Ln=2/3S，因此鱼腹梁的平均刚度K2=1/S。

图1鱼腹梁平面图

图2鱼腹梁变形图

经过大量工程的实际计算，预应力鱼腹式钢支撑体系的支撑整体平均刚度最终取决

于鱼腹梁刚度，其整体平均刚度取值范围为2MN/m/m～5MN/m/m，大跨鱼腹梁支撑

体系刚度取低值，小跨鱼腹梁支撑体系刚度取大值。与常规的钢筋混凝土支撑及钢

支撑体系相比，预应力鱼腹式支撑刚度相对较弱，对挡土结构变形的控制更多依赖

于预应力的施加与复加。设计计算中可根据基坑变形控制要求，通过调整预应力的

大小使挡土结构变形满足规范要求。

以下以一算例对采用预应力鱼腹式钢支撑体系的支挡结构的计算过程进行说明：

工程算例：

15

1、设计条件与计算参数

某基坑工程基坑面积约7000m2，基坑开挖深度11m。基坑支护结构安全等级为一级。

场地地层从上至下依次为表层约5m厚的松散填土层，其下为约5m厚的软塑状态

粉质粘土夹粉土层，开挖面以下为可塑～硬塑的粉质粘土层。土的c值计算采用勘

察报告提供的抗剪强度指标综合建议值。支护桩变形、内力计算和各项稳定验算均

采用砂土水土分算、粘性土水土合算原则，地面超载取20kN/m2。

2、弹性支点法计算支点水平反力

采用平面杆系结构弹性支点法进行计算。根据基坑形状等综合因素对基坑支撑平面

进行初步布置，其后根据支撑的初步平面布置计算支撑体系的弹性支点刚度，其后

采用弹性支点法计算支护结构内力、变形结果如图3所示。

图3弹性支点法计算结果

支点反力见下表：

表1支点反力

支点反力最小值支点反力最大值

支撑/换撑相对桩顶深度(m)

(kN/m)(kN/m)

