地下建筑結(jié)構(gòu)基本知識(shí)

地下建筑結(jié)構(gòu)基本知識(shí)地下建筑結(jié)構(gòu)基本知識(shí) 1 1 地下建筑的類(lèi)型地下建筑的類(lèi)型 1 按使用功能分類(lèi) 1 工業(yè)建筑 2 民用建筑 3 交通建筑 4 水工建筑 5 礦山建筑 6 軍 事建筑 7 公用和服務(wù)性建筑 2 按所處的地質(zhì)條件和建造方式分類(lèi) 1 巖石中的地下建筑 2 土層中的地下建筑 3 按習(xí)慣稱(chēng)謂分類(lèi) 單建式地下建筑 附建式地下建筑 4 按埋置深度分類(lèi) 1 當(dāng) h b a 時(shí)為深埋地下建筑 2 當(dāng) h b a 時(shí)為淺埋地下建筑 1 2 地下建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)地下建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 1 自然防護(hù)力強(qiáng) 2 受外界條件影響小 3 受地質(zhì)條件影響大 4 需經(jīng)通風(fēng) 防排水 防潮 防噪聲和照明等處理 5 施工條件特殊 1 3 地下結(jié)構(gòu)可分為以下地下結(jié)構(gòu)可分為以下 8 類(lèi) 類(lèi) 1 拱形結(jié)構(gòu) 這類(lèi)結(jié)構(gòu)的頂部橫剖面均屬拱形 主要有 1 半襯砌 2 厚拱薄墻襯砌 3 直墻拱頂襯砌 4 曲墻拱頂襯砌 5 離壁式襯砌 6 裝配式襯砌 7 復(fù)合式襯砌 2 梁板式結(jié)構(gòu) 3 框架結(jié)構(gòu) 4 圓管形結(jié)構(gòu) 5 地下空間結(jié)構(gòu) 6 錨噴支護(hù) 7 地下連續(xù)墻結(jié) 構(gòu) 8 開(kāi)敞式結(jié)構(gòu) 1 4 地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算原則地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及計(jì)算原則 地下建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和出入口設(shè)計(jì) 1 橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 計(jì)算時(shí)通常沿縱向截取 1m 的長(zhǎng)度作為計(jì)算單元 即把一個(gè)空間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成單位延 米的平面結(jié)構(gòu)按平面應(yīng)變進(jìn)行分析 橫向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分荷載確定 計(jì)算簡(jiǎn)圖 內(nèi)力分析 截面設(shè)計(jì)和施工圖繪制等幾個(gè)步驟 2 縱向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 特別是在軟土地基和通過(guò)不良地質(zhì)地段情況下 如跨活斷層或地裂縫時(shí) 更需要進(jìn)行 縱向結(jié)構(gòu)計(jì)算 以檢算結(jié)構(gòu)的縱向內(nèi)力和沉降 確定沉降縫的設(shè)置位置 3 出入口設(shè)計(jì) 從使用上講 無(wú)論是平時(shí)或戰(zhàn)時(shí) 地下建筑得出入口都是很關(guān)鍵的部位 設(shè)計(jì)時(shí)必須 給予充分重視 應(yīng)做到出入口與主體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度相匹配 地下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算應(yīng)遵循的原則 1 遵守設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程 