地下建筑结构课程设计讲义（课堂PPT）

1、1地下建筑结构课程设计地下建筑结构课程设计浅埋地下矩形双跨闭合框架设计浅埋地下矩形双跨闭合框架设计指导老师：曹指导老师：曹 净净 教授教授 刘海明刘海明 博士博士2概概 念念浅埋地下建筑结构的定义浅埋地下建筑结构的定义 指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H(22.5)h1，h1为压力拱高为压力拱高)或软土地层中覆盖层厚度小于或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。结构尺寸的地下结构。(2.3.2节，节，P32-41） 混凝土矩形闭合框架的应用混凝土矩形闭合框架的应用 浅埋式矩形框架结构具有空间利用率高，挖掘断面经浅埋式矩形框架结构具有空间利用

2、率高，挖掘断面经济，且易于施工的优点，得到了广泛的应用，特别是在车济，且易于施工的优点，得到了广泛的应用，特别是在车行立交地道、地铁通道、车站等最为适用。行立交地道、地铁通道、车站等最为适用。34矩形闭合框架的设计矩形闭合框架的设计结构设计内容结构设计内容一、荷载计算；一、荷载计算；二、内力计算；二、内力计算；三、抗浮验算；三、抗浮验算；四、截面验算四、截面验算 ；5静载静载是指长期作用在结构上的不变荷裁，如结构自重、土是指长期作用在结构上的不变荷裁，如结构自重、土压力及地下水压力等；压力及地下水压力等；活载活载是指结构物使用期间或施工期间可能存在的变动荷载，是指结构物使用期间或施工期间可能存

3、在的变动荷载，如人群、车辆、设备或施工设备以及施工期间堆放的材料、如人群、车辆、设备或施工设备以及施工期间堆放的材料、机器等荷载；机器等荷载；特载特载则指常规武器则指常规武器(炮、炸弹炮、炸弹)作用或核武器爆炸形成的荷作用或核武器爆炸形成的荷载。关于特载的大小是按照不同的防护等级采用的，它在人载。关于特载的大小是按照不同的防护等级采用的，它在人防工程的有关规范中有明确的规定。防工程的有关规范中有明确的规定。 地震荷载地震荷载：处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作：处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作用。用。矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 6荷载列表荷载列表序号荷

4、载 类 型类别1水土压力、结构自重恒载2地面超载活载3特殊荷载偶然荷载4车辆爆炸荷载偶然荷载5地震荷载偶然荷载矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 7矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 计算简图计算简图8( (一一) )顶板上的荷载顶板上的荷载 作用于顶板上的荷载，包括有顶板以上的覆土压力、水压作用于顶板上的荷载，包括有顶板以上的覆土压力、水压力、顶板自重、路面活荷载以及特载。力、顶板自重、路面活荷载以及特载。 1覆土压力覆土压力 将结构范围内顶板以上各层土体将结构范围内顶板以上各层土体(包括路面材料包括路面材料)的重量之的重量之和求出来，然后除以顶板的承压面

5、积即可和求出来，然后除以顶板的承压面积即可 iiiqh土矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 maxi12iqHmax1max2tan45tan2aH93.顶板自重顶板自重2qd kN m自重4. 顶板所受的特载为顶板所受的特载为tq顶5.地面超载地面超载q 总和总和 tqqqqqq顶顶土水自重itiiwwqhhdqq顶顶矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 ( (一一) )顶板上的荷载顶板上的荷载 2水压力水压力2iwwqhkN m水10一般情况下，人防工程中的结构刚度都较大，而地基相对来说较松软，所以假定地基反力为直线分布。作用于底板上的荷载可按下式计算 t

6、PqqqL顶顶底PLtq顶:结构顶板以下，底板以上的两边墙及中间柱等重量:结构横断面的宽度； :底板上所受的特载。矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 ( (二二) )底板上的荷载底板上的荷载 11( (三三) )侧墙上的荷载侧墙上的荷载侧墙上所受的荷载有土层的侧墙上所受的荷载有土层的侧向压力、水压力及特载。侧向压力、水压力及特载。 1土层侧向压力土层侧向压力 2i()tan452iieh2侧向水压力侧向水压力 wweh10.7h：折减系数，其值依土体的透水性来确定：对于砂土，对于粘土：从地下水表面至考查点的距离。作用于侧墙上的荷载为作用于侧墙上的荷载为:twqeeq顶侧矩形闭

7、合框架的计算矩形闭合框架的计算荷载计算荷载计算 12( (一一) )基础计算理论基础计算理论 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算1.按地基反力为直线分布的假定计算按地基反力为直线分布的假定计算2.按温克尔假定计算基础按温克尔假定计算基础3.按地基为弹性半无限平面体的假定计算基础按地基为弹性半无限平面体的假定计算基础13计算内力时，首先要选择合理的计算内力时，首先要选择合理的计算简图计算简图并并初步假设截面初步假设截面的尺寸的尺寸 ：( (二二) )计算简图计算简图 1.平面应变；平面应变；2.中隔墙看作只承受轴力的二力杆；中隔墙看作只承受轴力的二力杆； 矩形闭合框架的计算矩形

