地下建筑结构设计 总复习

地下建筑结构 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 第一讲本课内容第一讲总论土层地下建筑岩石地下建筑地下建筑结构的概念、作用和形式地下建筑是修建在地层中的建筑物。它可以分为两大类：一类是修建在土层中的；一类是修建在岩层中的；广义上讲，任何结构物都是修建在相应的介质中的，本学科所要研究的所有问题其实都可以归为“结构与介质的相互作用问题”。。地下建筑的优点有效的土地利用能源利用的节省和气候的控制安全噪声和震动的隔离便于维修管理地下建筑的缺点获得眺望和自然采光的机会有限进人和往来的限制能源上的限制地下建筑与地面建筑结构的区别（1）计算理论、设计和施工方法（2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。（3）地下建筑结构埋置于地下，其周围的岩土体不仅作为荷载作用于地下建筑结构上，而且约束着结构的移动和变形。所以，在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。这一点乃是地下建筑结构在计算理论上与地面建筑结构最主要的差别。第2章地下建筑结构的荷载1.荷载种类和组合荷载组合各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结构各部件截面的内力，再进行最不利的内力组合，得出各设计控制截面的最大内力。最不利的荷载组合一般有以下几种情况：（一）静载；（二）静载+活载；（三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹动载）2.荷载的确定方法确定依据.1、依据规范：当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵守各有关规范。3.计算理论计算原理.地下结构的计算理论较多地应用以文克尔假定为基础的局部变形理论以及以弹性理论为基础的共同变形理论。地层对结构的弹性抗力限制了结构的变形，故改善了结构的受力情况。荷载的计算地下建筑结构上所承受的荷载有结构自重、地层压力、弹性抗力、地下静水压力、车辆和设备重量及其他使用荷载等。其中地层压力（包括土压力和围岩压力）是至关重要的荷载。第3章弹性地基梁理论1.概述定义：弹性地基梁，是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。如铁路枕木、钢筋混凝土条形基础梁，等等。通过这种梁，将作用在它上面的荷载，分布到较大面积的地基上，既使承载能力较低的地基，能承受较大的荷载，又能使梁的变形减小，提高刚度降低内力。1.荷载种类和组合弹性地基梁与普通梁的区别：1.超静定次数是无限还是有限，这是它们的一个主要区别。2.地基的变形是考虑还是略去，这是它们的另一个主要区别。2.弹性地基梁的计算模型计算模型分类：.局部弹性地基模型2.半无限体弹性地基模型局部弹性地基模型1867年前后，温克尔（E.Winkler）对地基提出如下假设：地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。即式中,y为地基的沉陷，m；k为地基系数，，其物理意义为：使地基产生单位沉陷所需的压强；p为单位面积上的压力强度，。这个假设实际上是把地基模拟为刚性支座上一系列独立的弹簧。当地基表面上某一点受压力p时，由于弹簧是彼此独立的，故只在该点局部产生沉陷y，而在其他地方不产生任何沉陷。因此，这种地基模型称作局部弹性地基模型。3.弹性地基梁的挠度曲线微分方程式及其初参数解基本假设：在弹性地基梁的计算理论中，除上述局部弹性地基模型假设外，还需作如下三个假设：（1）地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基表面始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；（2）由于梁与地基间的摩擦力对计算结果影响不大，可以略去不计，因而，地基反力处处与接触面相垂直；（3）地基梁的高跨比较小，符合平截面假设，因而可直接应用材料力学中有关梁的变形及内力计算结论。