第1道支撑0.40175.0215.5

第2道支撑5.25180.0207.5

第1道换撑10.00-45.7256.7

第2道换撑5.000.0461.9

3支撑平面布置

根据基坑几何尺寸进行预应力鱼腹式钢支撑体系的规划和布置。根据弹性支点法计

算支点水平反力，参照本规程附录A、B、F选取合适的对撑、角撑杆件尺寸和数

量以及鱼腹梁的跨度，并进行支撑平面布置（图4）。

16

图4支撑结构布置图

4、支撑平面整体计算

采用有限元计算软件进行支撑平面整体计算。

1）基本假设

（1）平面问题；

（2）施加预应力时坑外土体抗力采用仅受压弹簧模拟；

（3）作用在腰梁上的水平力按均布荷载考虑。

2）计算模型

严格按照实际工程原型尺寸进行建模，其中腰梁、腹杆采用梁单元，对撑、角撑、

斜腹杆采用杆单元，钢绞线采用仅受拉杆单元，连接件由于刚度大，与单根H型钢

相比，可考虑成一个刚域，故连接件采用平面板单元。建立好的支护结构模型如图5

所示。

图5有限元模型

3）计算过程

数值计算按照预应力鱼腹式钢支撑安装先后顺序分为三个工况进行模拟。

工况1：激活除钢绞线以外的支撑结构网格组，施加边界土压力弹簧，施加对撑、

17

角撑预应力；

工况2：施加钢绞线预应力；

工况3：施加作用在腰梁上的水平荷载。

以上三个工况中，工况3为最不利工况，以下为工况3的计算结果。支撑位移图

及杆件轴力图分别如图6和图7所示（其余内力结果略）。

图6支撑总位移图

图7杆件轴力图

5、构件设计计算

根据平面整体计算得到的轴力、弯矩、剪力，可按本规程及现行国家标准《钢结构

设计规范》GB50017验算各杆件和节点的强度、稳定性和变形。

4.2.5预应力鱼腹式钢支撑体系，应按下列工况中最不利作用效应进行结构设计：

1钢支撑预应力施加；

2基坑开挖至各道支撑施工面；

3基坑开挖至坑底时；

4在主体地下结构施工过程中需要以主体结构构件替换支撑时；

18

5基坑各边水平荷载不对等的各种状况。

【条文说明】预应力鱼腹式钢支撑除了应与常规支撑一样需要针对基坑开挖工况和

换撑工况两种工况进行受力和变形计算复核以外，考虑到预应力鱼腹式钢支撑在

预应力施加阶段部分支撑构件尚未形成最终连接状态的情况，因此还需要对预应力

施加工况下的支撑受力和变形进行计算复核。

4.2.6对于连接件、钢绞线锚固节点等受力复杂的结构构件，宜进行应力分析和计算，

并应采取相应的构造措施。

4.2.7预应力鱼腹式钢支撑体系的承载力计算和变形验算，应符合下列规定：

1支撑构件应根据支撑体系整体计算结果进行受力复核；

2对撑、角撑及腰梁宜按压弯构件计算；

3支撑构件承载力计算应考虑施工偏心误差的影响，偏心距不宜小于支撑计算

长度的1/1000，且不宜小于40mm；

4支撑构件在计算轴向承载力时应考虑螺栓孔对截面削弱的不利影响；在计算

稳定性和变形时可不考虑螺栓孔的影响。

4.3预应力鱼腹梁

4.3.1预应力鱼腹梁按跨度可分为FS型(图4.3.1-1)、FA型(图4.3.1-2)、SS型(图4.3.1-3)。

鱼腹梁的型号及标准尺寸、平面布置应符合表4.3.1的规定。

表4.3.1预应力鱼腹梁的常用规格

标准尺寸（m）安装钢绞线的最张拉端标上弦杆H

型号

跨度L模数大数量（根）准件型号型钢型号

FS-4008～10130AF400H400

FA-40019～23172AS400H400

SS-40024～52172AS400H400

SS-42830～521144AS428H428

注：FS型鱼腹梁下弦钢绞线宜通过锚固端进行预应力的施加和固定;FA和SS型鱼腹梁下弦钢绞

线宜通过连接件上的锚具进行预应力的施加和固定。

19

图4.3.1-1FS型预应力鱼腹梁平面布置图

1-下弦钢绞线；2-连杆；3-直腹杆；4-桥架；5-锚固端；6-上弦梁

图4.3.1-2FA型预应力鱼腹梁平面布置图

1-下弦钢绞线；2-桥架；3-直腹杆；4-连杆；5-连接件；6-上弦梁；7-锚具

图4.3.1-3SS型预应力鱼腹梁平面布置图

1-下弦钢绞线；2-桥架；3-直腹杆；4-连杆；5-连接件；6-上弦梁；7-斜腹杆；8-锚具

4.3.2预应力鱼腹梁可根据承受的水平荷载和基坑变形控制要求，在满足本节承载力

计算的前提下，按附录A、C、F选择鱼腹梁型号及确定钢绞线的数量，并应符合下

列规定：

1鱼腹梁矢跨比及端跨钢绞线与上弦梁夹角应根据其对鱼腹梁刚度、承载力、

弯折锚固端摩擦损失、端部偏心矩及弯矩的影响综合确定；

2FS型、FA型鱼腹梁矢跨比宜为1/6～1/9，SS型鱼腹梁矢跨比宜为1/4～1/7；

3鱼腹梁端跨钢绞线与上弦梁夹角不宜大于40°。

【条文说明】本条给出了预应力鱼腹梁的常用规格以及标准模数。按照鱼腹梁的跨

度和承载力递增顺序，鱼腹梁常用规格有FS-400、FA-400、SS-400、SS-428。

预应力鱼腹梁选型过程一般为：首先结合基坑工程地质条件、环境保护要求以及基

