5-浅埋式地下结构.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5,浅埋式地下结构,本章提要,：,(1),浅埋式结构型式、特点及应用；,(2),矩形闭合结构的设计要点，包括计算简图、内力计算、设计内力、截面设计、抗浮验算等。,(3),矩形闭合结构的构造要求，包括配筋形式、混凝土保护层、受力与构造钢筋、箍筋、刚性节点及变形缝等。,5.1,概述,浅埋式结构,：,指覆盖土层较薄，不满足压力拱的成拱条件,(H,土,(22.5)h,1,h,1,为压力拱高,),或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构,。,浅埋式结构形式,：,直墙拱形结构,、,矩形闭合结构,和,梁板式结构,，或者是上述形式的组合。,浅埋式结构施工方法,：,一般采用明挖法施工,，比较经济；但在地面环境条件要求苛刻的地段，也可采用管幕法、箱涵顶进法等暗挖法施工。,实例,5.1.1,直墙拱形结构,这种结构在小型地下通道以及早期的人防工程中比较普遍，多用在跨度,1.54m,左右的结构中。墙体通常用砖或块石砌筑，拱体视其跨度大小，可以采用砖砌拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋凝土拱。前两种多用于跨度较小的人防工程的通道部分，后一种则在跨度较大的工程中采用。,从结构受力分析可知，拱形结构主要承受轴向压力，弯矩、剪力都较小，可以充分发挥砖、石、砼等抗压性能良好而抗拉性能较差的优点。,拱顶部分按照其轴线形状又可分为,半圆拱,、,割圆拱,、,抛物线拱,等多种形式。,5.1.2,矩形闭合结构,矩形闭合结构的顶、底板为水平构件，一般做成钢砼结构。其结构整体性和防水性能好，对建筑功能的适应性强，空间利用率高，挖掘断面经济，易于施工，因而应用变得更为广泛，如车行立交地道、地铁通道车站等。,该结构有单层的单跨、双跨、多跨等形式；也有多层多跨的形式。特殊情况下还可以采用壳体或折板结构。,图,5.2,矩形闭合地下结构,当结构跨度较小时,(,一般,6 m),，可采用单跨，如地铁车站或大型人防工程的出入口通道，过街地道等,(,图,5.2a),；,当跨度较大或为满足使用和工艺要求时，可以采用双跨和多跨,(,图,5.2b),。,有时为了改善通风条件和节约材料，中间隔墙可开设孔洞,(,图,5.2c),，或中间隔墙用梁、柱代替,(,图,5.2d),。,多层多跨的结构，如图,5.2(e),所示,。,5.1.3,梁板式结构,该种结构主要特征是其顶、底板做成现浇钢砼梁板式结构，在建筑物的地下室结构中应用很普遍，例如：地下医院、教室、指挥所等。,在地下水位较低的地区或要求防护等级较低的工程中，梁板式结构围墙和隔墙可为砖墙；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，其余墙体均采用钢砼墙。,图,5.3,某地下指挥所平面,5.2,矩形闭合结构,矩形闭合结构,是由钢筋混凝土墙、柱、顶板和底板整体浇筑的方形空间盒子结构,，此种结构的顶板和底板均为水平构件，侧墙为竖向构件。,根据水平构件尺寸将此类结构划分为两种结构体系，一种是,框架结构体系,，另一种是,箱形结构体系,，,两种结构体系常采用不同的分析方法进行设计。,地下结构的设计计算通常包括三方面的内容，即：,荷载计算,、,内力计算,、,截面设计,。这里仅介绍一些矩形闭合结构的内力计算和截面设计要点。,5.2.1,设计计算要点,5.2.1.1,计算简图,(1),框架结构计算简图,某些地下工程,(,如地下街、地铁通道等,),的横断面比纵向短得多，且结构所受的荷载沿纵向的大小近乎不变，如纵向长度为,L,，横向宽度为,B,，,当,L/B,2,时,，因端部边墙相距较远，对结构内力的影响很小，可不考虑结构纵向不均匀变形，把结构受力问题视为平面变形问题。,计算时可沿纵向截取单位长度,(,例如,1m,长,),的截条为计算单元,，如图,5.4,所示。