如果梁的挠度已知，则梁任意截面的转角θ，弯矩M，剪力Q可按材料力学中的公式来计算，即:1.弹性地基梁的挠度曲线微分方程式此即为弹性地基梁的挠曲微分方程式令，若地基梁宽度为b，则有2.对应齐次微分方程的通解上面推导得弹性地基梁的挠曲微分方程式是一个四阶常系数线性非齐次微分方程，令式中，即得对应齐次微分方程：由微分方程理论知，上述方程的通解由四个线性无关的特解组合而成。为寻找四个线性无关的特解，令并代入上式有：或由复数开方根公式得：是与梁和地基的弹性性质相关的一个综合参数，反映了地基梁与地基的相对刚度，对地基梁的受力特性和变形有重要影响，通常把称为特征系数，称为换算长度。（3.7）（3.8）（3.9）弹性地基梁挠曲微分方程的通解式（3.31）中，当，时，pi、mi两项取值为零。（3.31）第4章地下建筑结构的计算方法刚性理论经验1.概述弹性理论连续介质理论我国采用的设计方法似可分属以下四种设计模型：1.荷载—结构模型1.概述将支护结构和围岩分开来考虑，支护结构是承载主体．因岩作为荷载；结构与围岩的相互作用是通过弹性支承对支护结构施加约束来体现的，而围岩的承载能力则在确定围岩压力和弹性支承的约束能力时间接地考虑。1.概述2.地层—结构模型1.概述1.概述将支护结构与围岩视力一体，作为共同承载的隧道结构体系，故又称为围岩一结构模型或复合整体模型，在这个模型中围岩是直接的承载单元，支护结构只是用来约束和限制围岩的变形，这一点正好和上述模型相反。第5章地下建筑结构的可靠度理论1.概述地下建筑结构由于其特殊性，在很大程度上存在着随机性、离散性和不确定性。因此需要一些特定的方法来对其进行可靠度分析。（二）结构的功能 函数 excel方差函数excelsd函数已知函数     2 f x m x mx m      2 1 4 2拉格朗日函数pdf函数公式下载 与极限状态函数一般倩况下：总可以将影响结构可靠性的因素归纳为两个综合量，即结构构件的荷载效应S和抗力R，定义的功能函数为：Z=g(R,S)=R-S2.可靠度分析的基本原理2.可靠度分析的基本原理实际 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 结构的荷载效应和抗力均为随机变量，因此Z也是一个随机变量，总可能出现下列．三种情况：z＞o结构可靠·z＜o结构失效z＝o结构处于极限状态2.可靠度分析的基本原理由于影响荷载效应S和结构抗力R都有很多更基本的随机变量(如截面几何特性、结构尺寸、材料性能等)，设这些随机变量为X1、X2、…、Xn，则结构功能函数的一般形式为Z=g(X1、X2、…、Xn)(5-2)2.可靠度分析的基本原理5.2.2地下建筑结构的可靠度地下建筑结构的可靠度是按照概率度量结构的可靠性。《建筑结构可靠度设计统一 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 》将建筑结构可靠度定义为建筑结构在规定时间内、规定条件下，完成预定功能的能力。地下建筑结构的可靠度就可以定义为在规定时间内、规定条件下，完成预定功能的概率大小。建立功能方程：Z=R-S可靠度指标β中心点法验算点法JC法Pf=P{Z<μz-βσz}蒙特卡罗法已知分布函数未知分布函数数理统计法第6章浅埋式结构1.概述埋设在土层中的建筑物，按其埋置深浅可分为深埋式结构和浅埋式结构两大类。定义：指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件（H<2—2.5h1）或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。结构受到的垂直土压力和水平土压力均随着深度增加而增加。一般浅埋式建筑工程，常采用明挖法施工，特殊环境下也可采用管幕法、管涵顶进法等暗挖法施工。浅埋式的结构形式可归纳为以下三种：直墙拱形结构、矩形框架和梁板式结构。1.概述6.2.2内力计算1.可将地基视作弹性半无限平面，作为弹性地基上的框架进行分析。2.简化，将弹性地基上的反力作为荷载作用在闭合框架底部，按照一般平面框架计算。2.矩形闭合框架的计算2.