第6章 浅埋式结构
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m 1
地铁通道
1 荷载计算
荷载列表 荷载类型 水土压力、结构自重 地面超载 特殊荷载 车辆爆炸荷载 地震荷载 类别 恒载 活载 偶然荷载 偶然荷载 偶然荷载
1 荷载计算
计算简图
1 荷载计算
顶板荷载
a. b. c. d. e.
覆土压力 水压力 顶板自重
q土 i hi ( kN / m 2 )
' ij
MiM j EI
ds
解出未知力，并进而绘出内力图。
框架内力分析的计算简图及基本结构
M图
M图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁车站标准横断面计算简图
地面超载及覆土层荷载=104.475kPa e=65.82kPa
1
e=65.82kPa
1
人群及设备荷载=16.4kPa
e=287.66kPa
设计弯矩计算简图
2 内力计算
b. 设计剪力
不利截面仍处于支座边缘处 q Qi Q p b 2
c. 设计轴力
由静载引起的设计轴力： N i N p
t t 由特载引起的设计轴力： N i N p
设计剪力计算简图
为折减系数；对于顶板取0.3，对于底板和侧墙取0.6。
将二者相加即为杆件最后设计轴力
250 219-1
-4
143 -171 81 -57 129 -99 205 -118 255 -126 -128 -128 -128 -126 -118 -99 -57 81 143 -143 -116 7 -94 9 -63 9 -51 7 -67 5 -97 3 -138 1 -190 1 -2191 -250 2 280 284 280 255 205 129 -98 -171 -98
-743038 -438903
-134769 169365
473500 777634
.108E+07 .139E+07
N图
Q图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁车站非标准横断面计算 M图
N图
Q图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁通道计算简图
4 -7 -9 94 63 51 67 -250 97 138 -9 -7 143 116 -5 -3 -1 -3 -1 190 -2
第三节 构造要求
5 箍 筋
箍筋的最大间距（mm） 项次 1 2 3 4 板和墙厚（mm）
V 0.7 f t bh0 V 0.7 f t bh0
150 h 300
150 200 250 300
200 300 350 400
300 h 500 500 h 800 h 800
地下建筑结构
第六讲
浅埋式结构
丁祖德
Tel：18687006790 E-mail：47924659@qq.com 土木系岩土与施工教研室
本讲内容
第一节 概述 第二节 矩形闭合框架的计算 第三节 构造要求 第四节 算例
第一节 概 述
浅埋式结构
是指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H土＜(2～ 2.5)h1，h1为压力拱高)或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸 的地下结构。
直墙拱形结构
2 矩形闭合框架
具有空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工 的优点。 特别是车行立交地道、地铁通道、地铁车站等最 为适用。 单跨、双跨或多跨；有时在车站部分还需做成多 层多跨的型式。
2 矩形闭合框架
(1)单跨矩形闭合框架 当跨度较小时（一般小于6m），可采用单跨矩形闭合 框架。
侧墙上的荷载 土层侧向压力 侧向水压力
e ( i hi ) tan 2 ( 45
i
a. b.