2 確定合理的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 5 1 防空地下室與普通地下室的區(qū)別在于 防空地下室具有規(guī)定的設(shè)防等級(jí) 防空地下室具有規(guī)定的設(shè)防等級(jí) 能夠保障隱能夠保障隱 蔽人員的安全蔽人員的安全 而普通地下室在戰(zhàn)時(shí)必須經(jīng)過(guò)改造轉(zhuǎn)換才能達(dá)到相應(yīng)的防護(hù)能力 5 2 對(duì)附建式地下結(jié)構(gòu)的要求 對(duì)附建式地下結(jié)構(gòu)的要求 根據(jù)核爆炸的殺傷因素 沖擊波 光輻射 早期核輻射 放射性沾染 化學(xué)武器與 生物武器的殺傷作用確定 其中對(duì)承重結(jié)構(gòu)有決定意義的是核爆炸因素核爆炸因素 例如沖擊波 的 破壞作用 因此考慮人防要求的結(jié)構(gòu) 不同于普通的工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)的一個(gè)特點(diǎn) 就是允許允許 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的塑性變形 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一定的塑性變形 根據(jù)動(dòng)載設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是有足夠的剛度和整體性的 它在靜載作 用下不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的變形 因此附建式地下結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形的驗(yàn)算不必進(jìn)行結(jié)構(gòu)變形的驗(yàn)算 防空地下室的 頂板一般都采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 可以按彈塑性階段進(jìn)行設(shè)計(jì)按彈塑性階段進(jìn)行設(shè)計(jì) 在控制延性比延性比的條件下 不再進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫開(kāi)展的計(jì)算不再進(jìn)行結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫開(kāi)展的計(jì)算 對(duì)要求高的平戰(zhàn)結(jié)合工程可另做處理 也不必單獨(dú)驗(yàn)也不必單獨(dú)驗(yàn) 算地基變形算地基變形 5 3 防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 目的 目的 使工程結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)規(guī)定的防護(hù)等級(jí) 在相應(yīng)戰(zhàn)略技術(shù)要求下抵御武器 的損毀效應(yīng) 給掩蔽人員提供安全的掩蔽空間 分析內(nèi)容 分析內(nèi)容 強(qiáng)度分析 抗傾覆分析 抗震分析 抗核電磁脈沖分析 抗核輻射的防護(hù) 效能分析等內(nèi)容 強(qiáng)度分析強(qiáng)度分析和抗傾覆分析抗傾覆分析是最重要的 5 4 作用在人防地下室結(jié)構(gòu)上的荷載 應(yīng)包括核爆炸動(dòng)荷載 上部建筑物自重 土壓力 水 壓力 防空地下室自重和內(nèi)部永久設(shè)備重等 5 5 口部設(shè)計(jì)口部設(shè)計(jì) 人防地下室的每一個(gè)防護(hù)單元應(yīng)不少于兩個(gè)出入口 人防地下室的每一個(gè)防護(hù)單元應(yīng)不少于兩個(gè)出入口 其戰(zhàn)時(shí)的主要出入口應(yīng)設(shè)置在室 外 且不宜采用豎井方式 兩個(gè)出入口應(yīng)設(shè)在不同方向 