浅埋地下结构

1、5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构建筑物埋置深度：建筑物埋置深度：浅埋式结构，深埋式结构浅埋式结构，深埋式结构附建式的地下结构（防空地下室）附建式的地下结构（防空地下室）隧道的引道结构隧道的引道结构一般的浅埋结构一般的浅埋结构本章着重讨论本章着重讨论矩形浅埋式结构矩形浅埋式结构的设计与计算原理的设计与计算原理要求掌握要求掌握矩形闭合框架矩形闭合框架的一般计算方法的一般计算方法5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述埋入土壤中的结构，上部均覆盖有土层。埋入土壤中的结构，上部均覆盖有土层。当上覆土层的厚度当上覆土层的厚度H H满足一定条件后，上覆土层能够形成稳满足一定条件后，上覆土层

2、能够形成稳定的压力拱，垂直的土层压力定的压力拱，垂直的土层压力q q保持稳定而不再增加，这种保持稳定而不再增加，这种结构称为结构称为深埋式结构深埋式结构。当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时，为当垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加时，为浅埋式结构浅埋式结构。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.1 5.1.1 防空地下室防空地下室防空地下室或称防空地下室或称“附建式人防工事附建式人防工事”，主要是指大量的主要是指大量的住宅和公共建筑物在修建时，按照国家的规定，按比例住宅和公共建筑物在修建时，按照国家的规定，按比例修建的具有一定防护要求的建筑物地下室。

3、修建的具有一定防护要求的建筑物地下室。 作用作用 上部结构静荷载上部结构静荷载战争期间防护作用战争期间防护作用战争爆炸动力荷载战争爆炸动力荷载结合上部结构设计和施工，尽量做到结合上部结构设计和施工，尽量做到平战结合平战结合。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.1 5.1.1 防空地下室防空地下室新建高层建筑新建高层建筑或者做或者做深基础深基础时，应优先考虑修建防空地时，应优先考虑修建防空地下室。下室。结构形式结构形式梁板结构梁板结构板柱结构板柱结构箱型结构箱型结构壳体结构壳体结构防空地下室是整个建筑的一部分，可以采用上部结构防空地下室是整个建筑的一部分，可以采用上部

4、结构的结构形式和施工方法。的结构形式和施工方法。除了按照一般的设计荷载计算，尚需考虑除了按照一般的设计荷载计算，尚需考虑冲击荷载下冲击荷载下承承载能力和变形能力验算。载能力和变形能力验算。壳体结构壳体结构梁板结构梁板结构5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.1 5.1.1 防空地下室防空地下室地道式结构地道式结构主要承受周围地层的变形或坍塌产生的主要承受周围地层的变形或坍塌产生的垂直垂直土层压力土层压力和较大的和较大的侧向土层压力侧向土层压力，常设计成，常设计成拱形结构拱形结构。拱形结构计算可采用拱形结构计算可采用结构力学结构力学方法。方法。土层压力计算在土层压力计算

5、在盾构法盾构法介绍。介绍。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构引道引道是城市道路系统中立交地道、水底隧道的峒门与地是城市道路系统中立交地道、水底隧道的峒门与地面间的连接段，也是地铁车辆牵引线的组成部分，它实面间的连接段，也是地铁车辆牵引线的组成部分，它实质上是一种质上是一种纵向变高度的堑壕纵向变高度的堑壕。结构形式结构形式墙型支挡结构墙型支挡结构槽型支挡结构槽型支挡结构5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构（1） 墙型支挡结构墙型支挡结构墙型支挡结构墙型支挡结构又称为又称为分离

6、式引道分离式引道，挡墙与路面分开。，挡墙与路面分开。重力型、半重力型（块石、素混凝土制成）、钢筋重力型、半重力型（块石、素混凝土制成）、钢筋混凝土薄壁型挡墙、加筋土型支挡结构、拉锚型支混凝土薄壁型挡墙、加筋土型支挡结构、拉锚型支挡结构、地下连续墙型支挡结构挡结构、地下连续墙型支挡结构分类：分类：最广泛的最广泛的薄壁型挡墙薄壁型挡墙悬臂式悬臂式扶壁式扶壁式悬臂式挡墙悬臂式挡墙扶壁式挡墙扶壁式挡墙5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构（1） 墙型支挡结构墙型支挡结构悬臂式挡墙悬臂式挡墙由由墙板墙板和和底板底板两部分组成，临土面常做成两部分组

