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。

岩土体将制止结构的变形，从而产生了对结构的反作用力，对这个反作用力习惯上称弹性抗力。

弹性抗力大小和分布规律不仅决定于结构的变形，还与地层的物理力学性质有着密切的关系。

5.如何确定弹性抗力：目前有两种理论，一种是局部变形理论，认为弹性地基某点上施加的外力只会引起该点的沉陷。

另一种是共同变形理论，即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。

6.简述温克尔假定：假设认为地层的弹性抗力与结构变位成正比。

7.核爆炸作用按等效静荷载进行设计p208.一般人防工程结构动力计算，可采用等效静荷载法，按单自由度的弹性或塑性体系计算。

结构周边的等效静荷载可按下列式子计算q1=Kd1 Pcl q2=Kd2Pe2 q3=Kd3 Pc3q1 q2 q3——顶盖竖向，外墙水平、底板板竖向等效静荷载（Mpa）Kdl Kd2Kd3——顶盖、外墙、底板动力系数pcl——常规武器地而爆炸作用到结构顶板上的均布荷载Pc2—常规武器地面爆炸作用当结构外墙上的均布荷载峰值9. 承受核爆炸动载的结构不同于工业民用建筑结构的一个特点是结构允许出现一定的变形第三章地下建筑结构可靠度理论1.地下建筑结构的可靠度指标如何确定的：地下建筑的可靠度就是在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的概率大小，叫可靠度指标。

具体可靠度尺度有三种：可靠概率sp、失效概率fp、可靠度指标。

由于直接应用数值积分方法计算地下结构的失效概率比较困难，因此实际中多采用近似方法，为此引入结构可靠指标概念。

2.结构可靠度分析方法有哪几种？①半经验半概率法②近似概率设计法③全概率法④广义可靠性分析法3.结构可靠度指标β的物理意义：从均值到原点以标准差为度量单位的距离σz当β变小失效概率增大，当β变大失效概率减小。

第四章地下建筑结构的计算方法1.我国采用的计算方法主要有荷载一结构模型，地层一结构模型，经验类比法，收敛限制模型（或称特征线法，计算理论也是地层结构法）2.荷载结构法、地层结构法的基本含义和主要区别？荷载载结构模型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衬砌在荷载作用下产生内力和变形，与其相应的计算方法称为荷载结构，（弹性连续框架（含拱形）法、假定抗力法和弹性地基梁（含曲梁和圆环）法等可归于荷载结构法）。

地层结构模型把地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按照连续介质力学原理来计算地下建筑结构以及周围地层的变形；不仅计算出衬砌结构的内力及变形，而且计算周围地层的应力，充分体现周围地层与地下建筑结构的相互作用。

底层结构法相对于荷载结构，充分考虑了地下结构与周围地层的相互作用，结合具体的施工过程可以充分模拟地下结构以及周围地层在每一个施工工况的结构内力以及周围地层的变形更能符合工程实际。

第六章浅埋式结构1.试列举几种工程中常见的浅埋式结构形式并简述其特点？①直墙拱形结构（在小型的地下通道以及早期的人防工程中比较普遍，拱形结构主要承受压力，弯矩和剪力都较小，主要使用砖石和混凝土等抗压性能较好抗拉性能较差的材料，有半园拱、害割圆拱、抛物线拱等多种形式）②矩形框架（具有空间利用率高，挖掘断面经济，易于施工的优点，顶底板为水平构建承受弯矩较拱形结构大，故一般做成钢筋混凝土结构，可以是单跨双跨或多跨的）③梁板结构（顶、底板做成现浇钢筋混凝土梁板式结构，而围墙和隔墙则为砖墙，如地下医院、教室、指挥所等），或是上述形式的组合。

2.为了防止不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起结构破坏，沿地下结构纵向，每隔一定距离需设置变形缝（伸缩缝或沉降缝）。

变形缝的构造方式主要有三种：嵌缝式，贴附式，埋入式。

第六章附建式地下结构1.何谓附建式结构？附建式结构的形式，用途及特点有哪些？附建式结构是指根据一定的防护要求修建的附属于较坚固的在建筑物的地下室，又称防空地下室或附建式人防工事。

附建式结构的形式，梁板结构，板柱结构，箱型结构附建式结构的用途：采用平战结合方式，即平时作为地下停车场，商城，设备间等，也可战时作为人防工事。

特点：①节省建设用地和投资②便于平战结合，人员和设备容易在战时迅速转入地下③增强上层建筑的抗震能力④上部建筑对战时核爆炸冲击波，光辐射，早期和辐射以及炸弹有一定防护作用，防空地下室的造价比单建式防空地下室低⑤结合基本建设同时施工，便于施工管理，同时也便于使用过程中的维护。