可靠度分析的基本原理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二力杆.第8章沉井与沉箱结构1.概述定义：这种利用结构自重作用而下沉入士的井筒状结构物就称“沉井”。所谓沉井，实质上就是将一个在地面筑成的“半成品”沉入土中，然后在地下完成整个结构物的施工。1.概述先在地表制作成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑内部结构与基坑法修建地下结构物的区别沉井在施工过程中，井壁成了阻挡水、士压力，防止土体坍塌的围护结构，从而省去大量的支撑和板柱工程，减少了土方开挖量。1.概述7.1.3沉井（沉箱）的结构特点：1.躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性好，内部空间可有效利用；2.施工场地占地面积小，可靠性良好；3.适用土质范围广；4.施工深度大；5.施工时周围土体变形较小，对邻近建筑物的影响小；6.具有良好的抗震性能。8.2.3沉井的结构计算沉井结构在施工阶段必须具有足够的强度和刚度，以保证沉井能稳定、可靠地下沉到拟定的设计标高。待沉到设计标高，全部结构浇筑完毕并正式交付使用后，结构的传力体系、荷载和受力状态均与沉井在施工下沉阶段很不相同。因此，应保证沉井结构在这两阶段中均有足够的安全度。2.沉井结构第9章地下连续墙结构1.概述定义：集承重、挡土和防渗于一身的所谓“三合一”地下连续墙。地下连续墙施工方法（又称槽壁法），是近30年来在基础工程和地下工程中正在发展和广泛应用的一项新技术。1.概述地下连续墙的施工方法：在地面上用挖槽设备，沿着深开挖工程的周边，依靠泥浆护壁的支护，开挖一定槽段长度的沟槽；再将钢筋笼放入沟槽内。采用导管在充满稳定液的沟槽中进行混凝士现场浇筑。相互邻接的槽段，由特别接头（施工接头）进行连接。这样就成为长的地下墙。逆作法施工深地下室的常规施工是通过临时支护基坑坑壁，开挖至预定深度后，浇底板并由下而上施工各层地下室结构，待地下室完工后，再逐层进行地上结构的施工。逆作法施工工艺是先沿建筑物外围施工地下连续墙，作为地下室的边墙或基坑的围护结构。2.地下连续墙挡土墙设计地下连续墙的设计计算主要包括以下几个方面：确定荷载，包括土、水压力等确定入土深度槽壁稳定验算；地下连续墙静力计算；配筋计算，构件强度验算，裂缝开展验算，垂直接头计算。第10章盾构法隧道结构盾构隧道简介盾构（shield）是一种钢制的活动防护装置或活动支撑，是通过软弱含水层，特别是河底、海底，以及城市居民区修建隧道的一种机械。头部可以安全地开挖地层,尾部可以装配预制管片或砌块，迅速地拼装成隧道永久衬砌。盾构推进主要依靠盾构内部设置的千斤顶。适用条件在松软含水地层中修建隧道、水底隧道及地下铁道时采用各种不同形式的盾构施工最有意义，特别是该施工方法属地表以下暗挖施工，不受地面交通、河道、航运、潮汐、季节等条件的影响，结构计算方法的选择目前装配式圆形隧道衬砌结构的计算方法大都把衬砌环看作一按自由变形的匀质（等刚度）圆环计算，而接缝上的刚度不足往往采用衬砌环的错缝拼装予以弥补。这种加强接缝刚度的处理和匀质（等刚度）圆环计算方法在饱和含水地层中的隧道衬砌计算用得较为普遍。2.衬砌圆环内力计算（一）基本使用阶段（衬砌环宽按lm考虑）荷载简图见图10-92.衬砌圆环内力计算第11章沉管结构1.概述定义：在水底预先挖好沟槽，把在路上其它地方预制的适当长度的管体，浮运到沉放现场，顺序地沉放到沟槽中，并回填覆盖而形成的结构。二十世纪50年代解决了两项关键技术——水力压接法和基础处理，沉管法已经成为水底隧道最主要的施工方法，尤其在荷兰。我国现有6条沉管法隧道：上海金山供水隧道，另外5条在宁波（宁波甬江水底隧道）、广州（广州珠江水底隧道）、香港（香港西区沉管隧道、香港东区沉管隧道）和台湾。1.概述沉管施工法沉管的浮力设计：包括：干舷的选定和抗浮安全系数的验算。2.沉管结构的设计1）干舷管段在浮运时，为了保持稳定，必须使管顶面露出水面，其露出高度称为干舷。具有一定干舷的管段，与风浪后产生反向力矩，保持平衡。干舷的高度应适中，过小则稳定性差，过大时沉设困难。浮力设计时，按照最大混凝土容重、最大混凝土体积和最小河水的比重来计算干舷。第12章基坑围护结构1.