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地下工程课程设计

计算书

姓 名: ***
班 级: 土木****班
学 号: ********
指导教师: ***
完成日期: 7月15日

目 录
第1章 设计任务……………………………………………………………………01
第2章 地下结构设计………………………………………………………………02
2.1荷载计算……………………………………………………………………………………02
2.2 结构内力分析………………………………………………………………………………02
2.2.1结构模型的建立………………………………………………………………………02
2.2.2添加荷载………………………………………………………………………………04
2.2.3内力分析………………………………………………………………………………07
2.3 结构配筋……………………………………………………………………………………09
2.3.1 顶板配筋………………………………………………………………………………09
2.3.2 底板配筋………………………………………………………………………………09
2.3.3 侧墙配筋………………………………………………………………………………11
2.4 结构裂缝验算………………………………………………………………………………12
2.4.1 标准组合下结构内力…………………………………………………………………12
2.4.2 顶板裂缝验算…………………………………………………………………………13
2.4.3 底板裂缝验算…………………………………………………………………………14
2.4.3 侧墙裂缝验算…………………………………………………………………………15
致 谢………………………………………………………………………………16

第1章: 设计任务
18kpa
5m
7m
7m
基本资料:
地层的密度gs=2.2´103kg/m3, 地层内摩角20度, 粘聚力22Kpa, 基床系数25MN/m3, 顶板厚435mm, 侧墙厚435mm, 底板厚435mm, 结构混凝土泊构比n=0.2, 混凝土的密度gc=2.5´103kg/m3。计算混凝土弹模E=3.0´1010N/m2情况下图所示矩形柜架结构内力( 轴力、 弯矩、 剪力) , 以表和图的形式给出单元计算结果。地面考虑18kpa的行人荷载。计算结构的配筋量, 并进行裂缝检算, 结构纵向按1m考虑。结构顶板和底板按纯弯构件配筋, 侧墙按偏心受压构件配筋。恒载的分项系数按1.35, 活荷载的分项系数按1.4取值。

第2章: 地下结构设计
2.1 荷载计算
( 1) 恒荷载
结构土层无地下水, 故仅考虑土压力与自重的作用。
① 顶板土压力
顶板土压力为均布荷载, 计算如下:

② 侧墙土压力
侧墙土压力为主动土压力, 主动土压力系数:

顶板处侧向土压力:

底板处侧向土压力:

③ 自重
结构的自重在MIDAS软件分析中自重系数Z=—1来考虑, 此处不再赘述。
( 2) 活荷载
结构承受的活荷载为18kPa的均布行人荷载。仅考虑其对顶板的压力作用:

2.2 结构内力分析
结构内力分析借助MIDAS软件, 具体步骤如下:
2.2.1 结构模型的建立
结构类型应选则为X-Z平面, 单位: kN, m。
( 1) 建立节点
依据设计资料可知该地下结构为边长7m的正方形, 则依次选择四个节点坐标依次为: ( 0, 0, 0) 、 ( 0, 0, 7) 、 ( 7, 0, 7) 、 ( 7, 0, 0) 。( 如图2-1)
( 2) 建立单元
将1-4号节点依次连结形成1-4号单元。
( 3) 定义材料和截面特性
结构材料按设计资料要求采用C30混凝土。地下结构沿纵向取1m计算, 则定义截面为H×B=0.435m×1m。( 如图2-1)

图2-1 定义截面
( 4) 分割单元
将每个单元等间距分割成二十份, 每个子单元长度为0.35m。
( 5) 添加边界条件
根据工程实际情况, 添加边界条件为面弹性支承, 并定义面弹性支承为只受压( 如图2-2) 。其中需要注意面弹性支承的方向。

图2-2 添加面弹性支承
2.2.2 添加荷载
( 1) 定义荷载工况
荷载工况共有3种: 自重、 土压力、 行人荷载。

图2-3 静力荷载工况
( 2) 自重
在荷载中选择自重, 并将自重系数Z定义为-1。( 图2-4)

图2-4 自重
( 3) 土压力
在荷载中选择梁单元荷载( 连续) , 并选择荷载工况名称为土压力。
顶板均布压力

图2-5 顶板土压力
侧墙土压力: ,

图2-6 顶板土压力
土压力最终加载情况如图2-7所示:

图2-7 土压力加载情况

( 4) 行人荷载
同理, 添加行人荷载, 加载结果如图2-8所示:

图2-8 行人荷载加载情况
( 5) 定义荷载组合
定义基本组合: 1.35×恒载+1.4×活载, 用于结构的配筋设计;
定义标准组合: 1.0×恒载+1.0×活载, 用于结构裂缝的检算。

图2-9 荷载基本组合

图2-10 荷载标准组合
2.2.3 内力分析
运行软件得到荷载基本组合情况下结构的轴力、 弯矩及建立图分别如下( 标准组合在验算裂缝时给出) :

图2-11 轴力图( 基本组合)

图2-12 弯矩图( 基本组合)

图2-13 剪力图( 基本组合)
2.3 结构配筋
2.3.1 顶板配筋
顶板截面H×B=0.435m×1m, 钢筋选用HRB335级筋, , 环境类别定为一类。保护层厚度选用40mm。顶板按照纯弯构件配筋。由MIDAS软件分析可知, 顶板单元,
按正弯矩配置下部纵筋:

选用2218,
配筋率
且
按负弯矩配置上部纵筋:

上部纵筋与下部纵筋配筋相同, 选用2218,
配筋率验算同上。
2.3.2 底板配筋
由MIDAS软件分析可知, 底板单元, 。底板按照纯弯构件配筋。
按负弯矩配置上部纵筋:

选用1818,
配筋率
且
按正弯矩配置下部纵筋:

下部纵筋
选用 ,
配筋率
且
2.3.3 侧墙配筋
由MIDAS软件分析可知, 两侧墙受力情况相同, 只需分析一侧即可, 其中, , 钢筋选用HRB335级筋。保护层厚度选用40mm。侧墙按照偏心受压构件配筋。

, 取
由

可得, 按大偏心计算。

对称配筋, 两侧均选用 ,
单侧配筋率:
且截面配筋率: , 满足要求。
2.4 结构裂缝验算
2.4.1 标准组合下结构内力
由MIDAS软件分析可知, 在标准荷载组合下结构的轴力、 弯矩、 剪力分别见图2-14、 图2-15、 图2-16

图2-14 轴力图( 标准组合)

图2-15 弯矩图( 标准组合)

图2-15 剪力图( 标准组合)

2.4.2顶板裂缝验算
由内力分析可知, 荷载标准组合时顶板, 。。
最大裂缝宽度计算式为:
其中对于受弯构件, , ,
纵向受拉钢筋的等效直径:

由此可得:
最大裂缝宽度:

符合规范要求。
2.4.3底板裂缝验算
由内力分析可知, 底板单元, 。, 。
( 1) 验算上部裂缝, ,
同上, , ,
纵向受拉钢筋的等效直径:

由此可得:
最大裂缝宽度:

符合规范要求。
( 2) 验算下部裂缝, ,

由此可得:
最大裂缝宽度:

符合规范要求。
2.4.4侧墙裂缝验算
有内力分析可知, 侧墙单元, 。侧墙按照偏心受压构件检算。其中, , , 。

, 其中
则

由此可得:
最大裂缝宽度:

符合规范要求。