地下建筑结构设计课程设计

目录1 绪论 (3)1.1 引言 (3)1.2 设计任务 (3)1.2.1 工程概况 (3)1.2.2 地形地貌 (3)1.2.3 工程地质、水文地质 (4)1.2.4 规划区西侧调查 (4)2 设计依据及规划思想 (6)2.1 设计依据 (6)2.2 设计思想 (6)3 管片衬砌报告 (7)3.1 隧道功能 (7)3.2 设计条件 (7)3.2.1 管片条件 (7)2.3.2 场地条件 (7)3.3 荷载的计算 (8)3.3.1 静荷载 (8)3.3.2 隧道底部静载荷反作用力： (8)3.3.3 隧道拱部垂直压力： (8)3.3.4 隧道底部垂直压力： (8)3.3.5 隧道拱部侧压力： (8)3.3.6 隧道底部侧压力 (8)3.3.7 地基反作用力位移 (9)3.3.8 反作用力 (9)3.4 内力计算 (9)3.5 计算配筋 (11)3.5.1 根据管片内力计算配筋及校核 (11)3.52 用计算系数法计算管片受最大正弯矩： (11)3.5.3 最大负弯矩管片外侧配筋 (12)3.6 验算衬砌管片的安全性 (13)3.6.1 验算管片在顶部最大轴向力作用处安全性 (13)3.6.2 验算最大剪力处截面最小尺寸 (13)3.6.3 配置箍筋验算 (13)3.7 验算连接缝 (14)3.7.1 连接的抵抗弯矩 (15)3.7.2 验算盾构千斤顶的推力是否符合要求 (15)3.7.3 截面A，截面B安全性校核 (17)3.7.3.1 截面A受正弯矩和轴向力 (17)3.7.3.2 截面B，承受符号弯矩和轴向力 (18)4 基坑降水设计 (19)4.1 降水工程概况 (19)4.1.1 基坑平面位置 (19)4.1.2 设计依据 (19)4.1.3 设计原则 (19)4.2 基坑尺寸确定 (19)4.2.1 基坑的深度 (19)4.2.2 基坑的平面尺寸 (20)4.3 降水计算 (20)4.3.1 工程地质及水文地质资料 (20)4.3.2 降水设计与计算 (20)5 基坑土钉墙支护设计报告 (22)5.1 概述 (22)5.1.1. 设计原则： (22)5.2. 设计方法和步骤： (23)5.2.1 计算土层参数。

(23)5.2.2 计算土压力。

(23)5.2.3 计算土钉受拉荷载标准值。

(24)5.2.4 设计土钉参数。

(24)5.2.5 设计土钉抗拉承载力设计值。

(26)5.2.6 验算。

(26)结论 (28)本次课程设计任务量汇总 (29)致谢 (30)参考文献 (31)附图一：规划区地下空间调查图附图二：地下一层平面图附图三：地下二层平面图附图四: 地下三层平面图附图五：三维立体图1 绪论1.1 引言随着我们生活水平的提高，人们对于生活的空间的需要变的越来越紧张，尤其是在地面和上部空间开发已趋于饱和的大城市，城市空间价值激增，这对大众化的市民生活造成了很多不便。

为了解决这种情况给大家带来的困难，更为了城市能够向着多层次、立体化的现代化、综合性城市发展，地下空间的开发与利用就成了城市整体规划的重中之重。

中关村位于北京市海淀区，被称为中国的硅谷。

这里是全国电子产品交易、软件开发的中心，客流量之大已经不是地面空间所能承受的。

为了该地区经济能够更快、更健康的发展，开发其地下空间就有了其必然性。

1.2 设计任务本次设计是针对中关村西区现在交通拥挤，地下空间未得到有效利用而对北颐路中关村段局部规划区地下空间的一次全方位立体的设计。

通过对该地区的已有地下空间进行调查得出了具体的规划方案，并且通过对该区域工程地质、水文地质及周边环境条件进行研究，对其中的出入口基坑的降水和支护工程和隧道盾构的管片衬砌工程进行了详细的结构设计。

1.2.1 工程概况北颐路中关村段局部地下空间规划设计工程其范围东起中关村大街，西至理想国际大厦淀中街，北以北四环路为界，南临海淀北二街，在其内修筑一个三层的较大规模地下建筑物，本次三层地下综合体的规划建设，旨在通过连通中关村西区重要建筑群东西向主要街道的地下空间，并分层多方面的提供各种服务，使中关村地区实现了立体交通、人车分流，各建筑物地上、地下均可贯通，并建设一定规模的地下商业中心。

