浅埋的地下结构

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内力计算
2)截面选择 计算超静定结构内力时需要知道截面尺寸,这在设计前是 不知道的。所以只有根据经验假定各个截面的尺寸,进行 内力计算,然后验算截面是否合适。若不合格,重复上述 过程,直至所设截面合适为止
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
内力计算
3)计算方法 闭合框架一般采用位移法计算,不考虑线位移的影响时, 以力矩分配法计算简便。现在可以采用计算机辅助设计。 (1) 当竖向荷载不平衡时,可以在底板的结点上加设集中力.
截面计算
设有支托的框架结构,地下矩形闭合框架结构中的顶板、 侧墙和底板均按照偏压构件进行截面验算。
S h h1 3
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.4
闭合矩形框架的计算
抗浮计算
为防止结构在地下水位较高时浮起,设计完工后需要 分工况进行抗浮验算:
K
Qg Qf
1.10
抗浮安全系数
Qf
Qg
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
设计成单跨或者多跨时,可以在中间隔墙上设置孔洞, 以利通风。
矩形闭合框架的典型形式
矩形闭合框架的典型形式
5.浅埋的地下结构
5.2
5.2.3
一般浅埋地下结构形式
梁板式结构
在地下水位较低区或者防护等级较低的工程中,顶板和底 板做成现浇混凝土梁板结构,围墙和隔墙为砖墙。 地下水位较高或者防护等级较高的工程,除内墙外,均 做成梁板式箱型闭合框架钢筋混凝土结构。
1)计算简图 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。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
内力计算
1)计算简图 中间为纵向梁或柱时,纵向梁何以看做框架的内部支撑, 柱视为梁的支撑。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
qs i hi
i
第i层土体重度
需要注意的是,位于地下水位以下的土体重度需 要采用浮重度。
第i层土体厚度
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
1)顶板荷载 (2)水压力
qw whw
水的重度:10KN/m^3 地下水面至顶板表面的距离
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
内力计算
静荷载作用下,将地基视作弹性半无线平面,地基上的反 力作为荷载作用在闭合框架底部,按照一般平面框架计算。
1)计算简图
浅埋式结构可视为平面应变问题,计算时取纵向单位 长度上(1m)荷载按等截面杆件计算。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
内力计算
5.1
5.1.1
概述
防空地下室
新建高层建筑或者做深基础时,应优先考虑修建防空地 下室。 梁板结构 结构形式
板柱结构
箱型结构
壳体结构 防空地下室是整个建筑的一部分,可以采用上部结构 的结构形式和施工方法。
除了按照一般的设计荷载计算,尚需考虑冲击荷载下承 载能力和变形能力验算。
梁板结构
壳体结构
5.浅埋的地下结构
荷载计算
3)侧墙荷载 侧墙上的荷载包括水平向压力,水压力和特载。 (1)土层侧压力
e ( i hi ) tan (45 ) 2 i
2

土层的内摩擦角,如果某一层土位于地下水位以 下,重度采用有效重度。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
3)侧墙荷载 (2)侧向水压力
5.4
5.4.4
构造要求
纵向分布钢筋
在纵向截面,一般配置分布钢筋,以减少混凝土的 收缩、温差和不均匀沉降的影响。
纵向分布钢筋的截面面积,一般不应小于受力钢筋截 面积的10%,同时,纵向分布钢筋的配筋率:顶板、 底板不宜小于0.15%;侧墙不宜小于0.20%。 纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内外两侧布置,间距 100~300mm,直径不小于12~14。
ew wh
折减系数,依土体透水性而定。砂土1,粘土0.7。 地下水位至考察点的距离
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
3)侧墙荷载 考虑特载,三者合计:
