地下经典建筑结构优秀课程设计.doc

遵 义 师 范 学 院
本科生课程设计

题 目浅埋矩形闭合框架结构设计
学生姓名 黎进伟
学 号 14468025
课程名称《地下建筑结构课程设计》
学 院 工学院
所学专业 土木工程
指导老师 欧光照

一、课题设计和分工要求
（一）设计课题
课题：浅埋矩形闭合框架结构设计
（二）课题分工和要求
课题：全部同学完成，每位同学参数不一样。
二、目标和要求
1、掌握常见各地下结构设计标准和方法，了解基础设计步骤；
2、综合利用地下工程设计原理、工程力学、钢筋混凝土结构学及工程施工、工程技术经济基础知识、理论和方法，正确地依据和使用现行技术规范，并能科学地搜集和查阅资料（尤其期望各位同学能够充足利用好网络资源）；
3、掌握地下建筑结构荷载确实定；矩形闭合框架计算、截面设计、结构要求；附建式地下结构内力计算、荷载组合、截面设计及结构；基坑围护结构内力计算、稳定性验算、变形计算及结构设计；地下连续墙结构施工过程及计算关键点。
4、掌握绘制地下结构施工图基础要求、技能和方法；
5、要求同学们以课题为关键，即要求团结协作，培养和发扬团体精神，又要求养成独立自主，勤奋学习，培养良好自学能力和正确学习态度。
三、应完成设计工作量
（一）计算书一份
1、设计资料：任务书、附图及必需设计计算简图；
2、荷载计算、尺寸确实定、内力计算、截面设计及验算、稳定性验算、抗浮验算、基础承载力计算等（依据各课题要求不一样选择计算内容）；
3、关键部位配筋注意事项。
4、可能情况下提供多施工方案（两个即可）比较。
5、依据施工要求截面尺寸设计。
四、设计时间：两周（12月17日至12月28日）
五、关键参考资料
1、《地下建筑结构》（第一版），朱合华主编，中国建筑工业出版社编，
2、《地下结构工程》，东南大学出版社，龚维明、童小东等编，
3、《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）》，中国建筑工业出版社，1999
4、《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，刘建航、候学渊编，1997
5、《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-），中国建筑工业出版社，
6、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-），中国建筑工业出版社，
7、中华钢结构论坛（.org）。
8、《《城市桥梁设计荷载标准》》（CJJ77-98）
9、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-）
六、设计资料
题目1：某浅埋地下通道，总长度30m，所处位置及地质剖面见图1及表1。采取钢筋砼矩形框架，地面活载为4.0KN/m2,恒载为8.0KN/m2。设计该框架通道，并分析其可靠性。
表1 题目1各土层资料
土层编号（从天然地面算起次序编号）
天然重度（饱和重度）（kN/m3）
弹性模量（kN/m2）
内磨擦角(°)
粘聚力（kPa）
结构所处位置有没有地下水
1粉质粘土
18（19.5）
-
15
10
无
2粘土
17.5（19）
5000
17
27
无
3粘土
17.5（19）
5000
17
27
有

天然地面
h1
h2
h3
H
L
1
2
3

图1 地质剖面及设计断面样式
学生分组及参数对应表
指导老师：欧光照 施工方法：地下连续墙 h2=1.5m
学号 通道参数
土层参数
H=5m
H=5.5m
L=9m
L2=9.5m
L3=10m
L=9m
L2=9.5m
L3=10m
h3=1m
h1=2.0m
001
002
003
004
005
006
h1=3.2m
007
008
009
010
011
012
h3=2m
h1=3.0m
013
014
015
016
017
018
h1=2.5m
019
020
021
022
023

一、荷载计算.
（1）顶板荷载计算
1、覆土压力：

2、水压力：

3、 顶板自重：
4、 底面超载：
5、 总而言之，
（2） 板底荷载计算

（3）地基反力计算
地下通道结构刚度远大于地基土刚度，故假定地基反力为直线分布。

(4) 侧墙荷载计算
依据朗肯主动土压力计算方法，计算土中侧向土压力。而且用土水分算法，计算侧向水压力。
1、侧向土压力
主动土压力

其中��ka为主动土压力系数

1. 土侧向压力
顶板处土侧向压力

底板处土侧向压力

2、 侧向水压力
顶板处水压力

底板处水压力

总而言之,顶板侧压力为：

底板侧压力为

二、内力计算
（1）弯矩分配法计算内力
1、计算简图

其计算简图以下；

内力计算

弯矩图剪力图

轴力图

（3） 设计弯矩、剪力、轴力，
考虑到安全原因，在基数按设计弯矩、剪力、轴力，和以后配筋过程中，均根据弯矩分配法算得内力进行计算。

易知，最大弯矩均出现在中轴线处。然而，底板和顶板和侧墙和中隔墙现浇在一起。截面刚度相对较大，危险截面通常出现在支座边缘。
所以，要计算设计弯矩、剪力和轴力。
1、 顶板和侧墙交点 5