,以截面形心连线作为框架的轴线，,当做闭合框架来计算,，计算简图见图,5.5(a),所示。,图,5.5,框架结构简图,有些地下结构，框架的顶、底板的厚度要比中隔墙大的多，所以，中隔墙的刚度相对较小，此时，当侧力不大时，将中隔墙看作只承受轴力的二力杆，误差也并不大，如图,5.5(b),所示。也有些地下结构，由于功能要求，中间需设柱和梁，梁支承框架，柱支承梁，这种情况的计算简图应如图,5.5(c),所示。,图,5.5,框架结构简图,(2),箱形结构计算简图,如果矩形闭合结构的横向宽度和纵向长度接近，就不能忽略两端部墙体影响，因而应视为空间的箱形结构。当采用近似方法对箱形结构进行计算时，,顶板、底板、侧墙均可视为,弹性支承条件板,。,5.2.1.2,内力计算,(1),框架结构内力近似计算,当地下结构刚度较大，而地基较软,，可假定地基反力为线性分布，,按荷载作用下的钢砼结构计算内力,，图,5.6,。内力解法用位移法，不考虑线位移影响时，可用力矩分配法等。,当地下结构跨度较大,(,刚度较小,),，而地基较硬时,，宜将静荷载作用下地层中的闭合框架,按弹性地基上的框架进行计算,，弹性地基可按温克尔地基考虑，也可将地基视作弹性半无限平面，如图,5.7,所示。,图,5.6,地基反力线性分布时框架计算简图,图,5.7,弹性地基上框架计算简图,弹性地基上闭合框架的内力计算方法,以单层单跨对称框架为例,如图,5.8(a),所示的弹性地基上的单层单跨对称框架，计算时采用如图,5.8(b),所示的基本结构，即将上部框架与底板相连接的刚节点替换为铰接，同时加一个未知力,x,1,，使原封闭框架成为两铰框架。由变形连续条件可列出如下的力法方程：,图,5.8,弹性地基上单层单跨框架计算图,由于基本结构对称，方程,(5.1),中,11,、,1P,可按下述方法计算：利用图,5.8(c),，首先求出两铰框架,A,处的角变位，然后在求出基础梁,(,底板,)A,端的角变位，这两者的角变位之和即为,1P,；同样地，利用图,5.8(d),，求出的这两者的角变位之和即为,11,。,将以上求得的,11,、,1P,代入方程,(5.1),中，可得到未知力,x,1,，进而可以分别求解两铰框架和基础梁,(,底板,),的内力。,图,5.8,弹性地基上单层单跨框架计算图,(2),箱形结构内力近似计算,将顶板、底板、侧墙均可视为弹性支承条件板，各块板的荷载性质相同，因此可按下述公式及表格求出各块板的跨中和支座弯矩。,式中,M,中，,M,支,板的跨中弯矩，支座弯矩,(kNm,),；,M,0,板在简支条件下的跨中弯矩,(kNm,),；,m,系数，按表,5.1,确定,(P,56,),；,K,板的嵌固刚度系数，按式,(5.4)(5.6),确定,(P,56,),。,(1),设计弯矩,根据计算简图求得的结构内力，是节点处的内力,(,即构件轴线相交处的内力,),，然后利用平衡条件可以求得各杆任意截面处的内力。由图,5.9,可见，节点弯矩,(,计算弯矩,),虽然比附近截面的弯矩为大，但其对应的截面高度是侧墙的高度，所以，实际不利的截面,(,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称为设计弯矩。,5.2.1.3,设计内力,图,5.9,设计弯矩计算示意图,根据隔离体平衡条件，可得设计弯矩为：,图,5.9,设计弯矩计算示意图,设计中为了简便起见，可近似采用：,式中,M,i,，,M,p,设计弯矩，计算弯矩,(kNm,),；,Q,p,计算剪力,(kN,),；,b,支座宽度,(m),；,q,作用在杆件上的均布荷载,(kN/m,2,).,设计剪力的不利截面仍处于支座边缘，如图,5.10,所示。根据隔离体平衡条件，可得设计剪力为：,图,5.10,设计剪力计算示意图,(3),设计轴力,由静载引起的设计轴力按下式计算：,式中,N,p,由静载引起的计算轴力,(kN,),。,由等效静载引起的设计轴力为,式中,N,p,t,由等效静载引起的计算轴力,(kN,),；,折减系数，顶板可取,0.3,，底板、侧墙可取,0.6,。