qh ( i hi ) tan (45 ) wh qht 2 i
2

荷载计算简图:
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.1
概述
防空地下室
地道式结构主要承受周围地层的变形或坍塌产生的垂直 土层压力和较大的侧向土层压力,常设计成拱形结构。 拱形结构计算可采用结构力学方法。 土层压力计算在盾构法介绍。
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.2
概述
引道结构
引道是城市道路系统中立交地道、水底隧道的峒门与地 面间的连接段,也是地铁车辆牵引线的组成部分,它实 质上是一种纵向变高度的堑壕。 墙型支挡结构 结构形式
如地下医院、教室、指挥所等。
地下指挥所
5.浅埋的地下结构
5.2 一般浅埋地下结构形式
浅埋式建筑物的结构形式不仅仅局限于上述三种形 式,特殊情况下也可以采用壳体或者折板结构。
5.浅埋的地下结构
5.3 闭合矩形框架的计算
闭合框架的结构计算通常包括荷载、内力及截面 计算,必要时尚应进行抗浮计算。
5.浅埋的地下结构
5.浅埋的地下结构
5.2
5.2.1
一般浅埋地下结构形式
直墙拱
地下结构跨度较小时常采用直墙拱。人防通道部分 1.5~4m,普遍应用直墙拱 砖砌拱
跨度大小
预制钢筋混凝土拱 现浇钢筋混凝土拱
拱体部分
轴线形状
半圆拱,割圆拱,抛物线拱
直墙拱以承受轴向压力为主,弯矩剪力较小,采用砖 石、混凝土砌筑以发挥其抗压性能,经济合理。
地下结构外侧与土、水接触,相对湿度较高,保护层 最小厚度常比地面结构增加5-10mm。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。
5.浅埋的地下结构
5.4
5.4.3
构造要求
横向受力钢筋
钢筋直径选取32mm以下,钢筋的间距一般不大于 200mm,不小于70mm,以方便施工。
i
qu i hi whw d qut
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
2)底板荷载 底板荷载一般可以认为是直线分布的,考虑特载:
qb qu
P q L
bt
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结构整体自重
结构横断面宽度
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.3
概述
一般浅埋结构
一般浅埋结构用于人防工程的通道部分,应用最广泛的有 浅埋的地铁车站、地铁通道、地下工厂、地下医院、地下 指挥所。 浅埋式建筑工程,一般采用明挖法施工,深度在5~10时 比较经济,某些情况下可达到十几米甚至二十几米。 浅埋式结构形式:直墙拱,矩形框架和梁板式结构。
扶壁式挡墙
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.2
概述
引道结构
(1) 墙型支挡结构 悬臂式挡墙由墙板和底板两部分组成,临土面常做成 竖直面,外侧略微倾斜。 墙板顶宽一般不小于150mm,底板厚度取强高的 1/12~1/10,且不小于150mm,宽度一般取 (0.4~0.7)H,以保证稳定性。
5.浅埋的地下结构
最小钢筋配筋率(%) 混凝土强度等级 项 次 1 2 3 分类 轴心受压构件的全部 受压钢筋 偏心受压及偏心受拉构件 的受压钢筋 受弯构件偏心受压及偏心 受拉构件的受拉钢筋 <C20 0.4 0.2 0.1 C25-C40 0.4 0.2 0.15 C50-C60 0.4 0.2 0.2
5.浅埋的地下结构
闭合矩形框架的计算
截面计算
地下结构截面选择和承载力计算,一般以现行钢筋混凝 土结构设计规范为准。 特载与其他荷载组合,按照弯矩和轴力对构件承载力进 行验算时,需要考虑动力荷载作用下材料强度的提高;
按剪力和扭力对构件进行承载力验算时,则不考虑材料 强度的提高。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.3
闭合矩形框架的计算
闭合矩形框架的计算
荷载计算
1)顶板荷载 (3)顶板自重
qg d
顶板材料的重度 顶板厚度
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
1)顶板荷载 (4)特载 特载 qut 为常规武器作用或核武器爆炸形成的荷载, 可按照人防有关规范规定采用。
顶板总荷载为三种荷载与特载之和:
qu qs qw qg qut
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.2
闭合矩形框架的计算
