(地下建筑结构)第四章(地下结构荷载计算)
地下室楼板承重荷载复核计算说明
楼板结构荷载计算说明
1、设计荷载：
Q=37.2 kN/m2(恒荷载)+6 kN/m2（活荷载）=43.2 kN/m2
2、镐头机施工荷载：
永久荷载标准值: ｑgk = 6.250kN/m2（楼板自重）
可变荷载标准值: ｑqk = 37.800kN/m2（镐土机接地比压33KN/㎡+每
平米支撑砼的自重4.8 KN/㎡）
注：镐头机接地比压=镐土机自重/履带面积+震动荷载=56kN/（3.6*0.5）㎡+2 KN/㎡=33KN/㎡
3、计算结果：
镐头机施工荷载略大于设计荷载，对楼板需要进行复核计算，计算结
果说明在施工荷载作用下，原人防区及非人防区设计配筋基础上的结构板挠
度变形、裂缝宽度验算、支座处裂缝验算等均在规范允许范围内，故方案可行。
计算书附后。
地下结构设计
2.1 静止土压力如何确定。
当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用于结构上的侧向土压力称为静止土压力。
其值可根据弹性变形体无侧限变形理论或近似方法求得。
2.2 库伦理论的基本假定：1挡土墙后土体为均质各向同性的无粘性土；2挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题；3挡土墙后产生主动、被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面通过墙踵的平面；4墙顶处的土体表面可以是水平面也可以是倾斜面；5在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件2.3 朗肯土压力的基本假定：1挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面与土层之间的摩擦力；2挡土墙后填土的表面水平，为半无限空间；3挡土墙后填土处于极限平衡状态2.4 围岩压力概念：位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。
影响因素：岩体结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸及形状、支护的类型及刚度、支护结构上的压力2.5 围岩压力计算的两种理论方法：按松散体理论计算围岩压力，按弹塑性体理论计算围岩压力。
前者考虑到了岩体裂隙和节理的存在，岩体被切割为互不联系的独立块体，将真正的岩体代之以某种具有一定特性的特殊松散体。
2.6 弹性抗力的概念：在靠近拱脚和边墙部位，结构产生压向底层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构变形从而产生对结构的反作用力。
影响因素：结构的变形、地层的物理力学性质。
2.7 弹性抗力的确定：目前采取两种理论。
一为局部变形理论，认为弹性地基某点上施加的外力只会引起改点的沉陷；另一种为共同变性理论，认为弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。
2.8 温克尔假定：把地基模拟为刚性支座上一系列的弹簧，当地基表面上某一点受压力P时，由于弹簧是彼此独立的，故只在局部产生沉陷y，而在其他地方不产生任何沉陷。
3.1 弹性地基梁两种计算模型的区别：局部弹性地基模型没有考虑地基的连续性，不能全面的反映地基梁的实际情况。
地下结构设计智慧树知到答案章节测试2023年华北科技学院
第一章测试1.地下建筑结构是埋置在地层内部的结构。
可以是自然形成的还可以是人工修建的，人工修建的地下结构各部分均不能利用地面建筑的理论和方法进行设计（）。
A:对B:错答案:B2.地下建筑结构与地面建筑结构区别（）A:介质环境不同B:施工方法不同C:设计理念不同D:计算理论不同答案:ABCD3.隧道是最常见的地下结构形式，根据其所在的位置可分为三大类（）A:水下隧道B:山岭隧道C:交通隧道D:城市隧道答案:ABD4.地下结构断面形式受到哪些影响因素（）A:施工方案B:使用要求C:受力条件D:水纹状态答案:ABC5.地下结构设计的初步设计阶段主要是在满足使用要求的情况下，解决设计方案的（），并提出投资、材料、施工等指标。
A:经济上的合理性B:结构荷载标准值C:资金筹备途径D:技术上的可行性答案:AD第二章测试1.结构响应是指分析计算影响拟建结构的各种各样作用会对结构产生什么样的作用效应，包括使结构产生内力和变形（）A:对B:错答案:A2.活荷载指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。
下列属于地下结构上常见的活荷载的是（）。
A:车辆荷载B:地面堆载C:弹性抗力D:吊车荷载答案:AB3.在地下结构设计中对衬砌结构起控制作用荷载是（）A:地层压力B:结构自重C:水压力D:弹性抗力答案:A4.由《土力学》的学习我们可知土体具有材料和荷载的双重属性。
当我们验算是土地能否承受其竖向压力，变形大小时是研究的地基土的（）属性A:弹性B:荷载C:材料D:三相答案:C5.岩层洞室埋深100m，洞室开挖宽度2a=6.0m，高h=9m。
土体重度γ=18kN/m3,黏聚力c=0.2MPa，内摩擦角φ=30º，求此地下结构物上部能否形成岩石拱，如果能，请计算结构顶板的最大竖直围岩压力集度是（）kN/m。