2
)
e w w h
折减系数，依土壤透水性确定： 砂土： 1
黏土： 0.7
q侧 e ew q
t 侧
2 内力计算
计算简图
不考虑结构纵向不均匀变形，把结构看作平面变形问题。
2 内力计算—以单跨闭合框架为例
典型方程：
x111 x212 x313 1 p 0 x1 21 x2 22 x3 23 2 p 0 x1 31 x2 32 x3 33 3 p 0
其中：
ij ij' bij
ij 'ip biq
2
e=287.66kPa
2
水浮力=106.65kPa
M图
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 MI MJ MIN =-.135E+07 ELEM=106 MAX =.139E+07 ELEM=22 MAY 21 2013 16:05:17
Y Z X
-.135E+07 -.105E+07
d 32 d 32
有垫层 无垫层
第三节 构造要求
3 横向受力钢筋
受弯构件及大偏心受压构件受拉主筋的配筋率，一般应不大于 1.2％，最大不得超过1.5％。 配置受力钢筋要求细而密，间距70~200mm。 为便于施工，同一结构中选用的钢筋直径和型号不宜过多。 通常，受力钢筋直径d≤32mm，对于以受弯为主的构 件 d 10 ~ 14mm ；对于以受压为主的构件 d 12 ~ 16mm 。
框架节点钢筋布置图
第三节 构造要求
6 刚性节点构造
b) 沿着框架转角部分外侧的钢筋，其弯曲半径必须为所用 钢筋直径的10倍以上。 c) 为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧 钢筋无联系，使表面混凝土容易剥落，因此最好在角部 配置足够数量的箍筋。
浅埋结构的选择 建筑物的使用要求 防护等级 地质条件及施工能力等。
第一节 概 述
施工方法
常采用明挖法施工，比较经济。 但在地面环境条件要求苛刻的地 段，也可采用管幕法、箱涵顶进 法等暗挖法施工。
第一节 概 述
结构形式 直墙拱 矩形框架 梁板式结构
1、直墙拱
墙体部分通常用砖或块石砌筑，拱体部分视其跨度大小， 可采用砖砌拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋混凝土拱。 前两种多用于跨度小的人防工程的通道部分；后一种则在 跨度大的工程中采用。 拱顶部分形式：半圆拱、割圆拱、抛物线拱等。
3 梁板式结构
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； 在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一般除 内部隔墙外，均做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构。 对于一些大跨度的建筑物，如 地下礼堂、地下仓库等还可以 采用壳体结构或折板结构。
第二节 矩形闭合框架的计算
结构计算包括：荷载计算、内力计算、截面设计
纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内、外两侧布置，其间 距可采用100-300mm。框架角部，分布钢筋应适当加强，其 直径不小于12-14mm。
第三节 构造要求
5 箍 筋
一般可不配置箍筋。如需配置，按下述规定： 框架结构的箍筋间距在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨 架中不应大于20d，同时不应大于400mm。 在受力钢筋非焊接接头长度内，当搭接钢筋为受拉筋时，其 箍筋间距不应大于5d，当搭接钢筋为受压筋时，其箍筋间距 不应大于10d。 框架结构的箍筋一般采用[_]形直钩槽形箍筋，这种钢筋多 用于顶、底板，其弯钩必须配置在断面受压侧。L形箍筋多 用于侧墙。
两孔的闭合框架的计算简图
计算替代模型
框架的顶、底板的厚度要比中墙大的多，中隔墙的刚度相 对较小，将中隔墙看作只承受轴力的二力杆。
2 内力计算
截面选择 根据经验假定各个截面的尺寸，进行内力验 算，然后验算内力是否合适。若不合格，重 复上述过程，直至所设截面合适为止。
2 内力计算
计算方法
a. 不考虑线位移影响时，以力矩分配法进行计算。 b. 静荷载作用下地层 中的闭合框架，一 般按弹性地基上的 框架进行计算，可 将地基视作弹性半 无限平面。采用结 构力学中的力法。 闭合框架计算简图
S S h 满足：h h1 3 3
h — 构件截面高度 S — 平行于构件轴线方向的支拖长度 h1 — 杆端截面高度
地铁车站横断面配筋图实例
地铁车站横断面配筋图实例
第三节 构造要求
1 配筋型式
