地下建筑结构课程设计讲义_lhmppt课件
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设计剪力
Ni N p
由特载引起的设计轴力按下式计算
Nt Nt
i
p
将上面两种情形求得的设计轴力
加起来即得各杆件的最后设计轴力。
20
矩形闭合框架的计算——抗浮计算
为了保证结构不致因为地下水的浮力而浮起，在设计完 成后，尚需按下式进行抗浮计算
K Q重 1.05~1.10 Q浮
K ——抗浮安全系数
ij iP biq
ij
M iM j ds EJ
ij ：框架基本结构在单位力作用下产生的位移(不包括底板)
bij ：底板按弹性地基梁在单位力xi作用下算出的切口处xi 方向的位移；
iP ：框架基本结构在外荷载作用下产生的位移(不包括底板；)
biq ：底板按弹性地基梁在外荷裁q作用下算出的切口处 xi 方向位17 移；
矩形闭合框架的计算——内力计算
(五)设计弯矩、剪力及轴力的计算
设计弯矩：实际不利的截面(弯矩大而截面高度又小)则是
侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩。根据隔离体平衡
条件，可以按下面的公式计算
Mi
Mp
Qp
b 2
q 2
b 2
2
M i —— 设计弯矩；
M p —— 计算弯矩； Qp —— 计算剪力；
11
矩形闭合框架的计算——内力计算
(一)基础计算理论
1.按地基反力为直线分布的假定计算 2.按温克尔假定计算基础 3.按地基为弹性半无限平面体的假定计算基础
12
矩形闭合框架的计算——内力计算
(二)计算简图
计算内力时，首先要选择合理的计算简图并初步假设截面 的尺寸 ：
1.平面应变； 2.中隔墙看作只承受轴力的二力杆；
(一)顶板上的荷载
作用于顶板上的荷载，包括有顶板以上的覆土压力、水压 力、顶板自重、路面活荷载以及特载。
1．覆土压力
将结构范围内顶板以上各层土体(包括路面材料)的重量之 和求出来，然后除以顶板的承压面积即可
q土 ihi
i
qmax
1 2
i
i Hmax
H max
a1
tan 2
45
2
tan
8
5
矩形闭合框架的计算——荷载计算
序号 1 2 3 4 5
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
6
矩形闭合框架的计算——荷载计算
混凝土路面
地下水位
q顶
e1
1
e1
Q1
H
l
Q2
l
Q1
e2
e2
L
q底
计算简图
7
矩形闭合框架的计算——荷载计算
地下建筑结构课程设计
——浅埋地下矩形双跨闭合框架设计
指导老师：曹 净 教授 刘海明 博士
1
概念
浅埋地下建筑结构的定义
指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H＜ (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。(2.3.2节，P32-41）
混凝土矩形闭合框架的应用
近似方法： Mi M p - Qp b 2
b —— 支座宽度；
q —— 作用于杆件上的均布荷载。
18
矩形闭合框架的计算——内力计算
设计剪力
a)
设设设设 设设设设
b) M p
q
Mi
Np
Ni
Qi
=Qp
-
q 2
b
Qi
Qp
19
矩形闭合框架的计算——内力计算
设计轴力
计算剪力 由静载引起的设计轴力按下式计算
(三)侧墙上的荷载
侧墙上所受的荷载有土层的侧向压力、水压力及特载。
1．土层侧向压力
e(
i
ihi
)
tan 2
45
2
2．侧向水压力 ew wh
：折减系数，其值依土体的透水性来确定：对于砂土 1
，对于粘土 0.7
h ：从地下水表面至考查点的距离。
作用于侧墙上的荷载为:
q侧
e
ew
qt 顶
Q重 ——结构自重、设备重及上部覆土重之和； Q浮 ——地下水的浮力。
浅埋式矩形框架结构具有空间利用率高，挖掘断面经 济，且易于施工的优点，得到了广泛的应用，特别是在车 行立交地道、地铁通道、车站等最为适用。
2
3
矩形闭合框架的设计
结构设计内容
一、荷载计算； 二、内力计算； 三、抗浮验算； 四、截面验算 ；
4
矩形闭合框架的计算——荷载计算
静载是指长期作用在结构上的不变荷裁，如结构自重、土 压力及地下水压力等；
(二)底板上的荷载
一般情况下，人防工程中的结构刚度都较大，而地基相对 来说较松软，所以假定地基反力为直线分布。作用于底板上 的荷载可按下式计算
q底
q顶
P L
qt 顶
P :结构顶板以下，底板以上的两边墙及中间柱等重量
L :结构横断面的宽度；
qt :底板上所受的特载。 顶 10
矩形闭合框架的计算——荷载计算
16
