工学地下建筑结构第06章浅埋式结构

1、浅埋式结构浅埋式结构地下建筑结构地下建筑结构-66.1. 概述概述定义定义指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (h(22.5)h1，h1为压力拱高为压力拱高)或软土地层中覆盖层或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。厚度小于结构尺寸的地下结构。 影响因素影响因素建筑物的使用要求，环境条件，地质条件，建筑物的使用要求，环境条件，地质条件，防护等级，以及施工能力防护等级，以及施工能力 6.1.1 直墙拱直墙拱 应用应用多用在跨度多用在跨度1.54m左右的结构中。墙体部分通常用砖左右的结构中。墙体部分通常用砖或块石砌筑，拱体部分视其跨度大小，可以采用砖

2、砌或块石砌筑，拱体部分视其跨度大小，可以采用砖砌拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋混凝土拱。拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋混凝土拱。 拱型结构主要承受轴向压力，其中弯矩和剪力都较小拱型结构主要承受轴向压力，其中弯矩和剪力都较小 受力分析特点受力分析特点6.1.2 矩形闭合框架矩形闭合框架 特点特点空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工 型式型式单跨的、双跨的或是多跨的；有时在车站部分单跨的、双跨的或是多跨的；有时在车站部分还需做成多层多跨的型式。还需做成多层多跨的型式。 盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站盾构隧道基础上修建三连拱地铁车站 广州林和西路站：单层三连

3、拱岛式站台车站。 站厅设在地面或两端地下,站台两端可设辅助用房。 站台与站厅之间由楼梯和自动扶梯连接的车站结构型式 19861986年采用年采用“浅埋暗挖法浅埋暗挖法”建成的北建成的北京复兴门地铁折返线京复兴门地铁折返线 (一一)单跨矩形闭合框架单跨矩形闭合框架 当跨度较小时（一般小于当跨度较小时（一般小于6m），可采用单跨矩形闭合框），可采用单跨矩形闭合框架。图架。图6-2系地铁车站系地铁车站(或大型人防工程或大型人防工程)的出入口通道。的出入口通道。 (二二)双跨和多跨的矩形闭合框架双跨和多跨的矩形闭合框架 (三三)多层多跨的矩形闭合框架多层多跨的矩形闭合框架 有些地下厂房有些地下厂房(例

4、如地下热电站例如地下热电站)由于工艺要求必由于工艺要求必须做成多层多跨的结构。地铁车站部分，为了达须做成多层多跨的结构。地铁车站部分，为了达到换乘的目的，局部也做成双层多跨的结构到换乘的目的，局部也做成双层多跨的结构 6.2.3 梁板式结构梁板式结构 顶、底板做成现浇钢筋混凝土梁板式结构，围墙和隔墙为顶、底板做成现浇钢筋混凝土梁板式结构，围墙和隔墙为砖墙；在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一砖墙；在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一般除内部隔墙外，均做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构。般除内部隔墙外，均做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构。 6.2 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算

5、结构计算内容结构计算内容荷载计算；荷载计算；内力计算；内力计算；截面验算截面验算 6.2 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算 荷载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、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；土压力及地下水压力等；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，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、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；机器等荷载；特载则指常规武器特载则指常规武器(炮、炸弹炮、炸弹)作用或核武器爆炸形成的作用或核武

6、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，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。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，还受到地震荷载的地震荷载：处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作用。作用。荷载列表序号荷 载 类 型类别1水土压力、结构自重恒载2地面超载活载3特殊荷载偶然荷载4车辆爆炸荷载偶然荷载5地震荷载偶然荷载(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。压力、顶板自重、路面活荷载以

7、及特载。 1覆土压力覆土压力 将结构范围内顶板以上各层土壤将结构范围内顶板以上各层土壤(包括路面材料包括路面材料)的重量的重量之和求出来，然后除以顶板的承压面积即可之和求出来，然后除以顶板的承压面积即可 2iiiqh kn m土2水压力水压力2iwwqhkn m水(一)顶板上的荷载 3顶板自重顶板自重2qd kn m4. 顶板所受的特载为顶板所受的特载为tq顶 5地面超载地面超载q 总和总和 tqqqqq顶顶土水itiiwwqhhdq顶顶+q +q +q (一)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