A:200B:302C:214D:170答案:C第三章测试1.本章学习地下结构设计原理与计算方法是为了解决地下（）的相关理论，具体的计算方法还要根据结构形式和施工方法来确定。
第四章 地下建筑结构的计算方法22页PPT
0.8
永久交通洞
1.3
以Q法为基础的岩石支护设计简图
Q系统支护卡
§3 荷载结构法
方法：
先给出地层对结构的荷载（土、水压力），再按 结构力学方法计算。 关键是荷载的确定方法。
§4 地层结构法
将地层与结构视为一整体来进行分析，考虑地 层-结构的共同作用。
求解方法： 解析法 数值法
§4 地层结构法
较可靠的方法：综合采用结构计算、经验 判断和实地量测相结合的“信息化设计” 方法。
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§5 收敛限制法
认为地层有一定的自承能力，支护的目的是 将地层加强，二者共同作用。 监测反馈、适时支护。
收敛限制法： 又称特征线法或变形法，是一种以理论为基
础、实测为依据、经验为参考的隧道设计方法。 由法国人1978年在新奥法的基础上提出。
§5 收敛限制法
收敛线概念： 据地层及洞室情况可有弹性、塑性、松动等三 段。
§4 地层结构法
有限元法： 适用性强（各种地层、洞室，非线性，施
工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。输 入参数不正确，则给出错误结果。
§5 收敛限制法
基本思想来源于新奥法（NATM—New Austrian Tunneling Method）。 NATM要点：
在施工过程中量测洞室收敛位移，以判断洞室 稳定性及支护结构的加固效果，并据此对设计 进行必要的修改。
限制线概念：
支护时间和结构刚度的 合理选择：（图 ）
§5 收敛限制法
收敛线的确定： 解析法，难，不同部位的收敛线不一样； 有限元方法； 现场实测法
限制线的确定：与上类似
思想合理，但实际应用上尚待进一步发展
小结
地下建筑结构(4)
框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多，中隔 墙的刚度相对较小，将中隔墙一般视为只承 受轴力的二力杆，
图4－8 纵梁和柱计算简图
浅埋地下建筑中的闭合框架，如地铁 通道、过江隧道、人防通道等，通常多平 面变形问题，计算时沿纵向取一单位宽作 为计算单元，对地基也截取相同的单位宽 并把它看作一个弹性半无限平面。 在静荷裁作用下的地下闭合框架， 可将地基梁作弹性半无限平面，按这个假 定计算框架结概通常称为弹性地基上的框 架。 框架的内力分析可采用如图所示的 计算简图，与一般平面框架的区别即在于 底板承受末勿的地基弹性反力而使内力分 析变为复杂。
S h h1 3
5.3.4抗浮计算
K Qg Qf 1.10
Qg 为结构自重、设备重量及上部覆土
重之和，但对箱体施工完毕后工况，仅 考虑结构自重； Q f 为浮力。
4.4 构造要求
4.4.1配筋形式
4.4.2混凝土保护层厚度
保护层最小厚度常比地面结构增加510mm。通常可按照“混凝土结构设计规 范”（GB50010-2002）规定采用，其环 境类别应属b类。
【例题3-1】 一单跨闭合的钢筋混凝土框架通道，置于弹性 地基上，几何尺寸如图3-29(a)所元 捞梁承受均布荷载2tm2， 材料的弹性模量E＝14×105t／m2，泊桑比μ＝0.167，地基的 形变模量E0＝5000t／m2，泊桑比μ0＝0.3， 设为平面变形问 题，绘制框架的弯矩图。
增加斜托，斜托的斜度控制在1：3左右比较 合适。转角部分的钢筋布置如图。
4.4.7变形缝的设置
伸缩缝和沉降缝 ， 变形缝的间距在 30m左右。 嵌缝式：结构内部 槽中填以沥青胶或 由环氧树脂和煤焦 油合成的环煤涂料 等，也可以在外部 贴防水层。
重庆大学版《地下结构设计》1-10章习题答案
第一章1.简述地下结构的概念和特点。
概念: 地下结构是指在保留上部地层（山体或土层）的前提下, 在开挖出能提供某种用途的地下空间内修筑的建筑结构。
特点:（1）地下空间内建筑结构替代了原来的地层, 结构承受了原本由地层承受的荷载。
在设计和施工中, 要最大限度发挥地层自承能力, 以便控制地下结构的变形, 降低工程造价。
（2）在受载状态下构建地下空间结构物, 地层荷载随着施工进程发生变化, 因此, 设计时要考虑最不利的荷载工况。
（3）作用在地下结构上的地层荷载, 应视地层介质的地质情况合理概化确定。
（4）地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大, 设计前必须弄清地下水的分布和变化情况。
（5）地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力工况, 注意合理利用结构反力作用, 节省造价。
（6）在设计阶段获得的地质资料, 有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。
因此, 地下结构施工中应根据施工的实时工况动态修改设计。
（7）地下结构的围岩既是荷载的来源, 在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。
（8）当地下结构的埋置深度足够大时, 由于地层的成拱效应, 结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。