本次设计线路由于穿越的市中心区，街道狭窄，交通繁忙，道路两侧高楼林立，本身地下空间已经经过很大开发，并且要和正在建设的地铁四号线连接，因此设计、施工难度大。

本工程具体结构设计主要包括位于本次降水的基坑位于中芯大厦和鼎好大厦二期工地间的善缘街北侧的基坑的降水和支护的设计，降水根据工程地质和水文地质条件选择了管井降水的方法，支护选择了桩锚支护结构。

从海淀北一街从理想国际大厦至鼎好二期工程东侧地铁站一段主体结构通过盾构掘进技术开挖，采取单一管片衬砌为主的衬砌方式。

1.2.2 地形地貌北京位于华北平原的西北部，地势西北高东北低，山区约占全市面积的60%，平原约占38%，平原区系各大河流形成的一系列冲洪积扇联合堆积而成，以永定河和潮白河堆积为主。

北京市区西、北和东北三面环山，东、南河东南面为开阔的平原区，地貌自西部山前向东部平原由冲洪积扇顶部向中部和下部过渡，地层岩性构成碎石土、砂土渐变为以粘性土为主的交互地层。

北京地区的地质格局是新生代地壳构造运动形成的，其特点是以断裂和断裂控制的断块活动为主要特征，新生代活动的断裂主要有北北东—北东向和北西—东西向两组。

断裂分布多集中成带，组成了北北东—北东和北西向的断裂构造带，大部分断裂为正断裂，并在不同程度上控制着新生代不同时期发育的断陷盆地。

本设计区段场区位于中关村西区原海淀镇一带，其地貌为冲积平原地貌，土层以第四纪冲洪积土层为主。

拟建场地地势平坦，建筑场地不存在影响建筑整体稳定性的不良地质作用。

1.2.3 工程地质、水文地质拟建场地地层条件较差，为含水量低的淤泥质土，地层主要物理力学参数如表2-1所示，地下水属潜水。

表1-1 土层主要物理力学指标）1.2.4 规划区西侧调查理想国际大厦：坐落于中关村西区核心地带，理想国际大厦建筑结构为框架剪力墙结构，楼体高度总共地上18层，楼高约75m。

地下空间各层使用功能概述如下:地下一层为员工餐厅、邮局、超市等设施。

地下二层到四层为停车场，每层层高净高为3.5m。

四层地下室均有电梯和楼梯相连，楼梯直通室外，电梯可以和上部相连，停车场跑道图1 中关村现已规划的地下空间调查图（详细尺寸见CAD图）辉煌时代和普天大厦：两座大楼并排与海淀北一街两侧，地下空间四层全部作为停车库，每层层高为3.5m。

鼎好大厦：鼎好主要是从事电子产品的经营，上部有16层，地下空间共有五层。

楼层具体的利用情况主要为：一层为地下商场，主要是经营电子产品和快餐业、地下二层主要是维修和办公部门；地下三层主要是水电管理部门、地下车库；地下四层主要是地下仓库；地下五层为设备库房，各层高均为4m。

鼎好大厦二期：功能同一期。

地下层数同一期。

海龙大厦：海龙大厦处于中关村最繁华地段，东临街为车行主干道，车行人流密集，公交站牌较密,滞留人员较多，交通压力较大。

其西面即为鼎好大楼和鼎好二期,两者间车行人流不是很多,但货物入库比较频繁。

海龙大厦上部建筑为18层，大厦已较好地开发地下空间。

地下室分为三层：一层为停车库,车库面积与上部建筑面积一样，高度约为5.1m，停车库入口位于大厦的西面。

地下室二层亦为停车库，高度约为3.6m。

地下三层为工程部，配电室及库房等，层高较高约为5.6m，库房处于中间部位，不同公司的库房多以铁网分隔，工程部和配电室等布置于四周，各部门与库房间用通道连接。

科贸电子城：地下分为三层，地下一层为商场，二、三层为地下车库，层高均为3.5m。

建筑结构尺寸数据见CAD图。

2 设计依据及规划思想2.1 设计依据1)《地下地铁设计规范》（GB50157-92）2)《地下地铁工程施工及验收规范》（GB50299-1999）3)《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）4)《混凝土结构设计规范》（CB50108-2001）5)《地下工程防水技术规范》（CB50108-2001）6)《钢结构设计规范》（GBJ17-88）7)《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）8)《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）9) 《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）10)《地铁隧道设计规范》（TB10003-2001 J117-2001）11)《铁路工程抗震设计规范》（GBJ111-87）12)《建筑基坑工程技术规范》（YB9258-97）13)《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）14)《钢筋混凝土结构设计与施工规范》（CECS28: 90）2.2 设计思想中关村作为中国的硅谷，代表着我国电子软件技术的开发水平，是全国电子信息产业的中心。