8、闭合框架的计算内力计算内力计算14( (三三) )截面选择截面选择在进行内力计算之前，先根据以往的经验在进行内力计算之前，先根据以往的经验(参照已有的类似参照已有的类似的结构的结构)或或近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸近似计算方法假定各个杆件的截面尺寸，经内力计，经内力计算后，再来算后，再来验算所设截面验算所设截面是否合适。否则，重复上述过程，是否合适。否则，重复上述过程，直至所设截面合适为止。直至所设截面合适为止。 已已知知截截面面内内力力分分配配结构力学结构力学截面验算截面验算矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算15( (四四) ) 计算方法计算方法 当不考虑线位移影响时

9、，可按下图简化计算模式以当不考虑线位移影响时，可按下图简化计算模式以力矩力矩分配法分配法进行手算。进行手算。 顶底而静荷载作用下地层中的而静荷载作用下地层中的闭合框架一般按闭合框架一般按弹性地基上的弹性地基上的框架框架进行计算，将地基视作进行计算，将地基视作弹弹性半无限平面性半无限平面。 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算16( (四四) ) 计算方法计算方法 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算计算简图及基本结构计算简图及基本结构17( (四四) ) 计算方法计算方法查表法查表法弹性地基上平面框架的内力计算仍可采用结构力学中的力弹性地基上平面框架的内力计算仍

10、可采用结构力学中的力法，只是需要将底板按弹性地基梁来考虑。法，只是需要将底板按弹性地基梁来考虑。 1 11212313112122232321312323333000PPPxxxxxxxxxijijijbijiPiqb ijijijM MdsEJ ijbixiPiqb：框架基本结构在单位力作用下产生的位移(不包括底板)：底板按弹性地基梁在单位力xi作用下算出的切口处方向的位移；：框架基本结构在外荷载作用下产生的位移(不包括底板；) ：底板按弹性地基梁在外荷裁q作用下算出的切口处ix方向位移；矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算18( (五五) )设计弯矩、剪力及轴力的计算设计弯

11、矩、剪力及轴力的计算 设计弯矩：设计弯矩：实际不利的截面实际不利的截面(弯矩大而截面高度又小弯矩大而截面高度又小)则是则是侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩。根据隔离体平衡侧墙边缘处的截面，对应这个截面的弯矩。根据隔离体平衡条件，可以按下面的公式计算条件，可以按下面的公式计算2222ippbq bMMQiMpMpQbq 设计弯矩；设计弯矩； 计算弯矩；计算弯矩； 计算剪力；计算剪力； 支座宽度；支座宽度； 作用于杆件上的均布荷载。作用于杆件上的均布荷载。 - 2 ippMMQb近似方法：近似方法：矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算19设计剪力设计剪力 =-2ipqQQb矩形

12、闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算20设计轴力设计轴力 设计剪力计算剪力由静载引起的设计轴力按下式计算由静载引起的设计轴力按下式计算 ipNN由特载引起的设计轴力按下式计算由特载引起的设计轴力按下式计算 ipttNN将上面两种情形求得的设计轴力将上面两种情形求得的设计轴力加起来即得各杆件的最后设计轴力。加起来即得各杆件的最后设计轴力。 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算内力计算内力计算21为了保证结构不致因为地下水的浮力而浮起，在设计完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计算成后，尚需按下式进行抗浮计算 1.051.10QKQ重浮KQ重Q浮抗

13、浮安全系数抗浮安全系数 结构自重、设备重及上部覆土重之和；结构自重、设备重及上部覆土重之和； 地下水的浮力。地下水的浮力。矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算抗浮计算抗浮计算22规范规范:混凝土规范混凝土规范(GB 50010-2010) 在特载与其它荷载共同作用下：在特载与其它荷载共同作用下：按弯矩及轴力强度验按弯矩及轴力强度验算时，材料动载下强度提高，按剪力和扭力强度验算时，算时，材料动载下强度提高，按剪力和扭力强度验算时，则材料的强度不提高。则材料的强度不提高。地下矩形闭合框架结构的构地下矩形闭合框架结构的构件件(顶板、侧墙、底板顶板、侧墙、底板)均按偏心均按偏心受压构件进行截面验算。受压构件进行截面验算。 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算截面设计截面设计23配筋型式配筋型式 混凝土保护层混凝土保护层 横向受力钢筋横向受力钢筋 分布钢筋分布钢筋 箍筋箍筋 刚性节点构造刚性节点构造 变形缝的设置及构造变形缝的设置及构造 矩形闭合框架的计算矩形闭合框架的计算构造要求构造要求24一单跨闭合的钢筋混凝土框架通道，置于弹性地基上，几何尺寸如下图所示，横梁承受均布荷载20kN/m2，材料的弹性模量E=1.4104MPa，泊桑比=0.167,地基的形变模量E0=50MPa，泊桑比0=0.3，设为平面变形问题，绘制框架的弯矩图。P132 矩形闭合框