地下建筑结构复习资料

地下结构的定义 保留上部地层 山体或土层 的前提下 在开挖出能提供某种用途的 地下空间内修建的结构物 统称为地下结构 地下工程分类 交通隧道 水工隧洞 矿山巷道 地下仓库 地下工厂 地下民用与公 共建筑 地下市政工程 人防工程 国防地下工程 地下建筑是修建在地层中的建筑物 它可以分为两大类 一类是修建在土层中的 一类是 修建在岩层中的 广义上讲 任何结构物都是修建在相应的介质中的 下建筑结构 即埋置于地层内部的结构 永久性支护结构 即衬砌结构 衬砌结构主要是起承重和围护两方面的作用 下建筑 与地面建筑结构的区别 1 计算理论 设计和施工方法 2 地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂 3 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 所以 在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土 体压力之外 还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用 这一点乃是地下建筑结构在计 算理论上与地面建筑结构最主要的差别 结构型式首先由受力条件来控制 即在一定地质条件的土水压力下和一定的爆炸与地震 等动载下求出最合理和经济的结构型式 结构型式也受使用要求的制约 施工方案是决定地下结构型式的重要因素之一 地下结构常见的型式有以下几种 1 附建式结构 2 浅埋式结构图 3 地道式结构 4 沉井法结构 5 盾构法结 构 6 连续墙结构 7 顶管结构 8 沉管法结构 设计分工艺设计 规划设计 建筑设计 防护设计 结构设计 设备设计等 结构设计工作一般分初步设计和施工图设计两个阶段 初步设计的内容 1 工程防护等级 三防要求与动载标准的确定 2 确定埋置深度与施工方法 3 草算荷载值 4 选择建筑材料 5 选定结构型式和布置 6 估算结构跨度 高度 顶底板及边墙厚度等主要尺寸 7 绘制初步设计结构图 8 估算工程材料数量及财务概算 技术设计 1 计算荷载 2 计算简图 3 内力分析 4 内力组合 5 配筋设计 6 绘制结构施工详图 7 材料 工程数量和工程财务预算 计算原则 1 使用规范 2 设计标准 确定地下建筑物的荷载 建筑材料的选用 允许考虑由塑性变形引起的内 力重分布 截面计算原则 材料强度指标 3 计算理论 1 计算原理 较多地应用以文克尔假定的基础局部变形理论以及以弹性理论为基础的共 同变形理论 说明 2 计算方法 一般结构力学法 弹性地基梁法 矩阵分析法 浅埋暗挖法浅埋暗挖法 施工中应坚持十八字方针 管超前 严注浆 短进尺 强支护 早封闭 勤量测 保护围岩 是浅埋暗挖施工的关键技术 一定要高度重视 浅埋隧道的确定原则 浅埋隧道分为浅埋 超浅埋 判断方法 采用拱顶覆土厚度 H 与结 构跨度 D 之比覆跨比判断 当 0 6 H D 1 5 时 均称为浅埋 当 H D 1 5 时 均称为超 浅埋 H 1 5 2 0 h0 浅埋暗挖法施工的特点 浅埋暗挖法施工的缺点 施工速度慢 喷射混凝土粉尘多 劳动 强度大 机械化程度不高 以及高水位地层结构防水比较困难 优点 灵活多变 对地面 建筑 道路和地下管线影响不大 拆迁占地少 不扰民 不污染城市环境等优点 浅埋暗 挖法施工成本 城市地下工程 较明 盖 挖法 盾构法低 浅埋暗挖法施工监测 地表沉降 拱顶沉降 3 内径变位 支护结构受力 孔隙 水压力监测 土体垂直位移监测 土体水平位移监测 孔隙水压力监测 近地建 筑物倾斜监测等 喷射混凝土 1 喷射混凝土胶凝材料用量不宜小于 400 m3 2 速凝剂掺量不宜大于水泥用量的 5 3 喷射混凝土的坍落度为 8 13 4 采用埋设钢筋头做标志 控制喷射混凝土厚度 地地 下下 结结 构构 工工 程程 土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力 土压力 1 静止土压力 挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移 墙后填土处于弹 性平衡状态时 作用在挡土墙背的土压力 Eo 2 主动土压力 在土压力作用下 挡土墙离开土体向前位移至一定数值 