右图为闭合框架的配筋形 式，它由横向受力钢筋和纵 向受力钢筋组成； 一般在角部设置支托，并配 支托钢筋。当荷载较大时， 需验算抗剪强度，并配置钢 箍和弯起筋 对于考虑动载作用的地下结 构物，为提高构件的抗冲击 动力性能，构件断面上宜配 置双筋。
双跨矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(2)双跨和多跨的矩形闭合框架
双跨开孔矩形闭合框架
双跨开孔梁柱矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(3)多层多跨的矩形闭合框架
地下厂房(例如地下热电站)由于工艺要求必须做成多层多跨 的结构。 地铁车站部分，为了达到换乘的目的，局部也做成双层多跨 的结构。
双层多跨的矩形闭合框架
2 内力计算
抗浮验算
Q重 1.05 ~ 1.10 K Q浮
施工期抗浮 分阶段计算，考虑底板自重等，不计设备、覆土、 上部结构自重。 措施 降水、导滤层、外挑、覆土、抗拔桩等
3 截面设计
地下矩形闭合框架结构的构件(顶板、侧墙、底板)均按偏 心受压构件进行截面验算。 截面选择和强度计算，除特殊要求外，一般以混凝土结构 规范(GB50010-2010)为准。 在设有支托的框架结构中，进行构件截面验算时，杆件两 端的截面计算高度采用：
185 194
-506 -467 171
-428
-350
-272
-194
-178 -151
-121
-67
26
69
107
142
2 内力计算
设计弯矩、剪力及轴力的计算 a. 设计弯矩
不利截面是侧墙边缘处的截面。 b q b 设计弯矩：M i M P Q p ( ) 2
2 2 2 b 实际中近似采用： M i M P Q p 2
M图
-250 3
Q图
-185 -194 10 -17 -34 -71 -137 -243 -394 -384 178 151 121 243 137 71 34 17 67 384 394 -26 -69 -107 -142 -171 -117 39 117 194 272 350 428 467 506
单跨矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(2)双跨和多跨的矩形闭合框架
当结构的跨度较大，或由于使用和工艺的要求，结构可设 计成单跨或多跨。为了改善通风条件和节约材料，中间隔 墙还可开设孔洞，不但可改善通风，节约材料，而且也使 结构轻巧、美观。 中间隔墙还可用梁、柱代替。孔洞开设较大时，隔墙的作 用即变成梁、柱的传力体系。
第三节 构造要求
3 横向受力钢筋
钢筋的最小配筋百分率（%） 受力类型 全部纵向钢筋 受压构件 一侧纵向钢筋 受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件 一侧的受拉钢筋 0.2和 0.2
45 f t / f y
最小配筋百分率 （%） 0.6
中较
大值
第三节 构造要求
4 分布钢筋
考虑混凝土的收缩、温差影响、不均 匀沉陷等因素的作用，必须配置一定 数量的构造钢筋。 纵向分布钢筋的截面面积，一般应不 小于受力钢筋截面积的10%，纵向分 布钢筋的配筋率：对顶、底板不宜小 于0.15%；对侧墙不宜小于0.2%。 分布钢筋布置图
i
q水 w hw ( kN / m 2 )
q d ( kN / m 2 )
t q顶
顶板所受的特载来自百度文库地面超载
q
q顶 i hi w hw d q q
t 顶 i
1 荷载计算
底板上的荷载
假定地基反力为直线分布。
q底 q 顶
P q L
t 底
1 荷载计算
第三节 构造要求
6 刚性节点构造
框架转角处为直角时，应力集中较严重。为缓和这种现象， 在节点可加斜托，斜托的垂直长度与水平长度之比以1：3为 宜。斜托的大小视框架跨度大小而定。
应力集中
节点增加斜托
第三节 构造要求
6 刚性节点构造 框架节点处钢筋布置原则
a) 沿节点内侧不可将水平构件中的受拉钢筋随意弯曲，而 应沿斜托另配直线钢筋，或将此钢筋直接焊在侧墙的横 向焊网上。
第三节 构造要求
2 混凝土保护层
地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内侧相对湿度较高。 因此受力钢筋的保护层最小厚度比地面结构增加5~10mm。 混凝土保护层最小厚度 构件名称 墙板及环形结构 梁柱 基础 钢筋直径
d 10 12 d 14 16 d 20
保护层厚度 （mm）
15~20 20~25 25~30 30~35 d+（5~10） 35 70
地铁通道
1 荷载计算
荷载列表 荷载类型 水土压力、结构自重 地面超载 特殊荷载 车辆爆炸荷载 地震荷载 类别 恒载 活载 偶然荷载 偶然荷载 偶然荷载
1 荷载计算
计算简图
1 荷载计算
顶板荷载
a. b. c. d. e.