并保持一定距離 6 1 盾構(gòu)盾構(gòu)是指用鋼板制成的 能支承地層荷載而又能在地層中推進(jìn)的圓形 矩形 馬蹄形等 特殊形狀的筒形結(jié)構(gòu)物 使用盾構(gòu)修筑隧道的方法稱(chēng)為盾構(gòu)施工法 簡(jiǎn)稱(chēng)盾構(gòu)法盾構(gòu)法 用盾構(gòu) 法修建的隧道稱(chēng)為盾構(gòu)隧道盾構(gòu)隧道 1 設(shè)計(jì)原則 確保襯砌必須具有與其使用目的相適應(yīng)的安全性與其使用目的相適應(yīng)的安全性是設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原則 其次還需滿足 經(jīng)濟(jì)合理的原則 當(dāng)存在有一些不十分明了的問(wèn)題時(shí) 原則上應(yīng)確保結(jié)構(gòu)的安全性 襯砌 設(shè)計(jì)計(jì)算不僅應(yīng)保證在竣工后 而且應(yīng)保證在施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的安全性 首先 隧道襯砌必須根據(jù)工程需要滿足其強(qiáng)度和剛度要求 能承受隧道所經(jīng)過(guò)地段的土 層壓力 水壓力及一些特殊荷載 其次 驗(yàn)算是否能滿足所提出的安全質(zhì)量指標(biāo)要求 如裂縫開(kāi)展寬度 接縫變形和直徑 變形的允許量 隧道抗?jié)B防漏指標(biāo) 結(jié)構(gòu)安全度 襯砌內(nèi)表面平整度要求等 2 內(nèi)力計(jì)算方法 計(jì)算內(nèi)力時(shí) 對(duì)管片襯砌環(huán)的處理方法有 把管片襯砌環(huán)視為抗彎剛度相同的圓環(huán) 把管片襯砌環(huán)視為多鉸體系 把管片襯砌環(huán)視為具有能抵抗彎矩的旋轉(zhuǎn)彈簧的環(huán)形結(jié) 構(gòu) 3 考慮土層產(chǎn)生側(cè)向彈性抗力的勻質(zhì)圓環(huán)計(jì)算 當(dāng)外荷載作用在隧道襯砌上 一部分襯砌向地層方向變形 使地層產(chǎn)生彈性抗力 彈 性抗力的分布規(guī)律很難確定 目前常采用假定彈性抗力分布規(guī)律法 如日本的三角形分布 原蘇聯(lián) O E 布加耶娃的月牙形分布 以及二次 三次拋物線分布等方法 6 2 頂管管道的設(shè)計(jì)與計(jì)算頂管管道的設(shè)計(jì)與計(jì)算 頂管工程設(shè)計(jì)主要應(yīng)解決好工作井 坑 設(shè)置 頂管頂力估算以及承壓壁后靠結(jié)構(gòu)及土體的 穩(wěn)定問(wèn)題 1 頂管工作井設(shè)置 2 頂管頂力估算 3 頂管承壓壁后土體的穩(wěn)定驗(yàn)算 1 沉井支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn)定驗(yàn)算 2 鋼板樁支護(hù)工作井承壓壁后靠土體的穩(wěn) 定驗(yàn)算 4 頂進(jìn)管道的荷載與規(guī)格設(shè)計(jì) 7 1 沉井沉井通常是用鋼筋混凝土材料制成的井筒狀結(jié)構(gòu)物 施工時(shí)先在場(chǎng)地上整平地面 鋪設(shè) 砂墊層 設(shè)置承墊木 再制作第一節(jié)沉井 繼后在井筒內(nèi)挖土 或水力吸泥 邊挖邊排邊 下沉 當(dāng)下沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高 隨即素混凝土封底 最后澆筑鋼筋混凝土底板 構(gòu)成地下結(jié)構(gòu) 物 或在井筒內(nèi)用素混凝土或砂礫石填充 構(gòu)成深基礎(chǔ) 7 2 沉井設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 沉井設(shè)計(jì)計(jì)算的基本內(nèi)容是 確定井筒的尺寸 平面尺寸 高度 和構(gòu)件 用材的尺寸 型號(hào) 設(shè)計(jì)結(jié)果必須符合下列要求 1 必須符合力學(xué)穩(wěn)定性的要求 