7、成，临土面常做成竖直面竖直面，外侧略微倾斜外侧略微倾斜。墙板墙板顶宽顶宽一般一般不小于不小于150mm，底板厚度底板厚度取强高的取强高的1/121/10，且，且不小于不小于150mm，宽度宽度一般取一般取（0.40.7）H，以保证稳定性。，以保证稳定性。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构（1） 墙型支挡结构墙型支挡结构扶壁式挡墙扶壁式挡墙由由墙板、底板墙板、底板和和扶壁扶壁组成，尺寸选择的原则组成，尺寸选择的原则与悬臂式类似，与悬臂式类似，扶壁间距不宜小于扶壁间距不宜小于3m，扶壁厚度扶壁厚度在在150mm与与400mm。（1） 墙

8、型支挡结构墙型支挡结构5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构5.1 5.1 概述概述5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构挡土墙上的荷载：挡土墙上的荷载：垂直荷载，水平荷载垂直荷载，水平荷载墙身自重墙身自重墙厚填土重量墙厚填土重量墙后地下水重量墙后地下水重量底板板下地下水向上的浮力底板板下地下水向上的浮力墙前、后填土水平压力墙前、后填土水平压力墙前、后水压力墙前、后水压力进行挡土墙设计时，需要计算进行挡土墙设计时，需要计算挡土墙的稳定挡土墙的稳定和和挡土墙的强度挡土墙的强度。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.2 5.1.2 引道结构引道结构（2） 槽型支挡结构槽型支挡

9、结构槽型支挡结构槽型支挡结构又称又称整体式引道结构整体式引道结构，两侧挡墙与底板连，两侧挡墙与底板连成一个整体的成一个整体的“ ”形或者形或者“ ”形静定结构，其形形静定结构，其形状与船坞类似，状与船坞类似，尺寸大小尺寸大小根据根据使用用途、埋设深度使用用途、埋设深度和和受受力情况力情况等决定。等决定。侧墙部分侧墙部分可以像悬臂式挡土墙一样，墙壁为直壁，外侧可以像悬臂式挡土墙一样，墙壁为直壁，外侧为斜坡，底板厚度可取跨度的为斜坡，底板厚度可取跨度的1/61/10，其设计需要，其设计需要先进行先进行抗浮稳定计算抗浮稳定计算，然后进行，然后进行结构的强度计算结构的强度计算。5.浅埋的地下结构浅埋的

10、地下结构5.1 5.1 概述概述5.1.3 5.1.3 一般浅埋结构一般浅埋结构一般浅埋结构一般浅埋结构用于人防工程的通道部分，应用最广泛的有用于人防工程的通道部分，应用最广泛的有浅埋的地铁车站、地铁通道、地下工厂、地下医院、地下浅埋的地铁车站、地铁通道、地下工厂、地下医院、地下指挥所。指挥所。浅埋式建筑工程，一般采用浅埋式建筑工程，一般采用明挖法施工明挖法施工，深度在，深度在510时时比较经济，某些情况下可达到十几米甚至二十几米。比较经济，某些情况下可达到十几米甚至二十几米。浅埋式结构形式：浅埋式结构形式：直墙拱直墙拱，矩形框架矩形框架和和梁板式结构梁板式结构。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结

11、构5.2 5.2 一般浅埋地下结构形式一般浅埋地下结构形式5.2.1 5.2.1 直墙拱直墙拱地下结构地下结构跨度较小时跨度较小时常采用直墙拱。人防通道部分常采用直墙拱。人防通道部分1.54m，普遍应用直墙拱，普遍应用直墙拱拱体部分拱体部分跨度大小跨度大小轴线形状轴线形状砖砌拱砖砌拱预制钢筋混凝土拱预制钢筋混凝土拱现浇钢筋混凝土拱现浇钢筋混凝土拱半圆拱，割圆拱，抛物线拱半圆拱，割圆拱，抛物线拱直墙拱以承受直墙拱以承受轴向压力轴向压力为主，为主，弯矩剪力较小弯矩剪力较小，采用，采用砖砖石、混凝土石、混凝土砌筑以发挥其抗压性能，经济合理。砌筑以发挥其抗压性能，经济合理。半圆拱、割圆拱和抛物线拱半圆

