2023年地下建筑结构重点.doc

地下建筑结构重点 　 地下建筑结构复习〔地下空间2班〕一1、地下建筑：修建在土层和岩层中的各种工程建筑物地下建筑结构：指埋置于地层内部的结构，包括衬砌结构和内部结构根据所处周围介质不同，地下建筑结构可分为三大类：a岩层地下建筑结构〔岩石地下建筑结构〕：它是指修建在岩层〔岩石〕中的地下建筑结构物。b 土层地下建筑结构：它是指修建在土层中的地下建筑结构物。c 水下地下建筑结构：它是指修建在水底下的结构物。2、衬砌：修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中开挖空间〔洞室〕，然后沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌〔与岩、土层直接接触的结构〕 作用：承重和围护作用3、地下建筑结构的横断面形状矩形结构：适用于工业、民用、交通等建筑物。但直线构件不利于材料抗弯，故在地质条件较好、跨度较小或埋深较浅时常被采用。圆形结构：当受到均匀径向压力时，截面内弯矩为零，这就能充分发挥混凝土结构拉压强度高的特性，故在淤泥质土层等类似承受静水压力的地质条件下应优先采用。直墙拱形结构：当顶压较大时采用直墙拱形结构受力较为合理。曲墙拱形结构：当顶压和侧压都较大时宜采用曲墙拱形结构。4、地下建筑结构分类① 浅埋式结构②隧道式结构③ 沉井〔沉箱〕结构④盾构法管片结构⑤地下连续墙结构 ⑥顶管结构⑦锚喷支护结构⑧矿山井壁结构⑨沉管结构5、地下建筑结构设计P5二1、荷载种类： 永久荷载，又称静载：是指长期作用在结构上且大小、方向和作用点不变的荷载。可变荷载，又称活载：是指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能随时间变化。偶然荷载又称动载：是指在结构物施工和使用期间不一定会出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。最不利的荷载组合一般有以下几种情况：①静载② 静载+活载③静载+动载〔原子爆炸动载、炮〔炸〕弹动载〕2、荷载确定方法：使用标准，设计标准3、土压力计算土压力通常是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力。 　 土压力分类：①静止土压力：挡土墙在压力作用下不发生任何变形和位移，墙后填土处于弹性平衡状态时，作用在挡土墙背的土压力②主动土压：力在土压力作用下，挡土墙离开土体向前位移至一定数值，墙后土体到达主动极限平衡状态时，作用在墙背的土压力③被动土压力：在外力作用下，挡土墙推挤土体向后位移至一定数值，墙后土体到达被动极限平衡状态时，作用在墙上的土压力4、经典土压力理论：库伦土压力理论，朗肯土压力理论朗肯土压力根本理论：1.挡土墙背垂直、光滑2.填土外表水平3.墙体为刚性体库仑土压力根本假定：1.墙后的填土是理想散粒体2.滑动破坏面为通过墙踵的平面3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形朗肯与库仑土压力理论存在的主要问题朗肯土压力理论基于土单元体的应力极限平衡条件建立的，采用墙背竖直、光滑、填土外表水平的假定，与实际情况存在误差，主动土压力偏大，被动土压力偏小库仑土压力理论基于滑动块体的静力平衡条件建立的，采用破坏面为平面的假定，与实际情况存在一定差距〔尤其是当墙背与填土间摩擦角较大时〕5、围岩压力计算 1〕围岩压力的概念：指位于地下结构周围变形或破坏的岩层，作用在衬砌结构或支撑结构上的压力。 　 2〕围岩压力的分类：围岩垂直压力，围岩水平压力，围岩底部压力 3〕围岩压力的影响因素：岩体的结构、强度、地下水的作用、洞室的尺寸与形状、支护的类型和刚度、施工方法、洞室的埋深和支护时间等。三1、弹性地基梁：指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。 　 2、计算模型分类:局部弹性地基模型温克尔对地基提出如下假设：地基外表任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。