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法——查表法
弹性地基上平面框架的内力计算仍可采用结构力学中的力
法，只是需要将底板按弹性地基梁来考虑。
x111 x212 x313 1P 0
wk.baidu.comx1
21
x2 22
x3 23
2P
0
x131 x232 x333 3P 0
ij ij bij
矩形闭合框架的计算——荷载计算
(一)顶板上的荷载
2．水压力 q水 whw kN m2
i
3.顶板自重 q自重 d kN m2
4. 顶板所受的特载为
qt 顶
5.地面超载q
总和
q 顶
q土
q水
q自重
qt 顶
q
q 顶
ihi
whw
d
qt 顶
q
i
9
矩形闭合框架的计算——荷载计算
活载是指结构物使用期间或施工期间可能存在的变动荷载， 如人群、车辆、设备或施工设备以及施工期间堆放的材料、 机器等荷载；
特载则指常规武器(炮、炸弹)作用或核武器爆炸形成的荷 载。关于特载的大小是按照不同的防护等级采用的，它在人 防工程的有关规范中有明确的规定。
地震荷载：处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作 用。
13
矩形闭合框架的计算——内力计算
(三)截面选择
已 结构力学
内
知
力
截
分
面
截面验算 配
在进行内力计算之前，先根据以往的经验(参照已有的类似 的结构)或近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸，经内力计 算后，再来验算所设截面是否合适。否则，重复上述过程， 直至所设截面合适为止。
14
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法
当不考虑线位移影响时，可按下图简化计算模式以力矩 分配法进行手算。
顶
而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，将地基视作弹 性半无限平面。
底
15
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法
e
e
h
a)
q0
J
J b)
J
J
l x2
x3
x1
h
h
h
e
e
l
计算简图及基本结构
Ni N p
由特载引起的设计轴力按下式计算
Nt Nt
i
p
将上面两种情形求得的设计轴力
加起来即得各杆件的最后设计轴力。
20
矩形闭合框架的计算——抗浮计算
为了保证结构不致因为地下水的浮力而浮起，在设计完 成后，尚需按下式进行抗浮计算
K Q重 1.05~1.10 Q浮
K ——抗浮安全系数
ij iP biq
ij
M iM j ds EJ
ij ：框架基本结构在单位力作用下产生的位移(不包括底板)
bij ：底板按弹性地基梁在单位力xi作用下算出的切口处xi 方向的位移；
iP ：框架基本结构在外荷载作用下产生的位移(不包括底板；)
biq ：底板按弹性地基梁在外荷裁q作用下算出的切口处 xi 方向位17 移；
矩形闭合框架的计算——内力计算
(五)设计弯矩、剪力及轴力的计算
设计弯矩：实际不利的截面(弯矩大而截面高度又小)则是
侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩。根据隔离体平衡
条件，可以按下面的公式计算
Mi
Mp
Qp
b 2
q 2
b 2
2
M i —— 设计弯矩；
M p —— 计算弯矩； Qp —— 计算剪力；
11
矩形闭合框架的计算——内力计算
(一)基础计算理论
1.按地基反力为直线分布的假定计算 2.按温克尔假定计算基础 3.按地基为弹性半无限平面体的假定计算基础
12
矩形闭合框架的计算——内力计算
(二)计算简图
计算内力时，首先要选择合理的计算简图并初步假设截面 的尺寸 ：
1.平面应变； 2.中隔墙看作只承受轴力的二力杆；
(一)顶板上的荷载
作用于顶板上的荷载，包括有顶板以上的覆土压力、水压 力、顶板自重、路面活荷载以及特载。
1．覆土压力
将结构范围内顶板以上各层土体(包括路面材料)的重量之 和求出来，然后除以顶板的承压面积即可
q土 ihi
i
qmax
1 2
i
i Hmax
H max
a1
tan 2
45
2
tan
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5
矩形闭合框架的计算——荷载计算
序号 1 2 3 4 5
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
6
矩形闭合框架的计算——荷载计算
混凝土路面
地下水位
q顶
e1
1
e1
Q1
H
l
Q2
l
Q1