2.防空地下室分为甲类和乙类。

甲类防空地下室设计必须满足其预定的战时对核武器、常规武器和生化武器的各项防护要求。

乙类防空地下室设计必须满足其预定的战时对常规武器和生化武器的各项防护要求。

3.在室内外出入口通道中，一侧位于防护门（或防护密闭门）以外的通道内、另一侧在防护门以内的防空地下室外墙称为临空墙。

临空墙结构设计：平时临空墙为竖向受力构件，当武器爆炸空气冲击波荷载垂直作用于临空墙墙面时，临空墙既受竖向荷载作用，又受水平荷载作用，一般情况下，在武器爆炸等效静载作用下，临空墙为大偏心受力构件，可按大偏心受力构件分析其内力及配筋计算。

众所周知，大偏心受力构件不考虑轴力的影响是偏于安全的，为计算方便，通常也可按四边嵌固的受弯板计算。

4.在室内外出入口通道中，与临空墙相对应的，一侧位于通道内、另一侧与岩土体接触的墙体称为通道墙。

通道墙结构设计：无顶盖段的敞开段通道墙，按一般挡土墙进行设计计算；有顶板的通道墙，一般简化为封闭框架进行设计计算。

内力计算应按常规武器和核武器分别作用下的设计荷载进行，综合选取两种情况的内力结果进行截面设计计算。

第七章逆作法地下结构1.逆作法施工，是指在地下结构施工时，不架设临时支撑，以结构本身既作挡墙又作内支撑，施工顺序与顺作法相反，从上往下依次开挖和构筑结构本体的施工方法。

2.逆作法优点：①由于上部结构和地下结构可平行立体施工，当建筑规模大、上下层次多时，大约可节省工时1/4-1/3；②地下结构本身作为支撑，结构刚度相当大，能有效控制周围土体的变形和地表沉降，减小了对周边环境的影响，提高了工程施工的安全性；③由于地下室外墙与基坑围护墙两墙合一，既省去了单独设立的围护墙，又可在工程用地范围内最大限度扩大地下室面积，增加有效使用面积；④一层结构平面可作为工作平台，楼盖结构即为支撑体系，省去架设工作平台和大量支撑费用，而且还可以解决特殊平面形状或局部楼盖缺失所带来的支撑布置上的困难，并使受力更加合理；⑤由于开挖和施工的交错进行，逆作结构的自身荷载由立柱直接承担并传递至地基，减少了大开挖时卸载对持力层的影响，从而大大降低基坑内地基的回弹量。

3.地下连续墙：利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注混凝土而形成一道具有防渗（水）、挡土和承重功能的连续的地下墙体。

4.地下连续墙的优缺点：优点①施工时对环境影响小.没有噪音，无振动，不必放坡，可紧邻相近的建筑和地下设施施工②墙体刚度大，整体性好，结构和地基变形都较小，即可用于超深围护结构，也可用作主体结构③连续墙为整体连续结构，耐久性和抗渗性好④可实行逆作法施工，有利于施工安全，加快施工进度⑤适用于多种地质条件。

缺点①弃土和废泥浆处理。

除增加工程费用外，若处理不当，还会造成新的环境污染②地质条件和施工的适应性问题④槽壁坍塌问题④现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但增加工作量⑤地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。

5.地下连续墙的适用条件：①基坑深度大于10m②软土地基或砂土地基③在密集的建筑群或重要的地下管线条件下施工，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程④围护结构与主体结构相结合，对抗渗有严格要求时⑤采用逆作法施工，内衬与护壁形成复合结构的工程。

6.槽幅是指地下连续墙一次开挖成槽的槽壁长度。

7.导墙是指地下连续墙开槽施工前，沿连续墙轴线方向全长周边设置的导向槽，起定位、导向、容蓄泥浆及安装与承载挖槽机等作用。

8.地下连续墙与主体结构的结合方式：单一墙、重合墙、复合墙、分离墙第八章基坑围护及支撑结构1、基坑维护是为了满足地下结构的施工要求及保护基坑周边环境的安全，对基坑侧壁采取的支挡、加固与保护措施。

2、按照维护结构受力特点可归并为桩墙结构（排桩或地下连续墙）、土钉墙结构、重力式结构（水泥土墙）、拱墙结构等种基本类型。

第九章沉井结构1.沉井和沉箱结构的特点：①躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性好，内部空间可有效利用②施工场地占地面积较小，可靠性良好③适用土质范围广（淤泥土、砂土、黏土、沙砾等土层均可施工）④施工深度大⑤施工时周围土体变形较小，因此对邻近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工，尤其是压气沉箱工法对周围地层沉降造成的影响极小⑥具有良好的抗震性能。