2.简述地下结构的分类与形式。
按断面形式分类: 1）矩形2）圆形3）拱形4）其他形式按使用功能分类: 可分为生活设施、城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施等按结构形式及施工方法分类: （1）喷锚结构（2）复合衬砌结构（3）盾构结构（4）沉管结构（5）沉井结构（6）地下连续墙结构（7）其他结构按与地面结构联系情况分类（1）附建式结构（2）单建式结构按埋置深度分类1）浅埋地下结构2）深埋地下结构3.简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论1.刚性结构阶段: 压力线理论该理论认为地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构, 所受的主动荷载是地层压力, 当地下结构处于极限平衡状态时, 它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系, 铰的位置分别假设在墙底和拱顶, 其内力可按静力学原理进行计算。
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完整版地下建筑结构课程设计计算书一、设计题目（1 ）设计任务1、将某浅埋地下通道结构进行结构设计2、确定结构构件的截面尺寸。
3、确定结构的计算简图。
4、各构件的荷载、内力及配筋计算。
5、手绘和计算机绘制结构配筋图。
（2）基本资料某浅埋地下通道结构尺寸示意下所示。
1、埋置深度： 9.8m 。
2、地下水位：自然地面以下7m 。
3、土层①：粉质粘土，重度、内摩擦角、粘聚力分别为 r1=18kN/m，c =10kN/m，φ =15 °。
土层②：粘土，重度 =17kN/m，c =25kN/m，φ =15 °土层 3 ：粘土，天然重度 =17.5kN/m饱和重度 =19.5kN/m， c =27kN/m，，φ =17 °4、土层厚度以埋置深度为界。
5、水土压力分项系数： 1.2 。
6、地面超载荷载分项系数：地面活载荷载分项系数为 1.4 。
地面恒载荷载分项系数为 1.2.7、混凝土强度等级为C30 ；重度为 25kN/m；弹性模量为 1.4 10MPa ；泊松比为0.167 。
8、钢筋等级为 HPB335 。
9、地基变形模量为50MPa ；泊松比为 0.3 。
（3）计算假定1、结构刚度远大于地基土的刚度。
2、不考虑结构侧向位移。
3、计算时忽略加腋的影响。
4、考虑荷载最不利组合。
（4）参考规范1、《混凝土结构设计规范》——GB50010-20102 、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》——JTGD62-20043、《公路桥涵地基与基础设计规范》——JTGD63-20074、《公路桥涵设计通用规范》——JTG D60-20045、《建筑结构制图标准》——GBT50105 — 2001二、荷载计算 .（1）顶板荷载计算1、覆土压力：q土r i h i 18317 4 (19.510) 2.8 148.6KN / m22、水压力：q水r w h w10 2.828KN / m 23、顶板自重： q d 25 0.615KN / ㎡4、地面恒载及活载： q 1.4 p1 1.2 p2 1.4 8 1.24 16KN/m25、综上所述， q顶 1.2 （148.628 15） 16245.92KN/ ㎡（2）板底荷载计算q底q顶p（0.60.6 0.4） (4.73 1.2) 0.6 25 / 8.4256.00KN / ㎡245.92L（3）地基反力计算地下通道结构刚度远大于地基土的刚度，故假定地基反力为直线分布。
同济大学地下建筑结构习题集
同济大学土木工程学院COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING地下建筑结构教学大纲授课教案多媒体教学课件授课录像习题集课程试卷课程内容及组织实践教学教学研究申报附件习题集习题集第一篇总论第一章绪论思考题1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。
1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。
第二章地下建筑结构的荷载思考题2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。
2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？2.4 静止土压力是如何确定的？2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？2.8 如何计算分层土的土压力？2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。
2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？2.14 什么是“脱离区”？2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？2.16 简述温克尔假定。
2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。