e2
e2
L
q底
计算简图
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矩形闭合框架的计算——荷载计算
地下建筑结构课程设计
——浅埋地下矩形双跨闭合框架设计
指导老师：曹 净 教授 刘海明 博士
1
概念
浅埋地下建筑结构的定义
指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H＜ (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。(2.3.2节，P32-41）
混凝土矩形闭合框架的应用
近似方法： Mi M p - Qp b 2
b —— 支座宽度；
q —— 作用于杆件上的均布荷载。
18
矩形闭合框架的计算——内力计算
设计剪力
a)
设设设设 设设设设
b) M p
q
Mi
Np
Ni
Qi
=Qp
-
q 2
b
Qi
Qp
19
矩形闭合框架的计算——内力计算
设计轴力
计算剪力 由静载引起的设计轴力按下式计算
(三)侧墙上的荷载
侧墙上所受的荷载有土层的侧向压力、水压力及特载。
1．土层侧向压力
e(
i
ihi
)
tan 2
45
2
2．侧向水压力 ew wh
：折减系数，其值依土体的透水性来确定：对于砂土 1
，对于粘土 0.7
h ：从地下水表面至考查点的距离。
作用于侧墙上的荷载为:
q侧
e
ew
qt 顶
Q重 ——结构自重、设备重及上部覆土重之和； Q浮 ——地下水的浮力。
浅埋式矩形框架结构具有空间利用率高，挖掘断面经 济，且易于施工的优点，得到了广泛的应用，特别是在车 行立交地道、地铁通道、车站等最为适用。
2
3
矩形闭合框架的设计
结构设计内容
一、荷载计算； 二、内力计算； 三、抗浮验算； 四、截面验算 ；
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矩形闭合框架的计算——荷载计算
静载是指长期作用在结构上的不变荷裁，如结构自重、土 压力及地下水压力等；
(二)底板上的荷载
一般情况下，人防工程中的结构刚度都较大，而地基相对 来说较松软，所以假定地基反力为直线分布。作用于底板上 的荷载可按下式计算
q底
q顶
P L
qt 顶
P :结构顶板以下，底板以上的两边墙及中间柱等重量
L :结构横断面的宽度；
qt :底板上所受的特载。 顶 10
矩形闭合框架的计算——荷载计算
16
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法——查表法
弹性地基上平面框架的内力计算仍可采用结构力学中的力
法，只是需要将底板按弹性地基梁来考虑。
x111 x212 x313 1P 0
wk.baidu.comx1
21
x2 22
x3 23
2P
0
x131 x232 x333 3P 0
ij ij bij
矩形闭合框架的计算——荷载计算
(一)顶板上的荷载
2．水压力 q水 whw kN m2
i
3.顶板自重 q自重 d kN m2
4. 顶板所受的特载为
qt 顶
5.地面超载q
总和
q 顶
q土
q水
q自重
qt 顶
q
q 顶
ihi
whw
d
qt 顶
q
i
9
矩形闭合框架的计算——荷载计算
活载是指结构物使用期间或施工期间可能存在的变动荷载， 如人群、车辆、设备或施工设备以及施工期间堆放的材料、 机器等荷载；
特载则指常规武器(炮、炸弹)作用或核武器爆炸形成的荷 载。关于特载的大小是按照不同的防护等级采用的，它在人 防工程的有关规范中有明确的规定。
地震荷载：处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作 用。
13
矩形闭合框架的计算——内力计算
(三)截面选择
已 结构力学
内
知
力
截
分
面
截面验算 配
在进行内力计算之前，先根据以往的经验(参照已有的类似 的结构)或近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸，经内力计 算后，再来验算所设截面是否合适。否则，重复上述过程， 直至所设截面合适为止。
14
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法
当不考虑线位移影响时，可按下图简化计算模式以力矩 分配法进行手算。
顶
而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，将地基视作弹 性半无限平面。
底
15
矩形闭合框架的计算——内力计算
(四) 计算方法
e
e
h
a)
q0
J
J b)
J
J
l x2
x3
x1
h
h
h
e
e
l
计算简图及基本结构