同济大学混凝土结构课程设计(地下通道)

同济大学混凝土结构课

程设计（地下通道）

-CAL-FENGHAI-(202l

混凝土结构课程设计

地下通道结构设计

学院土木工程学院

学号lOxxxx

姓名XXX

指导教师柳献

日期2013年6月6日

目录

前言............................................1

1.设计资料........................................1

基本设计资料...........................................1

基本计算假定...........................................1

2.设计构思........................................2

结构选型..............................................2

横截面尺寸选择.......................................3

3.结构内力分析和横断面设计.......................3

荷载计算..............................................3

荷载组合及最不利荷载布置...............................5

内力分析..............................................6

抗浮验算..............................................11

配筋计算..............................................12

裂缝宽度验算..........................................13

4.构造要求........................................15

1.设计资料

基本设计资料

为了联通两幢建筑的地下室，设计浅埋地下通道设计。周围环境条件如图

1,横断面情况如图2。

图1

q

。

。

。

9-1.0

\Z-

〜

。土层①

〜

o层

zo±

ln

11600T3500

图2

基本资料如下：

1、本地下通道结沟为重要结构，设计使用年限为100年，耐久性等级为一

级。

2、通道外轮廓尺寸要求6.6"zxlL6机，埋置深度4.4小。地下水位位于地

面以下1.0/77；

3、土层1：粉质粘土，重度、内摩擦角和粘聚力分别为ZI=18JW/M\

C]=10kN/m"伽=15“；

4、土层2：淤泥质粘土，重度为匕=17攵N/〃片,计算时考虑内摩擦角和粘

聚力分别在一定范围内变化：。2=1。〜6W/疗，伤=8〜15°；

5、土层厚度以埋置深度为界；

6、地而超载：q=30kN/m2；

7、地面超载荷载分项系数为，水土压力分项系数为

8、混凝土强度等级：C30,重度y,=254V/W,弹性模量

4=1.4x104MPa,泊松比〃=().167；

9、钢筋采用HPB335级；

10、地基变形模量Eg=50MPa,泊松比4=0.3。

基本计算假定

1、结构刚度远大于地基土的刚度

2、不考虑结构侧向位移

3、计算时忽略加腋的影响

4、考虑荷载最不利组合

2.设计构思

结构选型

根据题目要求，该地下通道外轮廓尺寸要求X,埋置深度。地下水位位于

地面以下1m。而且通道上密布各种管道，在这样的条件下若采用明挖法修建地

下通道将会有占地多、交通干扰大、地下管线拆迁量大、易造成环境污染等弊

端。故应采取暗挖施工工法，但是由于该地下通道总长只有55。8m,不便于展

开盾构施工。

综上分析，我们决定采用浅埋暗挖施工工法，可尽可能的避免上述弊端，

最大限度的减少对周边单位、居民生活和出行的影响。通道采用复合式衬砌支

护，由钢格栅加喷射混凝土初期支护和二次模筑混凝土衬砌组成。

横断面尺寸选择

采用矩形通道截面，顶板、底版、侧墙厚度均取600加，中间隔墙厚度取

400mm。边角做450倾角支托，取S=400mm。综上，该浅埋地下通道结构布置尺

寸示意图如图3o

3.结构内力分析和横断面设计

荷载计算

顶板荷载

1.无超载

覆土压力：

2

qt=18x1+(18-10)x3.4=45.2kN/m

水压力：

q水=10x3.4=34kN/n?

顶板自重：

q顶=25x0.6:15kN/m2--------------------------------------------------------

合计q=1.2x(45.2+34+15)=113.04kN/m2

2.有超载

合计q=1.2x(45.2+34+15+30)=149.0lkN/m

地基反力

1.无超载

q反=95.04+1.2x25x(0.6x34+0.4x5.4+8x0.4x0.4/2)/11.6=155.04kN；m2

2.有超载

qk=131.04+1.2x25x(0.6x34+0.4x5.4+8x0.4x0.4/2)/11.6=19LO4kN/m

底板荷载

1.无超载q底=4反-1.2x(25x0.6)=137.04kN/m2

2.有超载q底=q-1.2x(25x0.6)=173.04kN/m2

侧墙荷载(不考虑超载影响)

主动土压力：

Pa=(/+q)K°—2c区

主动土压力系数：

2

Ka=tan(45-(^/2)

顶板处土压力：

2=3+q)Ka-2c阮=(18X1+8x3.4+7x0.3)K”-2c阮=47.3K.-2c而

底板处土压力：

P0=3+4)K〃-2“用=(18xl+8x3.4+7x6.3)K〃-2c阮=89.3K“一2c反

考虑内摩擦角和粘聚力分别在一定范围内变化：

-=10~15雨/nr,(p2=8~15,，ka=0.59〜0.76

通过对土压力荷载函数的线性分析，得出结论为土压力心值在及。2的

取值范围内都为单调递减，即当Q、02取最小值时〃“取得最大值，当Q、。2

取最大值时，P”得最小值。

综合上述分析，可知：

顶板处土压力：

2

Pama=18.51x1.2=22.21kN/m(C,=10kN/m\3、=8°)