覆土压力 水压力 顶板自重
q土 i hi ( kN / m 2 )
' ij
MiM j EI
ds
解出未知力，并进而绘出内力图。
框架内力分析的计算简图及基本结构
M图
M图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁车站标准横断面计算简图
地面超载及覆土层荷载=104.475kPa e=65.82kPa
1
e=65.82kPa
1
人群及设备荷载=16.4kPa
e=287.66kPa
设计弯矩计算简图
2 内力计算
b. 设计剪力
不利截面仍处于支座边缘处 q Qi Q p b 2
c. 设计轴力
由静载引起的设计轴力： N i N p
t t 由特载引起的设计轴力： N i N p
设计剪力计算简图
为折减系数；对于顶板取0.3，对于底板和侧墙取0.6。
将二者相加即为杆件最后设计轴力
250 219-1
-4
143 -171 81 -57 129 -99 205 -118 255 -126 -128 -128 -128 -126 -118 -99 -57 81 143 -143 -116 7 -94 9 -63 9 -51 7 -67 5 -97 3 -138 1 -190 1 -2191 -250 2 280 284 280 255 205 129 -98 -171 -98
-743038 -438903
-134769 169365
473500 777634
.108E+07 .139E+07
N图
Q图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁车站非标准横断面计算 M图
N图
Q图
地铁车站主体结构内力计算实例
地铁通道计算简图
4 -7 -9 94 63 51 67 -250 97 138 -9 -7 143 116 -5 -3 -1 -3 -1 190 -2
第三节 构造要求
5 箍 筋
箍筋的最大间距（mm） 项次 1 2 3 4 板和墙厚（mm）
V 0.7 f t bh0 V 0.7 f t bh0
150 h 300
150 200 250 300
200 300 350 400
300 h 500 500 h 800 h 800
地下建筑结构
第六讲
浅埋式结构
丁祖德
Tel：18687006790 E-mail：47924659@qq.com 土木系岩土与施工教研室
本讲内容
第一节 概述 第二节 矩形闭合框架的计算 第三节 构造要求 第四节 算例
第一节 概 述
浅埋式结构
是指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H土＜(2～ 2.5)h1，h1为压力拱高)或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸 的地下结构。
直墙拱形结构
2 矩形闭合框架
具有空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工 的优点。 特别是车行立交地道、地铁通道、地铁车站等最 为适用。 单跨、双跨或多跨；有时在车站部分还需做成多 层多跨的型式。
2 矩形闭合框架
(1)单跨矩形闭合框架 当跨度较小时（一般小于6m），可采用单跨矩形闭合 框架。
侧墙上的荷载 土层侧向压力 侧向水压力
e ( i hi ) tan 2 ( 45
i
a. b.