习题2.1 用朗肯土压力公式计算图示挡土墙上主动土压力分布及其合力。
已知填土为砂土，填土面作用均不荷载q＝20kPa。
(土的物理指标见下图）2.2 用水土分算法计算图示挡土墙上主动土压力分布及水压力分布图及其合力。
已知填土为砂土。
(土的物理指标见下图）第三章弹性地基梁理论思考题3.1 什么是弹性地基梁，其作用是什么，它与普通梁的区别？3.2 弹性地基梁计算理论的基本假设有那些？3.3 简述弹性地基梁两种计算模型的区别。
地下空间结构
地下工程结构第一章绪论1简述地下建筑结构的概念及形式：地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。
包括衬砌结构和内部结构两部分。
衬砌结构主要起承重和围护作用地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。
根据地质情况差异可分为土层和岩层内的两种形式。
土层地下建筑结构分为①浅埋式结构②附建式结构③沉井（沉箱）结构④地下连续墙结构⑤盾构结构⑥沉管结构⑦其他如顶管和箱涵结构。
岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形，还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。
2.地下建筑结构的工程特点：①建筑结构替代了原来的地层（承载作用）②地层荷载随施工过程是发生变化的③地质条件影响地层荷载④地下水准结构设计影响大④设计考虑施工、使用的整个阶段⑤地层与结构共同的承载体系⑥地层的成拱效应。
3.地下建筑地上建筑结构地上建筑区别：计算理论设计和施工方法不同，地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂，因为地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。
第二章地下建筑结构的荷载1.地下建筑荷载分哪几类：按其存在的状态，可以分为静荷载（结构自重，岩土体压力）、动荷载（地震波，爆炸产生冲击）和活荷载（人群物件和设备重量，吊车荷载）、其他荷载。
2.土压力可分为几种形式？其大小关系如何？土压力分为静止土压力E0、主动土压力力Ea、被动土压力Ep，则Ep>E0>Ea3.简述围岩压力的概念及影响因素：围岩压力就是指位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。
分为松散、膨胀、变形、冲击围岩压力。
影响围岩压力的因素很多，主要与岩体的结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸与形状、支护的类型和刚度、施工方法、洞室的埋置深度和支护时间等因素相关。
其中岩体稳定性的关键之一在于岩体结构面的类型和特征。
4.简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？地下建筑结构除承受主动荷载作用外（如围岩压力、结构自重等），还承受一种被动荷载，即地层的弹性抗力。
地下建筑结构的计算方法详解
Q(x)+d Q(x) 剪力图上某点处的切线斜率等
M(x)
于该点处荷载集度的大小。 dx M(x)+d M(x) 弯矩图上某点处的切线斜率等 于该点处剪力的大小。
Q(x)
静定结构位移计算的一般公式
N du Qdv Md R c
当结构只受载荷作用的影响时，支座不移动
第四章 地下建筑结构的计算方法
本讲内容
1 计算方法的发展现状和计算方法
2 荷载结构法
3 地层结构法
4
算例
§ 1.计算方法现状和计算方法
早期，经验设计； 19世纪初 刚性结构的计算理论，如压力线理论等； 19世纪后期，弹性连续拱形框架计算理论，并据以进行截面 设计； 随后，地下建筑结构在主动荷载作用下发生弹性变形的同 时，将受到地层对其变形产生的约束作用。将这类约束作用假 设为弹性抗力，地下建筑结构的计算理论便有了与地面结构不 同的特点。由此建立了典型的假定抗力方法、弹性地基梁的力 法（1956）、角变位移法及不均衡力矩与侧力传播法等 ； 20世纪以来，按连续介质力学理论，已经建立的方法既有解 析解和数值计算法； 20世纪70年代，新奥法，仿真计算技术，反馈设计方法。
c＝0，位移计算公式为：
N du Qdv Md
N Q M 虚设力状态中单位力所 产生的内力。
du、dv、d 为微段的变形
b. 超静定结构内力与位移计算
力法 位移法 力矩分配法
矩阵位移法
弹性地基梁
力法与位移法
力法：
以多余力为 基本未知量 位移条件 求多余力 其它反力 内力
图4-1收敛限制法原理的示意图
§ 2、荷载结构法
荷载结构法认为地层对结构的作用只是产生作用在地 下建筑结构上的荷载（包括主动地层压力和被动地层抗 力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形，由此建立的 计算方法称为荷载结构法。
YJK地下室计算
YJK地下室计算地下室的结构计算首先需要确定地下室的设计荷载。
设计荷载一般包括垂直荷载（如建筑自重、楼层荷载）、水平荷载（如风荷载、地震荷载）和温度荷载等。
根据设计荷载，可以计算出地下室的垂直和水平受力情况，包括地下室的抗拉、抗压、抗弯和抗剪承载力等。
在地下室的结构计算中，常用的方法包括弹性分析和塑性分析。
