第5章 浅埋矩形通道式结构.ppt

1、,第5章 浅埋矩形通道式结构,浅埋矩形通道式结构的型式 荷载计算 结构内力计算方法 矩形通道结构设计 设计实例,5.1 浅埋矩形通道式结构的型式,浅埋矩形通道式结构在地下建筑中应用广泛。地铁通道、车站、地下人行通道等常采用这种结构形式。 浅埋矩形通道式结构的横截面为矩形，包括单跨、双跨等型式。,（a）单跨,（b）双跨,浅埋矩形通道式结构：（a）单跨；（b）双跨,单跨结构的跨度一般小于6m，当跨度大于6m时，需要采用双跨或多跨。,浅埋矩形通道式结构,5.2 荷载计算,浅埋矩形通道式结构所受荷载如图所示。,顶板荷载,a. 覆土压力,C. 顶板自重,d. 地面超载、地面活荷载与特殊荷载等根据具体情况

2、按相关规范计算。,顶板荷载即为各项荷载之和。,b. 水压力,侧墙荷载,侧墙上的荷载主要为水土压力，可以按照第2章介绍的朗肯主动土压力计算。,底板荷载,底板上所受荷载即为地基反力。,根据地基土与底板的相对刚度不同，采用不同的假设： a.结构刚度较大，地基相对较松软时，不考虑结构与土体共同作用。 b.结构刚度较小，地基相对较坚硬时，考虑结构与土体共同作用。,浅埋矩形通道式双跨结构实体图,如图为浅埋矩形通道式双跨结构实体图，计算内力时，通常取结构纵向方向1延米进行分析。,5.3 结构内力计算方法,不考虑结构纵向不均匀变形，把结构看作平面变形问题。,计算简图,框架的顶、底板的厚度要比中墙大的多，中隔墙

3、的刚度相对较小，将中隔墙看作只承受轴力的二力杆。,计算简图,不考虑结构与土体共同作用：通道底板地基反力按已知直线分布，地基反力与作用在结构上的垂直向下的力相等。,考虑结构与土体共同作用：按照弹性地基梁理论来求解底板的地基反力。,本章将根据地基土与结构底板的相对刚度介绍两种计算内力方法（除了底板特殊考虑予以区别外，通道上部结构计算方法一致）：,计算方法,假定地基反力为直线分布，则地基反力 = 结构顶板荷载+结构自重+底板特殊荷载：,由前面所述方法，可以求得结构顶板及侧墙荷载，再确定底板荷载后，用结构力学中的力法或位移法就可以计算出结构的内力。,通道底板地基反力按已知直线分布的内力计算方法,例5-

4、1，地下通道结构尺寸及相关参数如图所示，求该结构的内力。,荷载计算,覆土压力,水压力,地面超载,顶板荷载,顶板荷载,顶板自重,侧墙顶部荷载,侧向水力：,则侧墙顶部载为:,同理，侧墙底部荷载为,侧墙荷载,土层侧向压力：,底板荷载,则结构荷载分布图(取1延米）如下：,单位（kN/m）,按力法计算结构内力,结构计算简图,基本结构,解得,则将各系数代入力法典型方程得：,则,，据此画出弯矩图：,单位,根据,可画出剪力图。,(正数表示剪力使杆绕顺时针旋转),单位,同理，也可画出轴力图。,(负数表示轴力使杆受压),单位,该方法的思想是将闭合框架结构分成底梁与非底梁两部分，底梁作为弹性地基梁，考虑结构与土共同

5、作用；而非底梁所受荷载为给定不变荷载，不考虑结构与土共同作用。,底板作为弹性地基梁的计算方法,利用力法求解非底梁ABCD在荷载及支座位移0 与y0共同作用下的支座反力M0 与Q0，建立支座位移与支座反力关系表达式；,将0 、y0、M0与 Q0 作为初参数，按局部弹性地基模型（Winkler地基模型）建立DA上各点的内力、位移与初参数的关系表达式，进而建立DA的支座位移与支座反力的关系表达式,联立上述2步得到的支座位移与支座反力的关系式，就可以求出支座位移与支座反力0 、 y0、M0与Q0。,进一步计算ABCD与DA的内力。,例5-2，一单跨闭合的混凝土浅埋矩形通道结构，置于弹性地基上。几何尺寸

6、、荷载及相关参数见图中。框架杆件等截面，厚度均为0.5m。设为平面变形问题，试绘出框架弯矩图。,现将底板DA与上部框架结构ABCD切开，令结点A、D处的弯矩、剪力、竖向位移、转角分别为0 、y0、M0与 Q0 ，方向如图所示，可得到下图所示的计算简图。,X3=0（对称结构）,上部框架结构计算简图、力法典型方程和D点弯矩表达式的建立:,上部框架结构计算简图,力法典型方程,非底梁（上部框架结构）内力分析,D点弯矩表达式,力法典型方程各系数的求解:,计算简图的建立和荷载的计算：,由侧墙自重和顶板荷载产生:,q由底板自重产生：,底板弹性地基梁计算简图,底梁内力分析,相关参数的计算：,以D点为坐标原点，