内力计算
3)计算方法 (2) 线位移的确定,一般情况下,框架有几孔就有几个 独立的线位移。结构对称、荷载对称时,独立线位移数 目可以减少。 浅埋式结构上特载的值远大于其他荷载,而且,特载的 值的计算是非常粗略的。
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.3
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
地下结构荷载分为静荷载、活荷载和特定荷载。
结构自重土压力 施工活荷载 武器冲击荷载 地下水头压力 人群、车辆设备等荷载
5.浅埋的地下结构
5.3
5.3.1
闭合矩形框架的计算
荷载计算
1)顶板荷载 作用在顶板上的荷载:上部覆土重力,水压力和顶板自重。 (1)上部覆土压力 结构范围内顶板以上各层土体重量相加除以顶板面积:
5.浅埋的地下结构
建筑物埋置深度:浅埋式结构,深埋式结构
附建式的地下结构(防空地下室)
隧道的引道结构 一般的浅埋结构 本章着重讨论矩形浅埋式结构的设计与计算原理 要求掌握矩形闭合框架的一般计算方法
5.浅埋的地下结构
5.1 概述
埋入土壤中的结构,上部均覆盖有土层。 当上覆土层的厚度H满足一定条件后,上覆土层能够形成稳 定的压力拱,垂直的土层压力q保持稳定而不再增加,这种 结构称为深埋式结构。 当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时,为 浅埋式结构。
5.浅埋的地下结构
5.4
5.4.5
构造要求
箍筋
地下结构断面厚度较大,一般可不配置箍筋
板和墙厚 (mm)
项次
V 0.7 f t bh0 V 0.7 f t bh0
半圆拱、割圆拱和抛物线拱
5.浅埋的地下结构
5.2
5.2.2
一般浅埋地下结构形式
矩形闭合框架
矩形闭合框架在地下结构中被广泛采用,浅埋式地铁 车站、车站常采用明挖法,采用矩形断面开挖,经济、 方便施工。结构内部空间与车辆相似,可充分利用内 部空间。 地铁工程中,根据使用要求及荷载和跨度要求,闭合框 架可以采用单跨、双跨、多层多跨的形式。 单跨矩形闭合框架一般跨度小于6m,大于6m时,设计成 单跨或者多跨。
浮力
5.浅埋的地下结构
5.4
5.4.1
构造要求
配筋形式
横向受力钢筋和纵向分布钢筋 组成 预先焊成钢筋网片,施工方便。 设置支托,可以减少应力集中 现象,改善框架受力条件。需 要配置箍筋和弯起钢筋。 承受动力荷载时,布置成 双层钢筋。
闭合框架的配筋
5.浅埋的地下结构
5.4
5.4.2
构造要求
混凝土保护层厚度
进行挡土墙设计时,需要计算挡土墙的稳定和挡土墙的强度。
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.2
概述
引道结构
(2) 槽型支挡结构 槽型支挡结构又称整体式引道结构,两侧挡墙与底板连 成一个整体的“ ”形或者“ ”形静定结构,其形 状与船坞类似,尺寸大小根据使用用途、埋设深度和受 力情况等决定。
侧墙部分可以像悬臂式挡土墙一样,墙壁为直壁,外侧 为斜坡,底板厚度可取跨度的1/6~1/10,其设计需要 先进行抗浮稳定计算,然后进行结构的强度计算。
5.1
5.1.2
概述
引道结构
(1) 墙型支挡结构 扶壁式挡墙由墙板、底板和扶壁组成,尺寸选择的原则 与悬臂式类似,扶壁间距不宜小于3m,扶壁厚度在 150mm与400mm。
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.2
概述
引道结构
(1) 墙型支挡结构 挡土墙上的荷载:垂直荷载,水平荷载 墙身自重 墙前、后填土水平压力 墙厚填土重量 墙前、后水压力 墙后地下水重量 底板板下地下水向上的浮力
槽型支挡结构
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.2
概述
引道结构
(1) 墙型支挡结构 墙型支挡结构又称为分离式引道,挡墙与路面分开。 分类: 重力型、半重力型(块石、素混凝土制成)、钢筋 混凝土薄壁型挡墙、加筋土型支挡结构、拉锚型支 挡结构、地下连续墙型支挡结构 最广泛的 薄壁型挡墙 悬臂式 扶壁式
悬臂式挡墙
5.浅埋的地下结构
5.1
5.1.1
概述
防空地下室
防空地下室或称“附建式人防工事”,主要是指大量的 住宅和公共建筑物在修建时,按照国家的规定,按比例 修建的具有一定防护要求的建筑物地下室。 上部结构静荷载 作用 战争期间防护作用 战争爆炸动力荷载
结合上部结构设计和施工,尽量做到平战结合。
5.浅埋的地下结构
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