,将上面两种情形求得的结果相加，即得杆件的最后设计轴力。,(2),设计剪力,5.2.1.4,截面设计,地下结构的截面选择和强度计算，除特殊要求外，一般以,GB50010-2010,混凝土结构设计规范为准。,在特殊荷载与其他荷载共同作用下，按弯矩及轴力对构件进行强度验算时，要考虑材料在动载作用下强度提高，而按剪力和扭力对构件进行强度验算时，则不考虑强度提高问题。,在设有支托的框架进行构件截面验算时，杆件两端的截面计算高度采用,h,+,s,/3,。,h,为构件截面高度，,s,为平行于构件轴线方向的支托长度。同时，,h,+,s,/3,的值不得超过杆端截面高度,h,1,，即,h,+,s,/3,h,1,，如图,5.11,所示。,地下矩形闭合框架结构的构件,(,顶板、侧墙、底板,),常按偏心受压构件进行截面验算。,图,5.11,设,支托框架杆端截面计算高度取值,5.2.1.5,抗浮验算,当地下工程位于水位较高的土层中，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验算，计算式为,：,当箱体已经施工完毕，但未安装设备和回填土时，计算时只应考虑结构自重。,5.2.2,构造要求,配筋形式：,构件断面上宜配置双层钢筋；在闭合框架角部常设置支托，并配置箍筋和弯起钢筋。,图,5.12,配筋形式,砼保护层,：,受力钢筋的保护层最小厚度通常比地面结构增加,510 mm,。,横向受力钢筋：,受弯构件及大偏心受压构件受拉主筋的配筋率，一般应不大于,1.2%,，最大不得超过,1.5%,。配置受力钢筋要求细而密。为便于施工，同一结构中选用的钢筋直径和型号不宜过多。通常，受力钢筋直径,d,32 mm,，对于以受弯为主的构件,d,1014 mm,；对于以受压为主的构件,d1216 mm,。受力钢筋的间距应不大于,200 mm,，不小于,70 mm,。,纵向分布钢筋：,纵向分布钢筋的截面面积，一般应不小于受力钢筋截面面积的,10%,，同时，纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板不宜小于,0.15%,；侧墙不宜小于,0.20%,。纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内、外两侧布置，间距,100300 mm,，直径不小于,1214 mm,。在框架角部，分布钢筋应适当加强,(,如加粗或加密,),。,箍筋：,地下结构断面厚度较大，一般可不配置箍筋，如计算需要时，按下述规定配置：,框架结构的箍筋间距在绑扎骨架中不应大于,15,d,，在焊接骨架中不应大于,20,d,(,d,为受压钢筋中的最小直径,),，同时不应大于,400 mm,。,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,5,d,；当搭接钢筋为受压筋时，其箍筋间距不应大于,10,d,(,d,为受力钢筋中的最小直径,),。,刚性节点构造：,为缓和应力集中现象，在节点可加斜托，斜托的控制在,1:3,左右为宜,。沿框架转角部分外侧的钢筋，其弯曲半径,R,必须为所用钢筋直径的,10,倍以上，即,R,10,d,。,图,5.13,转角钢筋锚固,图,5.14,转角附加箍筋,变形缝的设置及构造：,为防止因不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起结构破坏，沿地下结构纵向，每隔一定距离需设置,变形缝,(,伸缩缝或沉降缝,),。变形缝的,间距为,30 m,左右,，,缝宽一般为,2030mm,，缝中填充富有弹性且防水的材料。,变形缝的构造方式主要分三种：,嵌缝式,、,贴附式,、,埋入式,。,图,5.15,嵌缝式变形缝,图,5.16,贴附式变形缝,图,5.17,埋入式变形缝,作业,(05),P61,思考题,5.1,5.3,5.5,，,*,5.7,本章结束,