7、以DA为X轴建立坐标系，则D点处x=0，A点处x=4m。,同理，在A点处（x=4m）,弹性地基梁初参数方程的建立：,将上部框架结构所求各系数代入典型方程得：,联立各方程组，求解未知位移与未知内力：,将底梁所求各相关系数及A点弯矩M0 、Q0代入弹性地基梁初参数方程得：,D点的弯矩表达式为：,由公式,据此，画出整个通道式结构的弯矩图：,由弹性地基梁公式,可以求出底板,可以求出上部框架结构的弯矩;,弯矩图的绘制：,的弯矩;,单位,5.4 矩形通道结构设计,实际设计时，应对最危险截面进行强度验算。因而设计弯矩、设计剪力和设计轴力应分别在其对应的最危险截面处。,设计截面选择,设计弯矩,不利截面是侧墙边

8、缘处的截面,计算中近似的采用：,设计弯矩计算简图,设计弯矩、剪力及轴力的计算,设计剪力计算简图,抗浮验算,浅埋矩形通道式结构的顶底板与侧墙的弯矩与轴力均较大，一般需要按照偏心受压构件进行设计。,截面设计,配筋形式,构造要求,地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内侧相对湿度较高。因此受力钢筋的保护层最小厚度比地面结构增加510mm,混凝土保护层最小厚度,混凝土保护层,受弯构件及大偏心受压构件受拉主筋配筋率一般不大于1.2%，最大不得超过1.5% 受力钢筋直径 以受弯为主的构件 以受压为主的构件,横向受力钢筋,受力钢筋间距不大于200mm，不小于70mm,钢筋的最小配筋百分率（%）,考虑混凝土的收

9、缩、温差影响、不均匀沉陷等因素的作用，必须配置一定数量的构造钢筋,分布钢筋布置图,纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内、外两侧布置，其间距可采用100-300mm。框架角部，分布钢筋应适当加强，其直径不小于12-14mm,纵向分布钢筋的截面面积，一般应不小于受力钢筋截面积的10%，纵向分布钢筋的配筋率：对顶、底板不宜小于0.15%；对侧墙不宜小于0.2%,分布钢筋,一般可不配置箍筋。如需配置，按下述规定：,框架结构的箍筋间距在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨架中不应大于20d，同时不应大于400mm,在受力钢筋非焊接接头长度内，当搭接钢筋为受拉筋时，其箍筋间距不应大于5d，当搭接钢筋为受压筋时

10、，其箍筋间距不应大于10d,框架结构的箍筋一般采用_形直钩槽形箍筋，这种钢筋多用于顶、底板，其弯钩必须配置在断面受压侧。L形箍筋多用于侧墙,箍筋,箍筋的最大间距（mm）,框架转角处为直角时，应力集中较严重。为缓和这种现象，在节点可加斜托，斜托的垂直长度与水平长度之比以1：3为宜。斜托的大小视框架跨度大小而定。,应力集中,节点增加斜托,刚性结点构造,框架节点钢筋布置图,沿节点内侧不可将水平构件中的受拉钢筋随意弯曲，而应沿斜托另配直线钢筋，或将此钢筋直接焊在侧墙的横向焊网上,框架节点处钢筋布置原则,沿着框架转角部分外侧的钢筋，其弯曲半径必须为所用钢筋直径的10倍以上,角部箍筋图,为避免在转角部分的

11、内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，使表面混凝土容易剥落，因此最好在角部配置足够数量的箍筋,变形缝的设置是为了防止结构由于不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起的破坏，变形缝沿结构纵向布置，间距为30m左右,变形缝分为：伸缩缝、沉降缝,变形缝的构造方式：嵌缝式、贴附式、埋入式。,变形缝的设置及构造,嵌缝式,结构内部槽中填以沥青胶或环煤涂料等以减少渗水的可能。也可在外部贴一层防水层,嵌缝式变形缝,优点：造价低、施工易,缺点：在有水压中防水效能不良，仅适用与地下水较少的地区或防水要求不高的工程中,将厚度68mm的橡胶平板用钢板条及螺栓固定结构上,贴附式变形缝,优点：橡胶平板年久老化后可以拆换

12、,缺点：不易使橡胶平板和钢板密贴,贴附式,埋伏式,在浇灌混凝土时，把橡胶或塑料止水带埋入结构中 优点：防水效果可靠，在大型工程中普遍采用 缺点：橡胶老化问题,埋入式变形缝,在有水压，而且表面温度高于50C或受强氧化及油类等有机物质侵蚀的地方，可在中间埋设紫铜片，但造价高。,特殊变形缝,当防水要求很高，承受较大的水压力时，可采用上述三种方法的组合，称为混合式，此法防水效果好，但施工程序多，造价高。,混合式,5.5 设计实例,工程概况,北京金融街活力中心地下交通人员疏散通道,连接地下交通系统与B7地块B2层，总长36.94m,主要采用浅埋暗挖法施工，入口局部采用明挖,采用平顶直墙结构，净宽1.5m，净高2.82m，顶板埋深6.68m,设计依据、设计标准与参照规范,工程地质与水文地质条件,结构设计,荷载计算,覆土压力,顶板