2 所有構(gòu)件的應(yīng)力均應(yīng)小于允許值 3 全部設(shè)計(jì)計(jì) 算的結(jié)果必須符合穩(wěn)定計(jì)算 構(gòu)件設(shè)計(jì)要求 4 沉井既是深基礎(chǔ)的一種類(lèi)型 又是基礎(chǔ) 的一種特殊施工方法 因此 在沉井設(shè)計(jì)時(shí)必須分別考慮在不同施工階段和使用階段的各 種受力特性 7 3 沉井的設(shè)計(jì) 1 沉井尺寸確定 2 確定下沉系數(shù) 下沉穩(wěn)定系數(shù)和抗浮安全系數(shù) k1 下沉系數(shù) 一般為 1 05 1 25 對(duì)位于淤泥質(zhì)土層中的沉井宜取小值 位于其它土 層的沉井可取較大值 K1 下沉穩(wěn)定系數(shù) 一般取 0 8 0 9 K2 抗浮安全系數(shù) 一般取 1 05 1 1 在不計(jì)井壁摩阻力時(shí) 可取 1 05 井壁摩阻力的分布形式可有多種假定 通常假定在 5m 深度范圍內(nèi)按三角形分布 5m 以下為常數(shù) 3 刃腳計(jì)算 沉井的刃腳一般可按下列兩種受力情況 圖 7 4 取單位長(zhǎng)度作懸臂梁計(jì)算 并據(jù)此進(jìn) 行刃腳內(nèi)側(cè)和外側(cè)的豎向鋼筋和水平鋼筋的配筋計(jì)算 4 沉井井壁豎向應(yīng)力計(jì)算 沉井抽承墊木時(shí)計(jì)算 1 矩形沉井 1 當(dāng)不排水下沉?xí)r 分別按兩種情況計(jì)算 支承于兩短邊上 將井壁長(zhǎng)邊作為簡(jiǎn)支梁 計(jì)算其彎矩與剪力 圖 7 5a 及支承于長(zhǎng)邊的中點(diǎn) 將井壁作為懸臂梁計(jì)算其彎矩與剪力 圖 7 5b 5 沉井井壁豎向拉力計(jì)算 井壁豎直鋼筋驗(yàn)算 沉井偏斜后 使井壁受到豎向拉力 由于明確的分析較為困難 因此在設(shè)計(jì)時(shí)一般假 定沉井下沉接近設(shè)計(jì)標(biāo)高 上部有可能被四周土體嵌固 而刃腳下的土已被挖除 井壁阻 力呈倒三角形分布 此時(shí)最危險(xiǎn)的截面在沉井入土深度的一半處 6 沉井井壁水平應(yīng)力計(jì)算 井壁水平鋼筋計(jì)算 對(duì)橫隔墻受力分析時(shí) 視隔墻與井壁的相對(duì)抗彎剛度大小 其節(jié)點(diǎn)可作為鉸接考慮 當(dāng)隔墻剛度與井壁相差不多時(shí) 可按隔墻與井壁聯(lián)成固結(jié)的空腹框架分析 對(duì)作用于圓形沉井井壁任一標(biāo)高上的水平側(cè)壓力 在理論上圓環(huán)應(yīng)當(dāng)只承受軸向壓力 而井壁內(nèi)彎矩等于零 但實(shí)際上井壁外側(cè)土壓力是不均勻分布的 為簡(jiǎn)化計(jì)算 假定井圈 上互成 90 的兩點(diǎn)處 土的內(nèi)摩擦角中的差值為 5 10 如圖 7 8 所示 7 封底混凝土的厚度計(jì)算 如果排水下沉的沉井 其基底處于不透水的粘土層中 或雖有涌水和翻砂但數(shù)量不大 時(shí) 應(yīng)力爭(zhēng)采用干封底 以保證封底混凝土的質(zhì)量 并減小封底混凝土的厚度 根據(jù)以往 經(jīng)驗(yàn)一般可取 0 6 1 2m 8 1 隧道襯砌結(jié)構(gòu)類(lèi)型隧道襯砌結(jié)構(gòu)類(lèi)型 1 整體式混凝土襯砌 整體式混凝土襯砌 是指就地灌注混凝土襯砌 也稱(chēng)模筑混凝土襯砌 2 裝配式襯砌 裝配式襯砌 是指在工廠或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先制備成若干構(gòu)件 運(yùn)入坑道內(nèi) 用機(jī)械將其拼裝成 一環(huán)接一環(huán)的襯砌 3 錨噴襯砌 錨噴襯砌 錨噴襯砌是指以錨噴支護(hù)作永久襯砌的通稱(chēng) 4 復(fù)合式襯砌 復(fù)合式襯砌 復(fù)合式襯砌是指外層用錨噴作初期支護(hù) 內(nèi)層用模筑混凝土或噴射混凝土 作二次襯砌的永久結(jié)構(gòu) 5 連拱襯砌連拱襯砌 