8、反力为直线分布。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作用于底板上的荷载可按下式计算 tpqqql顶顶底pltq顶:结构顶板以下，底板以上的两边墙及中间柱等重量:结构横断面的宽度(见图69)； :底板上所受的特载。(三)侧墙上的荷载侧墙上所受的荷载有土层的侧墙上所受的荷载有土层的侧向压力、水压力及特载。侧向压力、水压力及特载。 1土层侧向压力土层侧向压力 2i()tan452iieh2侧向水压力侧向水压力 wweh10.7h折减系数，其值依土壤的透水性来确定：对于砂土，对于粘土:从地下水表面至考查点的距离。作用于侧墙上的荷载为作用于侧墙上的荷载为:twqee

9、q顶侧6.2.2 内力计算内力计算 计算内力时，计算内力时， 首先要选择合理的首先要选择合理的计算简图计算简图并并初步假设截面初步假设截面的尺寸的尺寸 (一一)计算简图计算简图 1.平面应变平面应变2.中隔墙看作只承受轴力的二力杆中隔墙看作只承受轴力的二力杆 (二二)截面选择截面选择在进行内力计算之前，先根据以往的经验在进行内力计算之前，先根据以往的经验(参照已有的参照已有的类似的结构类似的结构)或或近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸，经内力计算后，再来经内力计算后，再来验算所设截面验算所设截面是否合适。是否合适。否则，重复上述过程，直至所设截面合适为止。否则

10、，重复上述过程，直至所设截面合适为止。 已已知知截截面面内内力力分分配配结构力学结构力学截面验算截面验算 (三三) 计算方法计算方法 当不考虑线位移影响时，可按图当不考虑线位移影响时，可按图6-12简化计算模式简化计算模式以以力矩分配法力矩分配法进行手算。进行手算。 顶底图6-12而静荷载作用下地层中的而静荷载作用下地层中的闭合框架一般按闭合框架一般按弹性地基弹性地基上的框架上的框架进行计算，弹性进行计算，弹性地基可按地基可按文克尔地基文克尔地基考虑，考虑，也可将地基视作也可将地基视作弹性弹性半无限平面半无限平面。 (三三) 计算方法计算方法 (三三) 计算方法计算方法 弹性地基上平面框架的内

11、力计算仍可采用结构力学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。中的力法，只是需要将底板按弹性地基梁来考虑。 1 11212313112122232321312323333000pppxxxxxxxxx结构力学力法结构力学力法 ijijijbijipiqb ijijijm mdsej ijbixipiqb 框架基本结构在单位力作用下产生的位移(不包括底板)：底板按弹性地基梁在单位力xi作用下算出的切口处方向的位移；：框架基本结构在外荷载作用下产生的位移(不包括底板；) ：底板按弹性地基梁在外荷裁q作用下算出的切口处ix方向位移； (四四)设计弯矩、

12、剪力及轴力的计算设计弯矩、剪力及轴力的计算 设计弯矩：设计弯矩：实际不利的截面实际不利的截面(弯矩大而截面高度又小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。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根据隔离体平衡条件，可以按下面的公式计算222 2ippbq bmmqimpmpqbq 设计弯矩；设计弯矩； 计算弯矩；计算弯矩； 计算剪力；计算剪力； 支座宽度；支座宽度； 作用于杆件上的均布荷载。作用于杆件上的均布荷载。- ippmmqb近似方法：近似方法：2设计剪力设计剪力 =-2ipqqqb3设计轴力设计轴力 图 6-16设计剪力

13、计算剪力由静载引起的设计轴力按下式计算由静载引起的设计轴力按下式计算 ipnn由特载引起的设计轴力按下式计算由特载引起的设计轴力按下式计算 ipttnn将上面两种情形求得的设计轴力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。加起来即得各杆件的最后设计轴力。 6.2.3 抗浮验算抗浮验算 为了保证结构不致因为地下水的浮力而浮起，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在设计完成后，尚需按下式进行抗浮计算 1.051.10qkq重浮kq重q浮抗浮安全系数抗浮安全系数 结构自重、设备重及上部覆土重之和；结构自重、设备重及上部覆土重之和； 地下水的浮力。地下水的浮力。6.3 截面设计截面设计规范规范:混凝土规范混凝土规范(gb50010-2002) 图 6-17 在特载与其它荷载共同作用下在特载与其它荷载共同作用下:按弯矩及轴力强度验算时，材料动载下强度提高，按弯矩及轴力强度验算时，材料动载下强度提高，按剪力和扭力强度验算时，则材料的强度不提高。按剪力和扭力强度验算时，则材料的强度不提高。地下矩形闭合框架结构的构件地下矩形闭合框架结构的构件(顶板、侧墙、底板顶板、侧墙、底板)均按均按偏心受压构件进行截面验算。偏心受压构件进行截面验算。 6.4 构造要求构造要求配筋型式配筋型式 混凝土保护