2

Pitmin=4.86x1.2=5.83kN/m（C,=15kN/m\（p2=15°）

底板处土压力：

2

Pmax=5（143XI.2=60.52kN/m（C,=10kN/m\（p，=8°）

2

P/min=29.64X1.2=35.57kN/m（C2=15kN/m\（p2=15°）

顶板处水压力：

2

Pw=10x3.7x1.2=44.4kN/m

底板处水压力：

2

Pw=10x9.7x1.2=116.4kN/m

车辆荷载

查阅《公路桥涵设计通用规范》，取车辆荷载为轮跨，每处轮子集中荷载

70kN,作用在车道中间。

荷载组合及最不利荷载布置

综上我们可以得出四种不同的基本荷载组合：

1、假定不存在超载，且。2=1佻@=8既侧墙荷载取到最大

值：

顶板荷载为川\侧墙荷载（顶板处山,底板处川2）、底板荷载为川2

2、假定存在超载，且。2=10雨/＞，化=8既侧墙荷载取到最大

值：

顶板荷载为布、侧墙荷载（顶板处m2底板处m2）、底板荷载为布

3、假定不存在超载，且C2=150V/届g=15一既侧墙荷载取到最小

值：

顶板荷载为卡、侧墙荷载（顶板处m?底板处而）、底板荷载为1n2

4、假定存在超载，且j=15）W/〃K科=15既侧墙荷载取到最小

值：

顶板荷载为■、侧墙荷载（顶板处布底板处而）、底板荷载为卡

在此基础.匕再分别在通道内布置全部两边通道的车辆荷载，或单边

通道的车辆荷载，或不布置。

由于车辆荷载在全部两边通道布置对结构有利，故不予考虑。而单边

布置产生的附加荷载如下:

图4

N6c30.17ZN/，”

=—(1±—)=

Fb-6.03kN/m

相比己得的最不利荷载，其带来的影响（不利部分）微乎其微，改变量不足5%,

故车辆荷载可不予考志。

内力分析

基本计算假定

1、结构刚度远大于地基土的刚度。

2、不考虑结构侧向位移。

3、计算时忽略加腋的影响。

4、考虑荷载最不利组合。

采用荷载结构法计算内力

1.计算简图如图5

2.采用清华大学结构力学求解器计算内力

取1m板带宽，分别求得各荷载组合下的内力图，如图5至图16；

图6荷载组合1的弯矩图（单位：kN/m）

图7荷载组合1的剪力图（单位：kN）

图8荷载组合1的轴力图（单位：kN）

图9荷载组合2的弯矩图（单位：kN/m）

图10荷载组合2的剪力图（单位：kN）

图11荷载组合2的轴力图（单位：kN）

图12荷载组合3的弯矩图（单位：kN/m）

图13荷载组合3的剪力图（单位：kN）

图14荷载组合3的轴力图（单位：kN）

图15荷载组合4的弯矩图

图16荷载组合4的剪力图（单位：kN）

图17荷载组合4的轴力图（单位：kN）

把上列所有内力组合进行对比分析，可知除了中间隔墙为轴心受压构件

外，其余均为偏心受压构件，且弯矩和轴力之比均很大，可判定为大偏心受压

构件，经进一步计算检验，确实为大偏心受压构件，故应选取最大弯矩、最小

轴力进行正截面配筋设计。各截面的控制内力如图17、18。（弯矩图轴力图单

位分别为kN/m、kN）

抗浮验算

取1m板带宽进行验算。

。浮=pug=1000x10x11.6x5.4=626AkN

Q自币=/基反力=155.04x11.6x1=1798.46ZN>1.1Q浮=698.OUN

在安全范围内

359.96

图19（单位：kN）

配筋计算

考虑提高在动载作用下的构件抗冲击动力性能，构件断面一律配置双筋

（对称配筋）。混凝土保护层厚度取50mm。设计荷载取值应取最不利截面（相

邻构件边缘）处计算荷载。如图：

构件计算长度的取值按两段固定的的约束情况计算，取。

，7=1+（）

140（fe（）/^t"2

=0.2+2.7-^-<1.0

%

=1.15-0.0R<1.0

h

其中分=（、=对于长细比/°/i<17.5的构件，无需考虑构件在弯矩作

用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，偏心距增大系数〃可取

截面ABCC'DEFG

M

N

儿（""〃）545545545545545545545545545

333

.）

7

e

X

2as'110110110110110110110110110

e

As

2(%)

2*(%)

选配18@10018@10018@10018010018@10018@10018@10018@10018@100

实配As

实配0（%）

*G处配筋小于计算配筋量，但误差在5冬之内，可以接受。另：以上配筋均为单侧

中间隔墙N,二q/=14.3x400x1000=5720&N〉乂…=839AN,构造配筋即可。

裂缝宽度验算

准永久值组合情况

1、顶板荷载为痛、侧墙荷载取最大值（顶板处m?底板处n?）、地

基反力为希

2、顶板荷教为布、侧墙荷载取最大值（顶板处1n2底板处而）、地基

反力为m2

3、顶板荷载为痛、侧墙荷载取最大值（顶板处m?底板处m?）、地

基反力为m2

4、顶板荷载为产、侧墙荷载取最大值（顶板处/底板处nr'）、地

基反力为痛

同之前所做工作，找出最不利荷载情况，截面控制内力如图:

276.84315.39

图21

252.26

262.98

299.96

图22

钢筋混凝土构件在I类和II类环境中，计算的最大裂缝宽度不超过

30十d

U=GGG)(〃〃〃)

E,0.28+Wp

二A+4

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