弹性分析是指假设地下室的结构在荷载作用下仍然处于弹性阶段，可以使用弹性力学原理和有限元分析方法来计算地下室的应力、应变和位移等。
塑性分析是指考虑结构破坏的可能性，即结构处于塑性阶段，可以根据材料的塑性特性和破坏准则来计算地下室的极限荷载和破坏模式。
地下室的计算还需要考虑土壤的力学性质和相互作用。
土壤的力学性质包括土壤的抗剪强度、压缩性和侧向支撑能力等。
在地下室的结构计算中，需要考虑土壤的水平和垂直支撑作用，以及地下室结构和土壤之间的相互作用。
常用的土壤-结构相互作用分析方法包括两者之间的界面模型和直接计算模型。
除了结构计算，地下室的计算还需要考虑地下室的防水和排水设计。
地下室的防水设计包括防水层材料的选择、施工方法和施工质量的控制，以及地下室内外的排水系统和雨水收集系统的设计。
地下室的排水设计需要考虑地下室的地下水位和地下水流动的影响，以确保地下室的排水系统能够有效地排除地下水和表面水。
在进行地下室计算时，还需要考虑地下室的施工方法和施工顺序。
地下室的施工方法包括明挖法、盖板法和顶板法等，每种施工方法都有其优点和适用的条件。
施工顺序可以有不同的选择，根据地下室的结构特点和施工条件，确定最合适的施工顺序，以确保地下室的施工进度和质量。
综上所述，YJK地下室计算是一个综合性的工程计算，它需要考虑地下室的结构稳定性、安全性和可靠性，以及土壤的力学性质和相互作用，防水和排水设计，施工方法和施工顺序等因素。
只有通过科学严谨的计算和评估，才能确保地下室的设计和施工质量，保证地下室的使用安全。
地下建筑结构复习资料
绪论:地下结构的定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。
结构形式：断面形式：矩形、梯形、直角拱形、马蹄型、仰拱型、圆形。
影响因素：由受力条件来控制；结构型式也受使用要求的制约支护形式：1.防护型支护：以封闭岩面，防止周围岩体质量的进一步恶化或失稳为目的。
2.构造型支护：支护结构满足施工及构造要求，防止局部掉块或崩塌而逐步引起整体失稳。
3.承载型支护：承载型支护应满足围岩压力，使用荷载、结构荷载及其它荷载的要求，保证围岩与支护结构的稳定性。
发展的三个阶段：刚性结构阶段，弹性结构阶段，连续介质阶段现代支护理论的特征：(1) 对围岩和围岩压力的认识方面：传统支护理论认为围岩是荷载的来源，是支撑的对象。
现代支护理论则认为围岩具有自承能力。
围岩也是支护材料，可以通过加固围岩而保证结构的稳定。
(2) 在围岩和支护间的相互关系上：传统支护理论把围岩和支护分开考．围岩当作荷裁、支护作为承载结构，现代支护理论则将围岩和支护作为一个统一体，二者相互作用，共同变形。
(3)在支护功能和作用原理上：传统支护结构只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时稳定和加固围岩。
保证围岩的稳定性。
(4)在设计计算方法上：传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，而现代支护理论将围岩与支护作为共同的承载结构。
(5)在支护形式和工艺上：以加固围岩为主要支护手段：如锚杆、锚索、喷射混凝土、注浆等。
地下结构的计算特点：（1）必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响；（2）地下工程周围的地质体是工程材料、承载结构，同时又是产生荷载的来源；（3）地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结构体系的安全性；（4）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑围岩的稳定性；（5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥困岩自承力；（6）地下结构的开挖过程是卸载过程，而不是加载过程。
地下建筑结构课件 第04章 弹性地基梁理论
xa ) − xa
)
)
(
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xb )
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O
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q 2α
ϕHale Waihona Puke (x−xa )中国大学MOOC
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= ∆yq
q bk
(φ1( x−xb )
φ − ) 1( x−xa )
∆θq
=− qα
bk
= ∆M q
q
2α 2
(φ4( x−xb ) (φ3( x−xb )
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S
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S0
O
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Po
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Pu
P