墙后土体达到主 动极限平衡状态时 作用在墙背的土压力 Ea 3 被动土压力 在外力作用下 挡土墙推挤土体向后位移至一定数值 墙后土体达到被动 极限平衡状态时 作用在墙上的土压力 Ep Ea Eo Ep 库仑土压力基本假定 1 墙后的填土是理想散粒体属于平面应变问题 2 滑动破坏面为通过墙 踵的平面 3 滑动土楔为一刚塑性体 本身无变形 朗肯土压力基本理论 1 挡土墙背垂直 光滑 2 填土表面水平 3 墙体为刚性 一 朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题 朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件建立的 采用墙背竖直 光滑 填土表 面水平的假定 与实际情况存在误差 主动土压力偏大 被动土压力偏小 库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件建立的 采用破坏面为平面的假定 与实际 情况存在一定差距 尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时 浅埋的地下结构浅埋的地下结构 当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时 则为浅埋式结构 浅埋的地下结构包括附建式的地下室结构 防空地下室 隧道的引道结构和一般的浅埋结 构 一般采用明挖法施工 矩形闭合框架的计算 矩形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 静荷载 自重土压力和地下水头压力 活荷载 特定荷载 变形缝 变形缝的间距在 30m 左右 嵌缝式 贴附式 埋入式 附建式结构附建式结构 附建式结构 修筑于坚固的建筑物下的地下室 结构优越性 1 节省建设用地 这对大城市区尤为重要 2 便于平战结合 3 人员和设备容易 在战时迅速转入地下 4 增强上层建筑的抗地震能力 在地震时防空地下室可作为避震 室 5 上层建筑对战时核爆炸冲击波 光辐射 早期核辐射以及炮 炸 弹有一定的防 护作用 防空地下室的造价比单建式的要低 6 便于施工管理 采用新技术 保证工程 质量 同时也便于维护 结构的型式选择考虑的因素 1 战时防护能力的要求 2 上面地面建筑的类型 3 地质及水文地质条件 4 平时与战时使用的要求 5 建筑材料及供应情况 6 施工条件 附建式结构的型式 梁板结构 板柱结构 箱形结构 壳体 折板结构等 地下连续墙地下连续墙 地下连续墙就是用专用设备沿着深基础或地下构筑周边采用泥浆护壁开挖出一条具有一定 宽度与深度的沟槽 在槽内设置钢筋笼 采用导管法在泥浆中浇筑墙体材料 混凝土 筑 成一单元墙段 依次顺序施工 以某种接头方法连接成的一道连续的地下钢筋混凝土墙 以便基坑开挖时防渗 挡土 作为邻近建筑物基础的支护以及直接成为承受直接荷载的基 础结构的一部分 地下连续墙的优点 地下连续墙的优点 1 施工时振动小 噪音低 非常适于在城市施工 2 墙体刚度大 用于基坑开挖时 极少发生地基沉降或塌方事故 3 防渗性能好 4 可以贴近施工 由于上述几项优点 我们可以紧贴原有建筑物施工地下连续墙 5 可用于逆作法施工 6 适用于多种地基条件 7 可用作刚性基础 8 占地少 可以充分利用建筑红线以内有限的地面和空间 充分发挥投资效益 9 工效高 工期短 质量可靠 经济效益高 地下连续墙的缺点 地下连续墙的缺点 1 在一些特殊的地质条件下 如很软的淤泥质土 含漂石的冲积层 和超硬岩石等 施工难度很大 2 如果施工方法不当或地质条件特殊 可能出现相邻槽段不能对齐和漏水的问题 3 地下连续墙如果用作临时的挡土结构 比其它方法的费用要高些 4 在城市施工时 废泥浆地处理比较麻烦 施工工艺 施工工艺 1 沟槽开挖 2 安设接头管 3 吊放钢筋笼 4 浇混凝土 设计计算内容 设计计算内容 荷载的确定 入土深度 槽壁的稳定验算 连续墙的静力计算 配筋计算 盾构衬砌结构盾构衬砌结构 盾构 shield 是一种钢制的活动防护装置或活动支撑 是通过软弱含水层 特别是河底 海底 以及城市居民区修建隧道的一种机械 头部可以安全地开挖地层 尾部可以装配预制管片或砌块 迅速地拼装成隧道永久衬砌 盾构