2、 顶板和中隔墙交点；

3、 底板和侧墙交点；

4、 底板和中隔墙交点；

（4） 抗浮验算
取1m宽板带，进行验算。

所以；
在不安全范围内。

三、配筋计算

（1）跨中正截面配筋计算（除中隔墙外）
1、截面尺寸
考虑到结构为地下建筑物，钢筋保护层厚度通常最少要增大10mm,取保护层厚度ｃ＝40mm，取as＝55mm。
2、确定小偏心还是大偏心
对于C30等级混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高度

在内力计算中得到轴力全部远小于控制内力，构件认为是大偏心构件。
3、 配筋计算（采取对称配筋）
给据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第5.3.10条要求。计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比lo/i＞17.5构件，应考虑构件在弯矩作用平面内挠曲对轴向力偏心距影响，将轴向力对截面重心轴偏心距eo乘以偏心距增大系数n，相关公式以下；
其中；

（2）节点正截面配筋计算
1、截面尺寸
考虑到结构为地下建筑物，钢筋保护层厚度通常最少要增大10mm,取保护层厚度ｃ＝40mm，取as＝55mm。
2、确定小偏心还是大偏心
因为由计算简图算出内力为节点处内力，而实际不利截面是侧墙边缘处截面，对应此截面弯矩即为设计弯矩，在之前已经求出。
对于C30等级混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高
4、 配筋计算（采取对称配筋）
给据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第5.3.10条要求。计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比lo/b＞5构件，应考虑构件在弯矩作用平面内挠曲对轴向力偏心距影响，将轴向力对截面重心轴偏心距eo乘以偏心距增大系数n，相关公式
以下：

其中：

（3）斜截面抗剪配筋计算
跨中剪力值较小（≈0KN），可不做斜截面承载力验算。
对于节点剪力，依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第5.2.9条要求：
最大剪力为
结构全部节点处剪力均满足要求。
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第5.2.10条要求：

上式中1.25 为板式受弯构件提升系数.
除中隔板底部剪力略大于430KN之外，其它截面均满足要求。但考虑到，配筋采取弯矩分配法。计算时，比较保守。同时，参考弹性地基梁计算中隔板底部内力，认为也满足要求。由此说明断面厚度足够，不用配置箍筋。
(4)中隔板配筋计算
对于轴心受压构件，其承载力为：
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第9.1.12条要求，轴心受压构件全部纵筋配筋率不得小于0.5%；同时，一侧钢筋配筋率不得小于0.2%。所以，受拉区和受压区配筋率全部取0.25%

四、结构说明
（1）混凝土保护层厚度
地下结构特点是外侧和土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最
小厚度比地面机构增加5~10mm。
本结构设计中c=40mm。
（2）横向受力钢筋
为便于施工，将横向受力钢筋和纵向分布钢筋制成焊网。
①外侧横向钢筋制成为一闭合钢筋圈。
②内侧钢筋则沿横向通长配置。
（3）纵向分布钢筋
因为考虑混凝土收缩、温差影响、不均匀沉降等原因作用，必需配置一定数量纵向分布钢筋。
纵向分布钢筋配筋率：顶、底板应大于0.15%，对侧墙应大于0.20%。
在本结构设计中，纵向分布钢筋采取：
①顶板（一侧）：0.5×0.15%×1000×600=450mm2，配置φ12@250(AS=452mm2)；
②底板（一侧）：0.5×0.15%×1000×600=450mm2，配置φ12@250(AS=452mm2)；
③侧墙（一侧）：0.5×0.2%×1000×600=600mm2，配置φ14@250(AS=616mm2)；
④中隔墙（一侧）：0.5×0.2%×1000×600=600mm2，配置φ14@250(AS=616mm2)。
（4）纵向和横向分布网片
④在侧墙和中隔墙中，横向分布网片取φ12@400。
②在顶板和底板中，纵向分布网片取φ12@400。
（5）箍筋
断面厚度足够，不用配置箍筋。
（6）刚性节点结构
框架转角处节点结构应确保整体性，依据此处钢筋部署标准，此点结构说明以下：
①沿斜托单独配置斜向直线钢筋φ18@250。
②沿着框架转角处外侧钢筋，其钢筋弯曲半径R=200mm>10d=18×10=180mm。
③为避免在转角部分内侧发生拉力时，内侧钢筋和外侧钢筋无联络，是表面混凝土轻易脱落，故在外侧钢筋周围，要加密纵向分布钢筋。故配置5φ14钢筋。
（7）锚固长度
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第9.1.4条要求：

对于受压钢筋：la≥25d=25×20=500mm
对于受拉钢筋（直端）：la≥30d=30×20=600mm
对于受拉钢筋（弯钩段）：la≥20d=25×20=500mm
（8）钢筋截断长度
顶板和底板在中隔墙处，横向受力钢筋要加密。其截断长度（从支座边缘起算）取：