2
)
e w w h
折减系数，依土壤透水性确定： 砂土： 1
黏土： 0.7
q侧 e ew q
t 侧
2 内力计算
计算简图
不考虑结构纵向不均匀变形，把结构看作平面变形问题。
2 内力计算—以单跨闭合框架为例
典型方程：
x111 x212 x313 1 p 0 x1 21 x2 22 x3 23 2 p 0 x1 31 x2 32 x3 33 3 p 0
其中：
ij ij' bij
ij 'ip biq
2
e=287.66kPa
2
水浮力=106.65kPa
M图
1
LINE STRESS STEP=1 SUB =1 TIME=1 MI MJ MIN =-.135E+07 ELEM=106 MAX =.139E+07 ELEM=22 MAY 21 2013 16:05:17
Y Z X
-.135E+07 -.105E+07
d 32 d 32
有垫层 无垫层
第三节 构造要求
3 横向受力钢筋
受弯构件及大偏心受压构件受拉主筋的配筋率，一般应不大于 1.2％，最大不得超过1.5％。 配置受力钢筋要求细而密，间距70~200mm。 为便于施工，同一结构中选用的钢筋直径和型号不宜过多。 通常，受力钢筋直径d≤32mm，对于以受弯为主的构 件 d 10 ~ 14mm ；对于以受压为主的构件 d 12 ~ 16mm 。
框架节点钢筋布置图
第三节 构造要求
6 刚性节点构造
b) 沿着框架转角部分外侧的钢筋，其弯曲半径必须为所用 钢筋直径的10倍以上。 c) 为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧 钢筋无联系，使表面混凝土容易剥落，因此最好在角部 配置足够数量的箍筋。
浅埋结构的选择 建筑物的使用要求 防护等级 地质条件及施工能力等。
第一节 概 述
施工方法
常采用明挖法施工，比较经济。 但在地面环境条件要求苛刻的地 段，也可采用管幕法、箱涵顶进 法等暗挖法施工。
第一节 概 述
结构形式 直墙拱 矩形框架 梁板式结构
1、直墙拱
墙体部分通常用砖或块石砌筑，拱体部分视其跨度大小， 可采用砖砌拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋混凝土拱。 前两种多用于跨度小的人防工程的通道部分；后一种则在 跨度大的工程中采用。 拱顶部分形式：半圆拱、割圆拱、抛物线拱等。
3 梁板式结构
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； 在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一般除 内部隔墙外，均做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构。 对于一些大跨度的建筑物，如 地下礼堂、地下仓库等还可以 采用壳体结构或折板结构。
第二节 矩形闭合框架的计算
结构计算包括：荷载计算、内力计算、截面设计
纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内、外两侧布置，其间 距可采用100-300mm。框架角部，分布钢筋应适当加强，其 直径不小于12-14mm。
第三节 构造要求
5 箍 筋
一般可不配置箍筋。如需配置，按下述规定： 框架结构的箍筋间距在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨 架中不应大于20d，同时不应大于400mm。 在受力钢筋非焊接接头长度内，当搭接钢筋为受拉筋时，其 箍筋间距不应大于5d，当搭接钢筋为受压筋时，其箍筋间距 不应大于10d。 框架结构的箍筋一般采用[_]形直钩槽形箍筋，这种钢筋多 用于顶、底板，其弯钩必须配置在断面受压侧。L形箍筋多 用于侧墙。
两孔的闭合框架的计算简图
计算替代模型
框架的顶、底板的厚度要比中墙大的多，中隔墙的刚度相 对较小，将中隔墙看作只承受轴力的二力杆。
2 内力计算
截面选择 根据经验假定各个截面的尺寸，进行内力验 算，然后验算内力是否合适。若不合格，重 复上述过程，直至所设截面合适为止。
2 内力计算
计算方法
a. 不考虑线位移影响时，以力矩分配法进行计算。 b. 静荷载作用下地层 中的闭合框架，一 般按弹性地基上的 框架进行计算，可 将地基视作弹性半 无限平面。采用结 构力学中的力法。 闭合框架计算简图
S S h 满足：h h1 3 3
h — 构件截面高度 S — 平行于构件轴线方向的支拖长度 h1 — 杆端截面高度