12、拱、割圆拱和抛物线拱5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.2 5.2 一般浅埋地下结构形式一般浅埋地下结构形式5.2.2 5.2.2 矩形闭合框架矩形闭合框架矩形闭合框架矩形闭合框架在地下结构中被广泛采用，浅埋式地铁在地下结构中被广泛采用，浅埋式地铁车站、车站常采用车站、车站常采用明挖法明挖法，采用矩形断面开挖，经济、，采用矩形断面开挖，经济、方便施工。结构内部空间与车辆相似，可方便施工。结构内部空间与车辆相似，可充分利用内充分利用内部空间部空间。地铁工程中，根据地铁工程中，根据使用要求使用要求及及荷载荷载和和跨度跨度要求，闭合框要求，闭合框架可以采用架可以采用单跨、双跨、多层多跨单跨、双跨、多

13、层多跨的形式。的形式。单跨矩形闭合框架一般跨度小于单跨矩形闭合框架一般跨度小于6m，大于，大于6m时，设计成时，设计成单跨或者多跨。单跨或者多跨。设计成单跨或者多跨时，可以在设计成单跨或者多跨时，可以在中间隔墙上设置孔洞中间隔墙上设置孔洞，以利通风。以利通风。矩形闭合框架的典型形式矩形闭合框架的典型形式矩形闭合框架的典型形式矩形闭合框架的典型形式5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.2 5.2 一般浅埋地下结构形式一般浅埋地下结构形式5.2.3 5.2.3 梁板式结构梁板式结构在在地下水位较低区地下水位较低区或者或者防护等级较低的工程防护等级较低的工程中，顶板和底中，顶板和底板做成板做成现浇混凝

14、土梁板结构现浇混凝土梁板结构，围墙和隔墙为，围墙和隔墙为砖墙砖墙。地下水位较高地下水位较高或者或者防护等级较高的工程防护等级较高的工程，除内墙外除内墙外，均，均做成做成梁板式箱型闭合框架钢筋混凝土结构梁板式箱型闭合框架钢筋混凝土结构。如如地下医院、教室、指挥所地下医院、教室、指挥所等。等。地下指挥所地下指挥所5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.2 5.2 一般浅埋地下结构形式一般浅埋地下结构形式浅埋式建筑物的结构形式不仅仅局限于上述三种形浅埋式建筑物的结构形式不仅仅局限于上述三种形式，特殊情况下也可以采用式，特殊情况下也可以采用壳体壳体或者或者折板折板结构。结构。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结

15、构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算闭合框架的结构计算通常包括闭合框架的结构计算通常包括荷载、内力荷载、内力及及截面截面计算，必要时尚应进行计算，必要时尚应进行抗浮抗浮计算。计算。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算地下结构荷载分为地下结构荷载分为静荷载、活荷载静荷载、活荷载和和特定荷载特定荷载。结构自重土压力结构自重土压力地下水头压力地下水头压力施工活荷载施工活荷载人群、车辆设备等荷载人群、车辆设备等荷载武器冲击荷载武器冲击荷载5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架

16、的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算1）顶板荷载）顶板荷载作用在顶板上的荷载：作用在顶板上的荷载：上部覆土重力上部覆土重力，水压力水压力和和顶板自重顶板自重。（1）上部覆土压力）上部覆土压力结构范围内顶板以上各层土体重量相加除以顶板面积：结构范围内顶板以上各层土体重量相加除以顶板面积：siiiqh需要注意的是需要注意的是，位于地下水位以下的土体重度需，位于地下水位以下的土体重度需要采用要采用浮重度浮重度。第第i i层土体重度层土体重度第第i i层土体厚度层土体厚度5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.