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§4.1 弹性地基梁及挠曲线方程
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斤 顶
千
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K为土弹簧的刚度系数（kN·m-1） k为抗力系数（kN·m-1） A为土弹簧的控制面积（m2）
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承压板
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ϕ2
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M0
1 4α 3EI
+
习题集课程试卷_地下建筑结构
10.10隧道衬砌结构的防水、抗渗都可以采取那些措施。
第十一章沉管结构
11.1沉管运输中干舷设计的意义。
11.2沉管结构设计的方法和原则。
11.3沉管管段之间连接处理的方法。
11.4沉管基础的处理措施有那些？
第十三章顶管、管幕及箱涵结构
13.1保证顶管工程的成功实施，需要解决好那些关键问题？
13.2常用的顶管工具有那些？
13.3阐述中继接力顶进技术的原理。
第三篇 岩石地下建筑结构
第十四章整体式隧道结构
14.1什么是半衬砌结构及其使用范围？
14.2半衬砌结构的计算简图？
14.3直墙拱结构的优缺点有那些？
14.4直墙拱结构的计算简图及计算原理？
习题
图示一双跨对称的框架。几何尺寸及荷载见图中。底板厚度0.5m材料的弹性模量E=2.0×107kN/m2，地基的弹性模量Eo=5000kN/m2。设为平面变形问题，绘出框架弯距图。
第七章附建式大楼地下室
思考题
7.1附建式大楼地下室的结构形式有哪些。
7.2附建式大楼与主楼间的基础连接处如何处理。
7.3如何考虑主楼的基础荷载对附建式大楼结构受力的影响。
14.5简述直墙拱结构的设计计算步骤。
第十五章喷锚结构
15.1什么是喷锚支护？它与传统的模注混凝土衬砌相比有那些优点？它与新奥法有何关系？
15.2喷锚支护的工艺特点和作用机理？
15.3从体现现代支护原理角度浅谈喷锚支护的设计与施工原则。
15.4什么是复合衬砌？其受力变形的特点？
15.5二次衬砌的主要作用以及其结构设计的基本要求？
2.10考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？
地下建筑结构地道式结构
back
（1）当洞顶出现切向拉应力σθ时 0 1/ 3
p0 c ctg
sin BC
1 2
ABpc1 2 Nhomakorabea2c cos 1 sin
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（二）土洞的局部稳定性评价 back
（2）当土洞周边切向压应力为σθ时
sin BC
1 2
AB
pc
1 2
2c cos 1 sin
土洞稳定性的控制条件
地道式结构的施工方法：矿山法 适用条件
up
建筑工程学院
地道式结构的概念
back
在土层中采用矿山法开挖出（人工或机械）所需 空间后，为保持这一空间修筑的永久性衬砌。 它主要承受周围地层的变形或坍塌而产生的垂直土层 压力和较大的侧向土层压力。
1—砖块；2—预制混凝土块；3—毛料石；4—混凝土块或砖块；5—预制钢筋混凝土拱；6—浆砌毛石；7—混凝土墙或砖墙；
用开挖地下坑道的作业方式修建隧道的施工方法。矿山法 是一种传统的施工方法。
它的基本原理是，隧道开挖后受爆破影响，造成岩体破裂 形成松弛状态，随时都有可能坍落。基于这种松弛荷载理 论依据，其施工方法是按分部顺序采取分割式一块一块的 开挖，并要求边挖边撑以求安全，所以支撑复杂，木料耗 用多。随着喷锚支护的出现，使分部数目得以减少，并进 而发展成新奥法。
建筑工程学院
地道开挖后的变形及其控制
back
土层的膨胀变形
切向应力超过土体强度，在外侧径向应力共同作用下，地层向土洞内 变形，使土洞几何形状产生向洞内缩小的现象。
在变形剧烈时，弹性理论已不满足，地层膨胀变形将难以控制。
短开挖、及时支撑、快衬砌和工序紧跟 随挖随衬随回填
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(地下建筑结构)第四章(地下结构荷载计算)
25
第三阶段：共同作用理论阶段
没能科学地确定坍落拱的高度及其形成过程，更没有认识到 稳定围岩和充分发挥围岩的自承作用问题。
20世纪50年代以来，岩石力学开始成为一门独立的学科，围 岩弹性、弹塑性及粘弹性解答逐步出现，锚（杆）喷（射混 凝土）支护及新奥法（新奥地利隧道设计施工）的兴起，终 于形成了以岩石力学原理（围岩）及弹性力学（结构）为基 础的、考虑支护结构与围岩共同作用的地下现代支护理论。
应予指出，后期提出的计算方法一般并不否定前期的研究成果。 鉴于岩土介质性质的复杂多变性，这些计算方法一般都有各自 的适用场合，但都带有一定的局限性。
33
确定围岩压力的方法可分为三种：
现场实测 理论计算：代表性方法为普氏理论、泰沙基理论，至
立交渡槽流水压力 温度变化的影响力
冻胀力
11
偶
然
12
荷
13
载
落石冲击力
地震力
施工荷载
12
注：[1]设计隧道结构时，按其可能出现的最不利情况组合。