連拱隧道是洞室襯砌結(jié)構(gòu)相連的一種特殊雙洞結(jié)構(gòu)形式 兩隧道之間的巖體 用混凝土替代 中間的連接部分通常稱(chēng)為中墻 8 2 隧道基本尺寸與限界隧道基本尺寸與限界 隧道基本尺寸包括隧道襯砌內(nèi)輪廓線 隧道襯砌外輪廓線 隧道限界包括建筑限界和行車(chē)限界 建筑限界建筑限界 是指建筑物不得侵入的一種限界 隧道行車(chē)限界隧道行車(chē)限界 是指為了保證道路隧道中行車(chē)安全 在一定寬度 高度的空間范圍內(nèi)任何 物件不得侵入的限界 8 3 隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型 按支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖相互作用考慮方式的不同 隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的力學(xué)模型主要有兩類(lèi) 一類(lèi)是以支護(hù)結(jié)構(gòu)作為承載主體的荷載 結(jié)構(gòu)模型 第二類(lèi)是考慮圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作 用的圍巖 支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用模型 圍巖 支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用模型主要適用于由于圍巖變形而引起的壓力 壓力值必須通過(guò) 支護(hù)結(jié)構(gòu)與圍巖共同作用而求得 這是反映現(xiàn)代支護(hù)設(shè)計(jì)理念的計(jì)算方法 1 荷載荷載 結(jié)構(gòu)模型的三種基本形式結(jié)構(gòu)模型的三種基本形式 按照對(duì)于荷載處理方法的不同 荷載 結(jié)構(gòu)模型大致有以下三種 1 主動(dòng)荷載模型 2 主動(dòng)荷載加圍巖彈性約束的模型 3 實(shí)地量測(cè)荷載模式 2 作用在隧道襯砌上的荷載作用在隧道襯砌上的荷載 作用在隧道襯砌上的荷載按其性質(zhì)可分為主動(dòng)荷載和被動(dòng)荷載 主動(dòng)荷載包括圍巖壓力 支護(hù)結(jié)構(gòu)自重 回填土荷載 地下靜水壓力及車(chē)輛荷載 也包 括一些偶然的 非經(jīng)常作用的荷載 如溫差壓力 灌漿壓力 凍脹壓力 混凝土收縮壓力 以及地震作用等 8 5 隧道洞門(mén)的類(lèi)型 隧道洞門(mén)的類(lèi)型 1 環(huán)框式洞門(mén) 2 端墻式洞門(mén) 3 翼墻式洞門(mén) 4 柱式洞門(mén) 5 臺(tái)階式洞門(mén) 6 斜交洞門(mén) 2 洞門(mén)計(jì)算部位的選取及計(jì)算要點(diǎn)洞門(mén)計(jì)算部位的選取及計(jì)算要點(diǎn) 作用在隧道洞門(mén)上的力主要是土石壓力 因此可將洞門(mén)視作擋土墻 按擋土墻的計(jì)算方 法進(jìn)行分析計(jì)算 3 洞門(mén)計(jì)算內(nèi)容 洞門(mén)計(jì)算內(nèi)容 洞門(mén)具體計(jì)算內(nèi)容包括 墻身偏心及強(qiáng)度 墻體的抗傾覆穩(wěn)定性 沿基底抗滑動(dòng)穩(wěn)定 性以及基底應(yīng)力檢算 此外 對(duì)于高洞門(mén)墻 包括洞口路塹高擋土墻 為避免拉應(yīng)力過(guò)大 設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)驗(yàn)算截面拉應(yīng)力 12 1 礦山法礦山法 也稱(chēng)鉆爆法 是指主要用鉆孔爆破方法開(kāi)挖斷面而修筑隧道及地下工程的施工方法 礦山法的基本工序 鉆孔 裝藥 爆破 出渣 支護(hù) 襯砌 12 2 淺埋暗挖法淺埋暗挖法 適用于不宜明挖施工的 含水量較小的各種地層 尤其在城區(qū)地面建筑密集 交通 運(yùn)輸繁忙 地下管線密布 且對(duì)地面沉陷要求嚴(yán)格的情況下 修建埋置較淺