17、1 荷载计算荷载计算1）顶板荷载）顶板荷载（2）水压力）水压力wwwqh水的重度：水的重度：10KN/m3地下水面至顶板表面的距离地下水面至顶板表面的距离5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算1）顶板荷载）顶板荷载（3）顶板自重）顶板自重gqd顶板材料的重度顶板材料的重度顶板厚度顶板厚度5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算1）顶板荷载）顶板荷载（4）特载）特载特载特载 为常规武器作用或核武器爆炸形成的荷载，为常规武器作用或

18、核武器爆炸形成的荷载，可按照人防有关规范规定采用。可按照人防有关规范规定采用。utq顶板总荷载顶板总荷载为三种荷载与特载之和：为三种荷载与特载之和：uswgutqqqqquiiwwutiqhhdq5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算2）底板荷载）底板荷载底板荷载一般可以认为是直线分布的，考虑特载：底板荷载一般可以认为是直线分布的，考虑特载：bubtPqqqL结构横断面宽度结构横断面宽度结构整体自重结构整体自重5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.

19、3.1 荷载计算荷载计算3）侧墙荷载）侧墙荷载侧墙上的荷载包括侧墙上的荷载包括水平向压力，水压力水平向压力，水压力和和特载特载。（1）土层侧压力）土层侧压力2()tan (45)2iiieh土层的内摩擦角，如果某一层土位于地下水位以土层的内摩擦角，如果某一层土位于地下水位以下，重度采用有效重度。下，重度采用有效重度。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算3）侧墙荷载）侧墙荷载（2）侧向水压力）侧向水压力wweh折减系数，依土体透水性而定。砂土折减系数，依土体透水性而定。砂土1，粘土，粘土0.7。地下水位至考察

20、点的距离地下水位至考察点的距离5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.1 5.3.1 荷载计算荷载计算3）侧墙荷载）侧墙荷载考虑特载，三者合计：考虑特载，三者合计：2()tan (45)2hiiwhtiqhhq荷载计算简图：荷载计算简图：5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算静荷载作用下，将地基视作静荷载作用下，将地基视作弹性半无线平面弹性半无线平面，地基上的反，地基上的反力作为荷载作用在闭合框架底部，按照力作为荷载作用在闭合框架底部，按照一般平面框架一般平

21、面框架计算。计算。1）计算简图）计算简图浅埋式结构可视为浅埋式结构可视为平面应变问题平面应变问题，计算时取纵向单位，计算时取纵向单位长度上（长度上（1m）荷载按）荷载按等截面杆件等截面杆件计算。计算。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算1）计算简图）计算简图框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多，中隔墙的刚度相框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多，中隔墙的刚度相对较小，将中隔墙一般视为只承受轴力的对较小，将中隔墙一般视为只承受轴力的二力杆二力杆。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩

22、形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算1）计算简图）计算简图中间为纵向梁或柱时，纵向梁何以看做框架的内部支撑，中间为纵向梁或柱时，纵向梁何以看做框架的内部支撑，柱视为梁的支撑。柱视为梁的支撑。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算2）截面选择）截面选择计算超静定结构内力时需要计算超静定结构内力时需要知道截面尺寸知道截面尺寸，这在设计前是，这在设计前是不知道的。所以只有根据经验假定各个截面的尺寸，进行不知道的。所以只有根据经验假定各个截面的尺寸，进行内力计算，然后验

23、算截面是否合适。若不合格，重复上述内力计算，然后验算截面是否合适。若不合格，重复上述过程，直至所设截面合适为止过程，直至所设截面合适为止 5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算3）计算方法）计算方法闭合框架一般采用闭合框架一般采用位移法位移法计算，不考虑线位移的影响时，计算，不考虑线位移的影响时，以以力矩分配法力矩分配法计算简便。现在可以采用计算机辅助设计。计算简便。现在可以采用计算机辅助设计。(1) 当竖向荷载不平衡时，可以在底板的结点上加设集中力当竖向荷载不平衡时，可以在底板的结点上加设集中力.5.浅埋的