表4-2 铁隧道设计规范（TB10003-2001,J117-2001）的隧道作用（荷载）分类
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
24
第二阶段：散体压力理论阶段
代表性人物是泰沙基（K.Terzaghi，太沙基）和普罗托 季亚科诺夫（普氏，M.M. Лротдъяконов）。
认为当地下工程埋藏深度较大时，支护上的压力只是 围岩坍落拱内松动岩体的重量，坍落拱的高度与地下 工程的跨度及围岩的性质有关。
太沙基认为坍落拱为矩形，而普罗托季亚科诺夫认为 是抛物线形。
地下结构的荷载结构计算方法
地下结构的荷载结构计算方法地下结构的荷载结构计算方法是指根据地下结构所受的荷载作用，通过一系列的计算方法来确定结构的设计参数和安全性能。
地下结构通常指地下室、地下车库、地下通道等建筑结构。
由于地下结构的特殊性，荷载计算需要考虑地下水压力、土压力以及其他附加荷载等因素。
一、地水压力的计算方法地下结构受到地下水的压力是一个重要的荷载作用，需要通过计算来获取。
常用的计算方法有：1.地下水位线法：根据地下水位的高度，确定地下水所产生的压力。
一般情况下，通过核查现场地下水位线的高度，按照压力计算公式来计算地下水的荷载。
2.土压力系数法：通过计算地下水位下方土体的有效应力和压力系数，定量计算地下水的压力。
根据土层特性、施工方法、结构形式等情况，选择合适的土压力系数进行计算。
二、土压力的计算方法土压力是地下结构所受到的另一个主要荷载，主要由土层的自重和水平方向的土力产生。
常用的计算方法有：1.应力分析法：根据地下结构的几何形状、土壤的物理力学性质、施工状态和地下水位等因素，采用弹性力学或塑性力学的方法来确定土的应力分布。
利用应力分布来计算土压力。
2.摩尔库伦方向法：根据地下结构周围土体的应力状态，利用土体内摩尔库伦弯矩的平衡关系，计算土压力的大小和分布。
三、其他附加荷载的计算方法地下结构还需要考虑一些其他附加荷载，例如地震荷载、温度荷载、车辆荷载等。
1.地震荷载：根据地震活动区的设计地震动参数，采用地震设计规范中的计算方法，确定地下结构所受到的地震荷载。
2.温度荷载：根据地下结构的材料特性和施工方式，估计地下结构受到的温度变化所引起的荷载。
一般采用材料的线膨胀系数来计算温度荷载。
3.车辆荷载：如果地下结构是地下车库或通道，需要考虑车辆荷载。
根据通行车辆的类型和荷载标准，计算车辆荷载的大小和分布。
综上所述，地下结构的荷载结构计算方法主要包括地水压力的计算方法、土压力的计算方法和其他附加荷载的计算方法。
通过合理的计算方法，可以确保地下结构的设计参数和安全性能满足规定要求，保证结构的安全可靠。
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4.3 岩土体压力的计算方法
土压力是土与挡土结构之间相
互作用的结果，它与结构的变位有
着密切关系。
立交渡槽流水压力 温度变化的影响力
冻胀力
11
偶
然
12
荷
20211/33/8
载
落石冲击力
地震力
施工荷载
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注：[1]设计隧道结构时，按其可能出现的最不利情况组合。
表4-2 铁隧道设计规范（TB10003-2001,J117-2001）的隧道作用（荷载）分类
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 210621/3/8 17
分为基本可变荷载和其它可变荷载两类。
基本可变荷载，即长期的、经常作用的变化荷载， 如吊车荷载、设备重量、地下储油库的油压力、车辆、 人员等荷重人群荷载等。其它可变荷载，即非经常作 用的变化荷载，如温度变化、施工荷载（施工机具， 盾构千斤顶推力，注浆压力）等。
（3）偶然（特殊）荷载
偶然发生的荷载，如地震力或战时发生的武器爆
钢筋混凝土结构在爆炸动载作用下只需进行强度计算，不 作裂缝验算。
2021/3/8
15
4）安全系数 结构在静载作用下的安全系数可参照有关规范确定。 对于地下建筑结构，如施工条件差，不易保证质量和荷载
变异大时，对混凝土和钢筋砼结构需考虑用附加安全系数1.1。 静载下的抗裂安全系数不小于1.25，视工程重要性，可予
动载） 2021/3/8
10
4.1.2 荷载组合
✓ 指将可能同时出现在地下结构上的荷载进行编组， 取其最不利组合作为设计荷载，以最危险截面中 最大内力值作为设计依据。
✓ 我国公路和铁路隧道设计规范中给出的永久、可
变及偶然荷载（在铁路隧道设计规范中采用概率
极限状态设计法时称为作用）参见表4-1和表4-2。
按结构力学计算。考虑抗爆动载时，允许考虑由塑性变形引
起2的021内/3/8 力重分布。
14
4.2 荷载的确定方法
3）截面计算原则 结构截面计算时，按总安全系数法进行，一般进行强度、
裂缝（抗裂度或裂缝宽度）和变形的验算等。混凝土和砖石结 构仅需进行强度计算，并在必要时验算结构的稳定性。
钢筋混凝土结构在施工和正常使用阶段的静荷载作用下， 除按强度计算外，一般应验算裂缝宽度，根据工程的重要性， 限制裂缝宽度小于0.10~0.20mm，但不允许出现通透裂缝。对较 重要的结构则不能开裂，即验算抗裂度。
提高。 结构在爆炸荷载作用下，由于爆炸时间较短，而荷载很大，
为使结构设计经济和配筋合理，其安全系数可以适当降低。 5）材料强度指标