半无限体弹性地基模型把地基看作一个均质、连续、弹性的半无限体〔所谓半无限体是指占据整个空间下半部的物体，即上外表是一个平面，并向四周和向下方无限延伸的物体〕。3、根本假设:①局部弹性地基模型假设;②地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基外表始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；③地基反力处处与接触面相垂直；4、弹性地基梁的分类短梁〔1<λ<2.75〕、长梁〔无限长梁和半无限长梁〕(λ≥2.75)、刚性梁(λ≤1)四、我国地下结构计算可分为以下四种设计模型：荷载—— 结构模型：采用结构力学方法计算衬砌内力，并据以进行构件截面设计。其中衬砌结构承受的荷载主要是开挖洞室后由松动岩土的自重产生的地层压力。地层—— 结构模型：地层结构模型的计算理论即为地层结构法，其原理是将衬砌和地层视为整体，在满足变形协调条件的前提下分别计算衬砌与地层的内力，并据以验算地层稳定性和进行构件截面设计。工程类比模型：工程类比模型那么是完全依靠经验设计地下结构的设计模型。收敛约束模型：收敛约束模型的计算理论也是地层结构法，其设计方法常称为收敛约束法，或称特征线法。六、埋设在土层中的建筑物，按其埋置深、浅可划分为深埋式结构和浅埋式结构。 　1、浅埋式结构——是指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件(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。2、决定深〔浅〕埋式结构的因素：建筑物的使用要求、环境条件、地质条件、防护等级以及施工能力等。3、浅埋式结构形式：直墙拱形结构、矩形框架结构、梁板式结构，或者是上述形式的组合。4、浅埋式直墙拱形结构 1〕墙体材料：砖或块石砌筑 2〕拱体：砖砌拱、预制钢筋混凝土拱、现浇钢筋混凝土拱3〕拱顶形状：半圆拱、割圆拱、抛物线拱5、矩形闭合框架 优点：空间利用率高、挖掘断面经济、易于施工 缺点：顶底板均为水平构件，承受的弯矩较拱形结构大，故一般做成钢筋砼结构。6、矩形闭合框架结构的计算结构计算的内容1〕.荷载计算①静载荷载 ②动载③特殊荷载以及地震等偶然荷载序号荷载类型类别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〔一〕顶板荷载：覆土压力、水压力、顶板自重、路面荷载、特载〔二〕底板的荷载〔三) 侧墙荷载：水平向土压力，水压力和特载2〕.内力计算3〕.截面设计7、变形缝分类：①防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构的破坏所设置的缝，称为伸缩缝 ②防止由于不同的结构类型或结构相邻局部具有不同的荷载或不同地基承载力而引起结构不均匀沉降所设置的缝，称为沉降缝 构造方式：嵌缝式、贴附式、埋入式七、附建式结构—— 修筑于稳固的建筑物下的地下室1、结构优越性〔1〕节省建设用地，这对大城市区尤为重要；〔2〕便于平战结合；〔3〕人员和设备容易在战时迅速转入地下；〔4〕增强上层建筑的抗地震能力，在地震时防空地下室可作为避震室；〔5〕上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮〔炸〕弹有一定的防护作用且防空地下室的造价比单建式的要低；〔6〕便于施工管理，采用新技术，保证工程质量，同时也便于维护2、口部结构：室内出入口〔一〕阶梯式，设在楼梯间附近的阶梯式出入口，以平时使用为主，在战时〔或地震时〕倒塌堵塞的可能性很大。〔二〕竖井式，竖井是钢筋混凝土方筒结构，壁厚度20㎝，配筋直径14mm、间距200mm。竖井顶端在底层地面建筑顶板之下。为防止互相干扰，竖井应与其它结构完全别离。室外出入口〔一〕阶梯式，设于室外阶梯式出入口的伪装遮雨棚，应采用轻型结构，不宜修建高出地面的口部其它建筑物。由于室外出入口比室内出入口所受荷载更大一些，室外阶梯式出入口的临空墙，一般采用钢筋混凝土结构。〔二〕竖井式，尽量布置在地面建筑物的倒塌范围以外。竖井计算时，只考虑由土中压缩波产生的法向均布荷载，不考虑其内部压力的作用。