概述1、基坑支护的目的（1）确保基坑开挖和基础结构施工安全、顺利；（2）确保基坑临近建筑物或地下管道正常使用；（3）防止地面出现塌陷、坑底管涌发生。2、基坑支护的作用挡土、挡水、控制边坡变形。3、基坑工程的基本技术要求（1）安全可靠性；（2）经济合理性；（3）施工便利性和工期保证性。基坑围护结构通常分两类：桩墙式围护体系——将支护墙（排桩）作为主要受力构件；桩墙式围护体系包括板桩墙、排桩、地下连续墙等。重力式围护体系——充分利用围护结构的重力。如重力式水泥土挡墙。1.概述1.概述12.1.2基坑围护结构设计的特点1.外力的不确定性；2.变形的不确定性；3.土性的不确定性；4.一些偶然变化所引起的不确定因素。2.基坑工程的设计内容基坑工程的设计内容包括：环境调查及基坑安全等级的确定，围护结构选型，围护结构设计计算，节点设计，井点降水、土方开挖 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 以及监测要求等。2.基坑工程的设计内容围护结构设计计算通过设计计算确定围护结构构件的内力和变形，据以验算截面承载力和基坑位移。设计计算必须按不同施工阶段的特征分别进行验算，同时应考虑前一种工况对后面各种工况内力和变形的影响。2.基坑工程的设计内容围护结构稳定性验算基坑边坡总体稳定演算；围护墙体抗倾覆稳定验算；围护墙底面抗滑移验算；基坑围护墙前抗隆起稳定验算；抗竖向渗流验算；基坑周围地面沉降及其影响范围的估计。均与围护墙的插入土深度有关。3基坑围护结构的内力计算4基坑稳定性验算第13章顶管、管幕及箱涵结构定义：采用一定的顶进技术，将管子顶入土中的一种修建隧道和地下管道的施工方法。1.顶管结构顶管法是非开挖技术的一种典型方法。顶管法与盾构法都是修建地下管道和隧道的重要方法。采用液压千斤顶或具有顶进、牵引功能的设备，以顶管工作井作承压壁，将管子按设计高程、方位、坡度逐根顶入土层直至达到目的地.顶管法施工示意图1.顶管结构顶管顶力估算克服顶管管壁与土的摩阻力及前刃脚切土时的阻力：N1——管顶以上的荷载；N2——全部管道自重；E——顶管两侧的土压力；R——土对钢刃脚正面的单位面积阻力k——系数，一般采用1.2。1.顶管结构第14章整体式隧道结构隧道的结构形式可根据地层的类别、使用功能和施工技术水平等进行选择。按照结构形式的不同，可分为半衬砌结构、厚拱薄壁衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙结构和连拱隧道等形式。1.概述衬砌的基本受力图式计算简图该力学模型为弹性固定无铰拱三次超静定结构。2.半衬砌结构计算简图3.直墙拱结构直墙式衬砌计算计算原理拱顶的计算方法与半衬砌即结构相同（考虑拱顶受到的弹性抗力）；边墙按照弹性地基梁计算（按类型分为长梁、短梁和刚性梁分别计算）。3.直墙拱结构第15章喷锚支护定义：锚喷支护(ShotcreatandBolting)是采用喷射混凝土、钢筋网喷射混凝土、锚杆喷射混凝土或锚杆钢筋网喷射混凝土等在毛洞开挖后及时地对地层进行加固的结构。1.概述1.局部作用原理目前,锚喷支护的常用设计方法是按悬吊原理计算.2.整体作用原理它的要点就是：尽可能不扰动周边围岩，开挖之后及时进行一次支护，防止围岩的进一步松动，然后视需要进行二次支护。所有的支护都是相当柔性的，能适应围岩的变形，在施工过程中密切监测围岩的变形、应力等情况，以便及时调整支护措施，控制变形。新奥法目前在设计埋论上还不很成熟，一般是先采用经验统计类比的方法（工程类比法）做预设计，再在施工过程中不新监测围岩的应力、应变状况，按其发展规律来修改设计、调整支护措施。新奥法简介第16章特殊结构定义：特殊结构是指穹顶直墙结构、洞门、岔洞、竖井和斜井。它们也是地下建筑结构的重要结构形式。目前对特殊结构的设计主要采用工程类比法。1.概述隧道洞口范围3.洞门3.洞门计算原理：采用挡墙式洞门时，洞门墙可视作挡土墙，按极限状态验算其强度，并应验算绕墙趾倾覆及沿基底滑动的稳定性。验算时应符合（公路路基设计规范》、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》、《公路桥涵地基与基础设计规范》的有关规定。