24、地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.2 5.3.2 内力计算内力计算3）计算方法）计算方法(2) 线位移的确定，一般情况下，框架有几孔就有几个线位移的确定，一般情况下，框架有几孔就有几个独立的线位移。结构对称、荷载对称时，独立线位移数独立的线位移。结构对称、荷载对称时，独立线位移数目可以减少。目可以减少。浅埋式结构上特载的值远大于其他荷载，而且，特载的浅埋式结构上特载的值远大于其他荷载，而且，特载的值的计算是非常粗略的。值的计算是非常粗略的。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.3 5.3.3

25、截面计算截面计算地下结构地下结构截面选择截面选择和和承载力承载力计算，一般以计算，一般以现行钢筋混凝现行钢筋混凝土结构设计规范土结构设计规范为准。为准。特载与其他荷载组合特载与其他荷载组合，按照弯矩和轴力对构件承载力进，按照弯矩和轴力对构件承载力进行验算时，需要考虑动力荷载作用下行验算时，需要考虑动力荷载作用下材料强度的提高材料强度的提高；按按剪力和扭力剪力和扭力对构件进行承载力验算时，则不考虑材料对构件进行承载力验算时，则不考虑材料强度的提高。强度的提高。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.3 5.3.3 截面计算截面计算设有支托的框架

26、结构设有支托的框架结构，地下矩形闭合框架结构中的顶板、，地下矩形闭合框架结构中的顶板、侧墙和底板均按照侧墙和底板均按照偏压构件偏压构件进行截面验算。进行截面验算。 13Shh5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.3 5.3 闭合矩形框架的计算闭合矩形框架的计算5.3.4 5.3.4 抗浮计算抗浮计算为防止结构在地下水位较高时浮起，设计完工后需要为防止结构在地下水位较高时浮起，设计完工后需要分工况进行分工况进行抗浮验算抗浮验算：1.10gfQKQgQ浮力浮力fQ结构自重、设备重量及上部覆土重之和，但对箱体结构自重、设备重量及上部覆土重之和，但对箱体施工完毕后工况，仅考虑结构自重施工完毕后工况，仅考

27、虑结构自重抗浮安全系数抗浮安全系数5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.4 5.4 构造要求构造要求5.4.1 5.4.1 配筋形式配筋形式闭合框架的配筋闭合框架的配筋横向受力钢筋横向受力钢筋和和纵向分布钢筋纵向分布钢筋组成组成预先焊成钢筋网片，施工方便。预先焊成钢筋网片，施工方便。设置支托设置支托，可以，可以减少应力集中减少应力集中现象现象，改善框架受力条件改善框架受力条件。需。需要配置要配置箍筋箍筋和和弯起钢筋弯起钢筋。承受承受动力荷载动力荷载时，布置成时，布置成双层钢筋双层钢筋。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.4 5.4 构造要求构造要求5.4.2 5.4.2 混凝土保护层厚度混凝土保

28、护层厚度地下结构外侧与土、水接触，地下结构外侧与土、水接触，相对湿度较高相对湿度较高，保护层，保护层最小厚度常比地面结构最小厚度常比地面结构增加增加5-10mm。通常可按照。通常可按照混凝土结构设计规范混凝土结构设计规范（GB50010-2002）规定）规定采用，其环境类别应属采用，其环境类别应属b类类。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.4 5.4 构造要求构造要求5.4.3 5.4.3 横向受力钢筋横向受力钢筋钢筋直径选取钢筋直径选取32mm以下以下，钢筋的间距一般，钢筋的间距一般不大于不大于200mm，不小于不小于70mm，以方便施工。，以方便施工。项次分类混凝土强度等级10dR10d5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.4 5.4 构造要求构造要求5.4.6 5.4.6 刚性节点构造刚性节点构造内测发生拉力，设置附加箍筋。内测发生拉力，设置附加箍筋。5.浅埋的地下结构浅埋的地下结构5.4 5.4 构造要求构造要求5.4.7 5.4.7 变形缝的设置变形缝的设置变形缝：变形缝：伸缩缝伸缩缝和和沉降缝沉降缝伸缩缝，预防温度变化和混凝土收缩。伸缩缝，预防温度变化和混凝土收