浅埋的地下结构 PPT课件

1 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 2 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 3 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 1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 作用 上部结构静荷载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 4 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 1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 结构形式 梁板结构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 5 壳体结构 梁板结构 6 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 1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 7 8 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 2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 结构形式 墙型支挡结构槽型支挡结构 9 10 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 2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 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 分类 最广泛的薄壁型挡墙 悬臂式扶壁式 11 悬臂式挡墙 扶壁式挡墙 12 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 2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 13 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 2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 14 1 墙型支挡结构 5 1 2引道结构 5 1概述 5 浅埋的地下结构 挡土墙上的荷载 垂直荷载 水平荷载 墙身自重墙厚填土重量墙后地下水重量底板板下地下水向上的浮力 墙前 后填土水平压力墙前 后水压力 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 15 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 2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 16 5 浅埋的地下结构 5 1概述 5 1 3一般浅埋结构 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 17 5 浅埋的地下结构 5 2一般浅埋地下结构形式 5 2 1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 拱体部分 跨度大小 轴线形状 砖砌拱预制钢筋混凝土拱现浇钢筋混凝土拱 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 18 半圆拱 割圆拱和抛物线拱 19 5 浅埋的地下结构 5 2一般浅埋地下结构形式 5 2 2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 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 20 矩形闭合框架的典型形式 21 矩形闭合框架的典型形式 22 5 浅埋的地下结构 5 2一般浅埋地下结构形式 5 2 3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 如地下医院 教室 指挥所等 23 地下指挥所 24 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 25 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 26 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 地下结构荷载分为静荷载 活荷载和特定荷载 结构自重土压力地下水头压力 施工活荷载人群 车辆设备等荷载 武器冲击荷载 27 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1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 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层土体重度 第i层土体厚度 28 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 1 顶板荷载 2 水压力 水的重度 10KN m 3 地下水面至顶板表面的距离 29 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 1 顶板荷载 3 顶板自重 顶板材料的重度 顶板厚度 30 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 1 顶板荷载 4 特载 特载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 31 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1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 结构横断面宽度 结构整体自重 32 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1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 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 33 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 3 侧墙荷载 2 侧向水压力 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 34 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 1荷载计算 3 侧墙荷载 考虑特载 三者合计 荷载计算简图 35 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2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 36 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2内力计算 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 37 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2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 38 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2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 39 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2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 40 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 2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 41 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 3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 42 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 3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 43 5 浅埋的地下结构 5 3闭合矩形框架的计算 5 3 4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 浮力 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 抗浮安全系数 44 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 1配筋形式 闭合框架的配筋 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 45 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 2混凝土保护层厚度 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 46 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 3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 最小钢筋配筋率 47 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 4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 48 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 5箍筋 地下结构断面厚度较大 一般可不配置箍筋 箍筋的最大间距 49 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 5箍筋 绑扎骨架时 箍筋间距不大于15d 焊接骨架时 不大于20d 受力钢筋非焊接接头长度内 当搭接筋为受拉筋时 箍筋间距不大于5d 为受压筋时 不大于10d 50 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 6刚性节点构造 节点构造应保证整体性 即应由足够的强度 刚度及抗裂性 还应方便施工 防止应力集中 增加斜托 斜托的斜度控制在1 3左右比较合适 转角部分的钢筋布置如图 外侧钢筋弯曲半径R 10d 51 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 6刚性节点构造 内测发生拉力 设置附加箍筋 52 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 7变形缝的设置 变形缝 伸缩缝和沉降缝 伸缩缝 预防温度变化和混凝土收缩 沉降缝 预防不均匀沉降 变形缝的间距在30m左右 53 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 7变形缝的设置 变形缝缝宽一般为20 30mm 填充富有弹性的材料 构造方式主要分为三类 1 嵌入式 结构内部槽中填以沥青胶或由环氧树脂和煤焦油合成的环煤涂料等 也可以在外部贴防水层 防止出现缝隙 54 5 浅埋的地下结构 5 4构造要求 5 4 7变形缝的设置 2 贴附式 一般工程采用 将厚度为6 8mm的橡胶平板用钢板条及螺栓固定在结构上即可 优点 橡胶平板