地铁车站横断面配筋图实例
地铁车站横断面配筋图实例
第三节 构造要求
1 配筋型式
右图为闭合框架的配筋形 式，它由横向受力钢筋和纵 向受力钢筋组成； 一般在角部设置支托，并配 支托钢筋。当荷载较大时， 需验算抗剪强度，并配置钢 箍和弯起筋 对于考虑动载作用的地下结 构物，为提高构件的抗冲击 动力性能，构件断面上宜配 置双筋。
双跨矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(2)双跨和多跨的矩形闭合框架
双跨开孔矩形闭合框架
双跨开孔梁柱矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(3)多层多跨的矩形闭合框架
地下厂房(例如地下热电站)由于工艺要求必须做成多层多跨 的结构。 地铁车站部分，为了达到换乘的目的，局部也做成双层多跨 的结构。
双层多跨的矩形闭合框架
2 内力计算
抗浮验算
Q重 1.05 ~ 1.10 K Q浮
施工期抗浮 分阶段计算，考虑底板自重等，不计设备、覆土、 上部结构自重。 措施 降水、导滤层、外挑、覆土、抗拔桩等
3 截面设计
地下矩形闭合框架结构的构件(顶板、侧墙、底板)均按偏 心受压构件进行截面验算。 截面选择和强度计算，除特殊要求外，一般以混凝土结构 规范(GB50010-2010)为准。 在设有支托的框架结构中，进行构件截面验算时，杆件两 端的截面计算高度采用：
185 194
-506 -467 171
-428
-350
-272
-194
-178 -151
-121
-67
26
69
107
142
2 内力计算
设计弯矩、剪力及轴力的计算 a. 设计弯矩
不利截面是侧墙边缘处的截面。 b q b 设计弯矩：M i M P Q p ( ) 2
2 2 2 b 实际中近似采用： M i M P Q p 2
M图
-250 3
Q图
-185 -194 10 -17 -34 -71 -137 -243 -394 -384 178 151 121 243 137 71 34 17 67 384 394 -26 -69 -107 -142 -171 -117 39 117 194 272 350 428 467 506
单跨矩形闭合框架
2 矩形闭合框架
(2)双跨和多跨的矩形闭合框架
当结构的跨度较大，或由于使用和工艺的要求，结构可设 计成单跨或多跨。为了改善通风条件和节约材料，中间隔 墙还可开设孔洞，不但可改善通风，节约材料，而且也使 结构轻巧、美观。 中间隔墙还可用梁、柱代替。孔洞开设较大时，隔墙的作 用即变成梁、柱的传力体系。
第三节 构造要求
3 横向受力钢筋
钢筋的最小配筋百分率（%） 受力类型 全部纵向钢筋 受压构件 一侧纵向钢筋 受弯构件、偏心受拉、轴心受拉构件 一侧的受拉钢筋 0.2和 0.2
45 f t / f y
最小配筋百分率 （%） 0.6
中较
大值
第三节 构造要求
4 分布钢筋
考虑混凝土的收缩、温差影响、不均 匀沉陷等因素的作用，必须配置一定 数量的构造钢筋。 纵向分布钢筋的截面面积，一般应不 小于受力钢筋截面积的10%，纵向分 布钢筋的配筋率：对顶、底板不宜小 于0.15%；对侧墙不宜小于0.2%。 分布钢筋布置图
i
q水 w hw ( kN / m 2 )
q d ( kN / m 2 )
t q顶
顶板所受的特载来自百度文库地面超载
q
q顶 i hi w hw d q q
t 顶 i
1 荷载计算
底板上的荷载
假定地基反力为直线分布。
q底 q 顶
P q L
t 底
1 荷载计算
第三节 构造要求
6 刚性节点构造
框架转角处为直角时，应力集中较严重。为缓和这种现象， 在节点可加斜托，斜托的垂直长度与水平长度之比以1：3为 宜。斜托的大小视框架跨度大小而定。
应力集中
节点增加斜托
第三节 构造要求
6 刚性节点构造 框架节点处钢筋布置原则
a) 沿节点内侧不可将水平构件中的受拉钢筋随意弯曲，而 应沿斜托另配直线钢筋，或将此钢筋直接焊在侧墙的横 向焊网上。
第三节 构造要求
2 混凝土保护层
地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内侧相对湿度较高。 因此受力钢筋的保护层最小厚度比地面结构增加5~10mm。 混凝土保护层最小厚度 构件名称 墙板及环形结构 梁柱 基础 钢筋直径
d 10 12 d 14 16 d 20
保护层厚度 （mm）
15~20 20~25 25~30 30~35 d+（5~10） 35 70