坑挖深，通过计算确定基坑竖向支撑的道数，其后根据每一道支撑所承受的水平力，

查取附录F表格选择可适用的预应力鱼腹梁型号，最后根据可适用的预应力鱼腹梁

20

型号，并结合基坑形状、土方挖运及地下结构施工等综合因素合理布置预应力鱼腹

式钢支撑的平面。待支撑平面布置完成后还需经过整体平面或三维计算，复核位移

及承载力等，以最终确定所有构件的规格。

附录F为常用的、已在工程中得到实践的鱼腹梁型号，实际工程中可在满足本规程

规定的基础上，结合具体情况通过计算确定其他合理有效的鱼腹梁型号。

附录F中提供的FS、FA型鱼腹梁钢绞线与上弦梁夹角控制在23°，SS型鱼腹梁钢

绞线与上弦梁夹角控制在30°～38°。夹角越大，刚度及承载力越大，但因端部偏

心也变大从而导致端部弯矩增加，需综合考虑确定。承载力及变形计算满足要求时，

优先选用端部夹角较小的鱼腹梁。

矢跨比即计算矢高s（跨中钢绞线至上弦梁中心点的垂直距离）与计算跨径Ln+2L1

（图4.3.4）之比，和端部夹角有直接的关系，夹角越大，矢跨比越大。常见跨度的

鱼腹梁矢跨比详见附录F。

4.3.3预应力鱼腹梁的预应力装置应包括张拉端标准件和锚具。锚具的规格与数量应

根据设计钢绞线数量按表4.3.3选用。

表4.3.3锚具规格与数量表

钢绞线数量n（根）两端锚具总数（块）锚具规格张拉端标准件型号

n≤302AD30AF400

30≤n≤362AD36AS400

36≤n≤724AD36AS400

72≤n≤1086AD36AS428

108≤n≤1448AD36AS428

4.3.4预应力鱼腹梁钢绞线的设计计算应符合下列规定：

1鱼腹梁受力计算简图宜按图4.3.4采用；

（a）FS型鱼腹梁

21

（b）FA型鱼腹梁

（c）SS型鱼腹梁

图4.3.4鱼腹梁的受力计算简图

1-上弦梁（腰梁）；2-钢绞线；3-直腹杆；4-连接件（上弦梁端头）；5-连杆；6-对撑或角撑

2钢绞线与上弦梁夹角应按下式计算：

(4.3.4-1)

h1

式中:————部钢绞线与上弦梁夹角arctan (°)；1

L1————端部钢绞线与腰梁中心线交点到连接件端部的距离(m)；

L2————连接件端部到端侧直腹杆的距离(m)；

h2————端侧直腹杆高度(m)。

3钢绞线轴力设计值应按下式计算：

P=1.1(4.3.4-2)

練

=L-2()(4.3.4-3)

1

式中:P——钢绞线轴力设计值(kN)；

L——鱼腹梁跨度(m)；

Ln——鱼腹梁连接件端部净间距(m)；

L0——端部钢绞线与腰梁中心线交点到鱼腹梁端部的距离(m)；

22

q——预应力鱼腹式钢支撑体系的水平荷载设计值(kN/m)，即基坑支护结

构弹性支点法计算所得已考虑预应力作用的支点力设计值。

4钢绞线数量应按下式计算，且应在计算结果上增加5%作为备用钢绞线。钢绞

线数量应为偶数根。

(4.3.4-4)

式中:——钢绞线抗拉强度设计值(N/mm2),按现行国家标准《混凝土结构设

计规范》GB50010取值；

——单根钢绞线截面积(m2)，按现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》

GB/T5224取值；

k——钢绞线强度折减系数，取0.8。

【条文说明】鱼腹梁的钢绞线在施加预应力和使用过程中会在以下几个方面产生预

应力损失：1）钢绞线张拉过程中会因压实锚具而产生的锚固损失；2）在钢绞线张

拉锚固后，因钢绞线长度继续增加而导致的松弛损失；3）后序钢绞线张拉对前序钢

绞线已有内力产生的序次损失；4）在折线或曲线形钢绞线的端点、折点等处，张拉

时因接触面摩阻力而产生的摩擦损失；5）钢绞线张拉后变形增大造成的预应力损失；

6）钢绞线温度变化引起的损失；7）张拉系统引起的预应力损失等。因此预应力鱼

腹梁钢绞线除应选用低松弛高强度钢绞线、增加减摩措施、分级张拉、在钢绞线锁

定后进行补偿张拉外，根据已实施的大量鱼腹式钢支撑的基坑工程经验，计算的钢

绞线拉力乘以1.1倍放大系数，以弥补这些因素引起的预应力损失。

钢绞线强度设计值的确定，关系到结构安全可靠、材料有效利用、成本经济合理。

工程建设标准化协会标准《预应力钢结构技术规程》CECS212规定我国建筑工程中，

对重要的动力荷载作用下的钢绞线，其设计强度取极限抗拉强度fptk的40%～55%。

由于基坑钢支撑是临时结构，且不承受动力荷载，所以取55%，而根据现行国家标准

《混凝土结构设计规范》GB50010规定的钢绞线抗拉强度设计值fpy为极限抗拉强

度fptk的70%，所以本规程对钢绞线抗拉强度设计值在《混凝土结构设计规范》GB

50010fpy的基础上折减0.55÷0.7≈0.8。

4.3.5预应力鱼腹梁直腹杆、斜腹杆及连杆的强度及稳定性验算，应符合下列规定:

1直腹杆、斜腹杆及连杆内力宜按平面整体计算取值;

23

2杆件之间的连接宜按铰接计算;