八、1沉井或沉箱：不同断面形状〔如圆形、矩形、多边形等〕的井筒或箱体，按边排土边下沉的方式使其沉入地下的结构。 　 用途：沉井(沉箱)常用于桥梁墩台根底、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。 　 2、沉井(沉箱)结构的特点：(1)躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用；(2)施工场地占地面积较小，可靠性良好；(3)适用土质范围广(淤泥土、砂土、黏土、砂砾等土层均可施工)；(4)施工深度大；(5)施工时周围土体变形较小，因此对邻近建筑(构筑)物的影响小，适合近接施工，尤其是压气沉箱施工法对周围地层沉降造成的影响极小；(6)具有良好的抗震性能。3、沉井的构造：沉井一般由以下各局部组成(图8-4)：井壁(侧壁)；刃脚；内隔墙；封底和顶盖板，底梁和框架。4、沉井下沉系数与什么有关P176九1、地下连续墙：利用各种挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。 　2、施工顺序：挖导沟 → 筑导墙 → 分段挖土成槽 → 吸泥清底换浆 → 吊放接头管→ 吊放钢筋笼 → 插入砼导管 → 浇筑砼 3、地下连续墙优缺点优点：①施工时，没有噪音、无振动、不必放坡、省去支模、井点排水 ②对相邻的工程结构和地下设施影响极微； ③对地面交通影响较小； ④ 适用于多种地质情况； ⑤单体造价有时可能高些，但在密集建筑群的城市中采用该法，可减少对附近建筑物的加固费用。这样，其总造价可能反而降低； ⑥具有多功能，适用多种用途缺点：①弃土及废泥浆的处理问题 ②地质条件和施工适应性问题 ③槽壁坍塌问题 ④现浇筑的地下连续墙的墙面通常比拟粗糙 ⑤经济性问题4、地下连续墙适用场合既可用作临时性措施也可用作永久性结构，故适用场合较广泛。(一〕处于软弱地基的深大基坑，周围又有密集的建筑群或重要的地下管线，对基坑工程周围地面沉降和位移值有严格限制的地下工程。〔二〕既作为土方开挖时的临时围护结构，又可用作主体结构一局部的地下工程。〔三〕地下连续墙同时作为挡土结构、地下室外墙、地面高层房屋根底的工程。5、槽幅：地下连续墙一次开挖成槽的槽壁长度 导墙：地下连续墙开槽施工前，沿着连续墙轴线方向全长周边设置的导向槽6、接头的分类P228十、1 盾构法—是在盾构保护下修筑软土隧道的一种施工方法。它是在地层掘进、出土运输、衬砌拼装、接缝防水和盾尾间隙注浆充填等主要作业都在盾构保护下进行。 　 2、优点是：机械化程度高，施工速度快。地面作业少，隐蔽性好，因噪音、振动引起的环境影响小。缺点是：施工设备费用较高，埋深浅时，地面沉降难以控制。 　 3、适用：适用于覆土深的隧道，穿越河底、海底、建筑物和地下管线密集区域，不影响上面。 　 4、盾构法隧道的设计 1)隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋深以及断面形状和尺寸 2〕衬砌结构和构造设计，包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片空洞、螺孔等 3〕管片内力计算和断面设计 5、管片的拼装形式：通缝：所有衬砌环的纵缝环环对齐错缝：所有衬砌环的纵缝相邻环缝相错开，犹如地面的砌砖墙结构一样管片结构错缝采用较普遍。优点在于能加强圆环接缝刚度，约束接缝变形，防水较易。只有在一些特定场合下如需要撤除管片修建旁通道时，采用通缝型式。 　 6、荷载确定：1) 圆环自重2) 竖向地层压力3). 地面超载4). 水平地层压力5). 水压力6). 地基反力P244十一、沉管法亦曾称作预制管段沉放法，先在隧址以外的预制场制作隧道管段，两端用临时封墙密封，制成以后用拖轮拖运到隧址指定位置上。预先在设计位置处，挖好水底沟槽。待管段定位就绪后，往管段中注水加载，使之下沉，然后将沉设完毕的管段在水下连接起来，覆土回填，完成隧道，此之谓“沉管隧道〞。沉管结构类型：钢壳沉管，钢筋混凝土沉管十三、1、顶管结构：一种采用顶管机械分段顶进施工的预制管道结构 2顶管法：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到达目的地。 　 3用