由于城市地面和上部空间的开发趋于饱和，在这个有着大量人流和商业的中心地点，开发其地下空间便有了其必然性。

正是基于这一必然性，我们有了对其地下空间进行规划设计的想法。

地下建筑的规划与设计要本着安全可靠、技术可行、经济合理的原则进行。

根据实地的调查资料，考虑到要将该区域的几座标志性建筑如：鼎好电子商城、海龙电子商城、理想国际大厦、科贸电子城等建筑连成能够相互交流的整体，我们将这次规划的地下商业街的主街选在了海淀区北一街的地下，这条主街西起理想国际大厦，东至科贸电子城北，全长700m左右，另外考虑到方便人流进出和缓解地面交通压力，在海淀中街和善缘街的地下设计两条地下商业辅街，北至四环路边，在其两侧设置出口，接收四环路公交车站的人流。

大大减少了规划区内的交通压力。

在地下主街与中关村大街、中关村大街地铁的交叉地带设置一个大型的地下中转站，其作用主要是实现中关村北一街地铁和中关村大街地铁的交通联系；人们做地铁这种便捷的交通工具能够在不出地面的情况下便能方便的进入规划区域的地下街从而大大缓解该区的地面交通压力；其大面积可同时作为地下商场。

地下街与建筑物的地下室通过修建通道进行连接，主要是一、三层。

地下街共三层，第一层为人员轻型货物流动层，在该层主要是实现商业交易和人们步行交通。

两边设置为走道，中间设置店铺、服务设施等。

地下二层为地铁运营，由于其所在规划区较短，故只在其与中关村大街地铁相交的部分设置出入口，和此处的大型中转站相连。

地下三层为货物储藏室，为了尽可能的利用地下空间，不采用隔墙结构，设计采用柱体承载。

该层储室与相邻的建筑物地下室也要设连接通道，方便货物的存取。

3 管片衬砌报告3.1 隧道功能隧道计划用于地铁。

3.2 设计条件3.2.1 管片条件管片类型：平面型；管片外径：D＝5000mm；管片宽度：B＝1000mm；形心半径：R C＝2350mm；管片厚度：t＝300mm；管片的横截面积：A=100×30=3000cm2γ＝26kN/m3管片单位重度：c管片弹性模量：E＝3.90×107kN/m2；管片截面惯性矩：I＝5.33×10-4m4；f=42MN/m2；混凝土标准强度：ckσ＝5.8MN/m2；混凝土允许抗压强度：caσ＝200MN/m2；钢筋允许抗拉强度：sa混凝土抗弯刚度有效系数：η＝1.0；混凝土弯矩增大率：ε＝0.0σ＝240MN/m2；螺栓允许强度：Ba2.3.2 场地条件土壤条件：淤质泥土；土的各项物理力学指标见表1-1土的单位浮重度：γ＝17.9 kN/m3；K=0.5；土的侧压力系数：超载：0p =10 kN/m 2；上部土层厚度：H =6m ； 潜水位：地面水平线以下1.3 m ；H W ＝6-1.3＝4.7 m ；反作用系数：根据图层侧压力系数K 0决定 K0=0.5；地基反力系数：k =2 MN/m 3； 水的单位重度：w γ=10 MN/m 2； 盾构千斤顶轴推力：T =1000 kN×103.3 荷载的计算3.3.1 静荷载设钢筋混凝土管片单位重度c γ=26 kN/m 2 ，则 g ＝c t γ=πg=24.492 kN/m 23.3.2 隧道底部静载荷反作用力：g P =πg=24.492 kN/m 23.3.3 隧道拱部垂直压力：10p p H γ===6×17.9=117.4 kN/m 23.3.4 隧道底部垂直压力：21g p p p =+=141.892 kN/m 23.3.5 隧道拱部侧压力：10()2q K pl t γ=+=60.04 kN/m 2 3.3.6 隧道底部侧压力201()2t q K q D γ⎡⎤=+-⎢⎥⎣⎦=102.11 kN/m 23.3.7 地基反作用力位移41124C C (2p -q -q )R =24(EI+0.045kR )σ=1.66×10-3 kN/m 23.3.8 反作用力k P =k σ=2×103×1.66×10-3=3.32 kN/m 23.4 内力计算采用弹性方程法计算内力，水压力被认为是垂直均布荷载和水平均布荷载的组合。