3直腹杆宜按压弯构件计算，斜腹杆、连杆宜按轴心受力杆件计算。

【条文说明】预应力鱼腹式钢支撑杆件之间的连接节点基本上均采用端板平齐螺栓

连接的方式，翼缘与翼缘之间未连接，因此杆件之间连接节点按铰接考虑。

4.3.6腰梁强度、稳定性及变形验算应符合本规程第4.2.7条的规定。组合腰梁承载

力及变形计算时,应根据组合截面间的抗剪连接程度计算组合截面的模量及抗弯刚度。

【条文说明】预应力鱼腹式钢支撑体系中，腰梁为压弯构件，以承受轴力为主，弯

矩相对较小，由此组合腰梁不必按照完全抗剪连接进行设计。但考虑到组合型钢的

抗弯承载力与其界面抗剪连接程度有关，在进行组合腰梁的承载力和变形计算时，

其截面模量及抗弯刚度应按照界面的实际连接情况进行计算，可按现行国家标准《钢

结构设计规范》GB50017的有关规定进行计算。

4.3.7组合腰梁接合面抗剪连接件承载力的计算，应符合下列规定:

1组合型钢之间螺栓和H型标准件与混凝土冠梁(腰梁)之间锚栓的抗剪承载力

设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017取受剪和承压承载力设计值

中的较小者；

2组合腰梁接合面剪力的计算,应以弯矩绝对值最大点及零弯矩点为界限,划分

若干个剪跨区(图4.3.7-1)，逐段进行。每个剪跨内的平均剪力应根据下式计算；

練

图4.3.7-1组合腰梁弯矩图区段划分

，

（4.3.7-1）

練픐ᐿ

練練

式中:L————计算零弯矩点至弯矩绝对值最大点的间距(m);

g————计算剪跨区内的平均剪力设计值(kN);

Mi,max————计算段上的最大弯矩设计值(绝对值)(kN·m)。

練

24

3组合腰梁接合面处的平均剪应力应按下式计算；

=(4.3.7-2)

練

練

式中:——计算剪应力处以上截面对中和轴的面积矩練(m³);

组合截面惯性矩

——(m);

组合截面接合面宽度。

b練——(m)