一般采用工业与民用建筑规范中的规定值，亦可根据实际 情况，参照水利、交通、人防和国防等专门规范。
结构在动载作用下，材料强度可以提高；提高系数见有关 规定。
2021/3/8
可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载:
（1）永久（主要）荷载
即长期作用的恒载，主要包括：结构自重；回填
土重量；围岩压力；弹性抗力；静水压力（含浮力）；
混凝土收缩和徐变影响力、预加应力及设备自重等。
地层压力和结构自重是衬砌承受的主要静荷载，弹性
抗20力21/3是/8 地下结构所特有的被动荷载。
8
（2）可变（附加）荷载
附加荷载
附加荷载
13
特殊荷载
4.2 荷载的确定方法
4.2.1 确定依据
(1) 依据规范：
当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条
例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵
守各有关规范 。
(2) 设计标准
1）根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定。
2）地下建筑结构材料的选用
3）地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可
荷载分类 永久作用
可变作用 偶然作用
荷载名称
结构自重 结构附加恒载
围岩压力 土压力
混凝土收缩和徐变的影响 列车活载
活载所产生的土压力 公路车辆荷载 冲击力
渡槽水流压力（设计渡槽明洞时） 制动力
温度变化的影响 灌浆压力 冻胀力
施工荷载（施工阶段的某些外力） 落石冲击力 地震力
荷载分类
恒载 活载
主要荷载
炸冲2021击/3/8 动荷载。
9
4.1.2 荷载组合
各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最
不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结
构各部件截面的内力，再进行最不利的内不利的荷载组
合一般有以下几种情况：
（一）静载；
（二）静载+活载；
（三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹
2021/3/8
4
2021/3/8
5
2021/3/8
6
其他荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中， 除有以上主要荷载的作用外，通常还有：混凝土材 料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）、 温度变化等受到约束而产生的内力。
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地下结构所承受的荷载，按其作用特点及使用中
可能出现的情况分为以下三类，即永久（主要）荷载、
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3
活荷载：
指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其 大小和作用位置都可能变化。
如地下建筑物内部的楼板地面荷载（人群物件和
设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。地面附近的堆 积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程 中的临时性荷载。 动荷载：
要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武 器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载， 这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计 时，应计算地震波作用下的动荷载作用 。
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表4-1 公路隧道设计规范（JTJ026-90）的隧道荷载
编号
荷载分类
荷载名称
1
永
2
久
荷
3
载
4
（恒载）
围岩压力 结构自重力 填土压力 混凝土收缩和徐变影响力
5
基本
6 7
可变 可 荷载 变
8
荷 载 其它
9
可变
10
荷载
公路车辆荷载、人群荷载 立交公路车辆荷载及其所产生的土压力 立交铁路列车活载及其所产生的土压力
第四章
地下建筑结构荷载
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本讲内容
• 荷载种类和组合 • 荷载确定方法 • 岩土体压力的计算方法 • 初始地应力、释放荷载与开挖效应 • 弹性抗力 • 其他荷载
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4.1 荷载种类和组合
4.1.1 荷载种类
按存在状态分为：静荷载、动荷载和活荷载等 静荷载：又称恒载。是指长期作 用在结构上且大小、方向和作用 点不变的荷载，如结构自重、岩 土体压力、弹性抗力和地下水压 力等 ；