4连接件以外区域组合腰梁接合面每米需要配置螺栓或锚栓数量应按下式计算，

且不宜少于6根M24。

（4.3.7-3）

練

（4.3.7-4）

練

式中:——每延米H型标准件与H型标准件接合面所需螺栓的数量(个/m)；

——每延米组合腰梁接合面所需锚栓的数量(个/m)；

——组合腰梁接合面处的平均剪应力设计值(kN/㎡)；

b——组合腰梁接合面的宽度(m)；

練

——单根螺栓的抗剪承载力设计值(kN)；

——单根锚栓的抗剪承载力设计值(kN)；

——考虑螺栓或锚栓弹性阶段受力不均的安全系数，取不小于3.0。

图4.3.7-2H型标准件组合腰梁

1——连接件;2——抗剪键;3——连接件区域;4——连接件以外区域

25

图4.3.7-3H型标准件——混凝土冠梁(腰梁)组合腰梁

1——连接件;2——抗剪键;3——连接件区域;4——连接件以外区域

5连接件区域组合腰梁接合面应配置螺栓或锚栓，其数量应根据腰梁弯矩以及

钢绞线和角撑或八字撑传来的剪力通过计算确定，必要时可以增设抗剪键措施。

【条文说明】鱼腹梁的上弦梁作为腰梁的一部分，剖面构造如图8所示。图8（a）

为H型标准件-混凝土冠梁（或腰梁）组合腰梁示意图，图8（b）为H型标准件组合

腰梁示意图，腰梁与挡土结构之间可采用如图所示T型传力件连接或其他更有效的

连接措施。多拼型钢之间采用螺栓连接，型钢与混凝土冠梁（或腰梁）之间采用锚

栓连接，锚栓可采用图9所示构造，浇筑混凝土前锚栓宜与混凝土梁内钢筋绑扎或

点焊固定。

（a）H型标准件-混凝土冠梁（或腰梁）组合腰梁(b)H型标准件组合腰梁

1—H型标准件；2—混凝土冠梁（或腰梁）；1—H型标准件；2—传力件；3—托架；

3—托架；4—挡土结构；5—锚栓；6—螺栓4—挡土结构；5—螺栓

图8腰梁的剖面图

26

图9型钢与混凝土之间锚栓连接构造

1—钢筋φ22；2—钢筋连接器M24×70；3—螺杆M24×60；4—型钢翼缘

本规程组合梁中抗剪连接计算时取实际的弯矩进行计算，考虑到弯矩作用下各个螺

栓（锚栓）的受力会不均匀，根据计算区段内剪力图为三角形，每一计算段内螺栓

（锚栓）承受的最大剪力为平均剪力的2倍，另由于螺栓（锚栓）排数较多而导致

的各个螺栓（锚栓）受力不均，强度折减系数至少取0.7，为防止受力最大螺栓（锚

栓）破坏后其他螺栓（锚栓）逐一破坏，综合考虑这两方面因素，本规程规定螺栓

（锚栓）受力不均匀的安全系数取不小于2÷0.7≈3.0。

连接件（图10）是对撑、角撑与鱼腹梁的汇合点，受力复杂且作用重要。连接件与

型钢或混凝土腰梁之间的界面剪力V主要由三部分组成：1）钢绞线张拉产生的剪力

F1；2）八字撑或角撑直接支撑在连接件之上产生的剪力F2；3）组合腰梁受弯引起

的剪力F3，此界面剪力V应通过计算在组合腰梁接合面设置螺栓（或锚栓）和抗剪

键等抗剪措施进行平衡。

(a)连接件与型钢腰梁连接

27

(b)连接件与混凝土冠梁(腰梁)连接

图10连接件区域抗剪构造

1—连接件；2—抗剪键；3—螺栓；4—锚栓；5—型钢腰梁；6—混凝土冠梁（腰梁）

4.3.8预应力鱼腹梁的设置、拼装与构造应符合下列规定:

1腰梁宜沿整个基坑周边连续设置，且形成完整的封闭体系；

2腹杆与腰梁交点之间的腰梁长度不宜大于4m；

3当鱼腹梁的直腹杆与斜腹杆相交节点与桥架中点的长度大于500mm时，直腹

杆之间应设置连杆；

4腰梁宜减少拼接节点，拼接节点应避开弯矩较大处，组合型钢拼接节点相互

错开的距离不应小于1000mm。腰梁拼接节点的承载力不应小于杆件的承载力；

5腰梁应设置加劲肋，加劲肋的间距不宜大于500mm。组合型钢腰梁加劲肋宜

对齐布置。鱼腹梁上弦梁与直腹杆和斜腹杆交接处也应设置加劲肋，加劲肋宜在腹

板两侧成对配置；

6腰梁H型标准件与混凝土冠梁(腰梁)之间锚栓的锚固长度不应小于锚栓直径

的15倍；

7直腹杆和斜腹杆交接处,应在直腹杆上设置与斜腹杆翼缘对齐的加劲肋；

8直腹杆两侧连杆与直腹杆交点宜重合，且宜在腹杆处设置加劲肋。

【条文说明】预应力鱼腹梁的构造和设计计算同等重要，本条规定能有效保证力的

传递、避免鱼腹梁杆件的局部失稳、增加鱼腹梁体系的超静定次数及抗连续倒塌性

能。由于鱼腹梁构造特殊，且均为装配式，节点繁多，所以必须加强构造要求。才

28

能保证基坑的变形控制及体系安全的基本需求。

腰梁连续封闭设置有利于传力和增加体系的冗余度，当因特殊情况或采用组合支护

体系形成不封闭腰梁时，应复核并加强钢腰梁与挡土构件之间的抗剪连接，以避免

产生不平衡受力。

锚栓由于受剪压作用，其锚固长度可按15d（d为锚栓直径）确定，若冠梁（或腰梁）

混凝土截面宽度小于锚栓锚固长度时，可采用弯锚5d且总长不小于15d的形式。

4.3.9钢腰梁与挡土结构的间隙可采用强度等级不低于C30的细石混凝土填充密实，

或者可设置T型传力件连接处理。

【条文说明】当腰梁与挡土结构之间设置T型传力件时，T型传力件与钢腰梁及挡土

结构之间应连续焊接。当挡土结构为灌注桩、型钢水泥土搅拌墙、钢板桩时，每根

支护桩均需设置T型传力件；当挡土结构为地下连接墙时，T型传力件间距不宜大于

1m。对三角连接件等受剪力较大区域，应在T型连接件基础上增加额外构造连接，

如增加浇筑细石混凝土并设置抗剪螺栓或抗剪键。当挡土结构为灌注桩或地下连续

墙时，传力件与挡土结构间采用过渡钢板连接，如图11(a）所示。当挡土结构为型

钢水泥土搅拌墙或钢板桩时，传力件与挡土结构间可直接焊接，如图11(b)所示。

(a)采用过渡钢板连接(b)直接焊接