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1、6 浅埋式结构,同济大学地下建筑与工程系,6.1 概述,浅埋式结构 是指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件 (H土(22.5)h1，h1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。 采用深或浅埋式的因素包括：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。 常采用明挖法施工，比较经济。但在地面环境条件要求苛刻的地段，也可采用管幕法、箱涵顶进法等暗挖法施工。 结构形式：直墙拱、矩形框架和梁板式结构，或者是上述型式的组合。,6.1.1 直墙拱,在小型地下通道以及早期的人防工程中比较普遍，一般多用在跨度1.54m左右的结构中。 墙体：砖或块石砌筑，拱体部分视其跨度大小
2、，采用砖砌拱、预制钢筋混凝土拱或现浇钢筋混凝土拱。 拱型结构主要承受轴向压力，其中弯矩和剪力都较小。 拱顶部分按照其轴线形状又可分为：半圆拱、割圆拱、抛物线拱等多种形式。,6.1.2 矩形闭合框架,具有空间利用率高，挖掘断面经济，且易于施工的优点。 特别是车行立交地道、地铁通道、车站等最为适用。 单跨、双跨或多跨；有时在车站部分还需做成多层多跨的型式。,(一)单跨矩形闭合框架 当跨度较小时（一般小于6m），可采用单跨矩形闭合框架。,(二)双跨和多跨的矩形闭合框架,当结构的跨度较大，或由于使用和工艺的要求，结构可设计成单跨或多跨。为了改善通风条件和节约材料，中间隔墙还可开设孔洞，不但可改善通风，
3、节约材料，而且也使结构轻巧、美观。 中间隔墙还可用梁、柱代替。孔洞开设较大时，隔墙的作用即变成梁、柱的传力体系。,(三)多层多跨的矩形闭合框架,地下厂房(例如地下热电站)由于工艺要求必须做成多层多跨的结构。 地铁车站部分，为了达到换乘的目的，局部也做成双层多跨的结构。,6.2.3 梁板式结构,顶、底板做成现浇钢筋混凝土梁板式结构，而围墙和隔墙则为砖墙； 在地下水位较高或防护等级要求较高的工程中，一般除内部隔墙外，均做成箱形闭合框架钢筋混凝土结构。,对于一些大跨度的建筑物，如地下礼堂、地下仓库等还可以采用壳体结构或折板结构。,6.2 矩形闭合框架的计算,荷载计算，内力计算，截面验算。,6.2.1
4、 荷载计算,地下结构所受的荷载，可分为静载、活载、特载以及地震等偶然荷载三类。 静载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； 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，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； 特载则指常规武器(炮、炸弹)作用或核武器爆炸形成的荷载。处于地震区的地下结构，还受到地震荷载的作用（均为偶然荷载）。关于特载的大小是按照不同的防护等级采用的，它在人防工程的有关规范中有明确的规定。,图 6-9,荷载列表,(一)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、水压力、顶板自重、路面活荷载以及特载。 1覆
5、土压力（浮容重） 2水压力 3顶板自重 4. 顶板所受的特载 5地面超载,(二)底板上的荷载,作用于底板上的荷载可按下式计算,(三)侧墙上的荷载,土层侧向压力 侧向水压力 砂土1.0，粘土0.7。 作用于侧墙上的荷载为 由于温度变化、沉陷不匀、材料收缩、地震荷载等因素也会使结构产生内力，在构造上采取适当措施，加配一些构造钢筋，设置伸缩缝和沉降缝等。,6.2.2 内力计算,(一)计算简图 当不考虑结构纵向不均匀变形时，结构可看作平面应变问题。计算时可沿纵向截取单位长度 (例如一米长)的截条当做闭合框架来计算。,（二）截面选择,在进行内力计算之前，先根据以往的经验(参照已有的类似的结构)或近似计算
6、方法假定各个杆件的截面尺寸，经内力计算后，再来验算所设截面是否合适。否则，重复上述过程，直至所设截面合适为止。,（三）计算方法,当不考虑线位移影响时，可按力矩分配法进行手算。 而静荷载作用下地层中的闭合框架一般按弹性地基上的框架进行计算，弹性地基可按文克尔地基考虑，也可将地基视作弹性半无限平面。,图6-12,弹性地基上闭合框架的计算方法,力法计算内力典型方程,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方向的位移。,有限元方法,
7、(四)设计弯矩、剪力及轴力的计算,1设计弯矩 2设计剪力,图 6-16,3设计轴力 由特载引起的设计轴力按下式计算： x为折减系数；对于顶板取0.3，对于底板和侧墙取0.6。,6.2.3 抗浮验算,施工期抗浮 分阶段计算，考虑底板自重等，不计设备、覆土、上部结构自重。 措施 降水、导滤层、外挑、覆土、抗拔桩等,6.3 截面设计,地下矩形闭合框架结构的构件(顶板、侧墙、底板)均按偏心受压构件进行截面验算。 截面选择和强度计算，除特殊要求外，一般以混凝土规范(GB50010-2002)为准。 在设有支托的框架结构中，进行构件截面验算时，杆件两端的截面计算高度采用 h+S/3 h1,图 6-17,6
8、.4 构造要求,6.4.1 配筋型式 一般在角部设置支托，并配支托钢筋。当荷载较大时，需验算抗剪强度，并配置钢箍和弯起筋 对于考虑动载作用的地下结构物，为提高构件的抗冲击动力性能，构件断面上宜配置双筋。,6.4.2 混凝土保护层,外侧与土、水相接触，内侧相对湿度较高。耐久性。如50mm,混凝土保护层最小厚度 表6-1,6.4.3 横向受力钢筋,受弯构件及大偏心受压构件受拉主筋的配筋率，一般应不大于1.2，最大不得超过1.5。 配置受力钢筋要求细而密，间距70200mm。为便于施工，同一结构中选用的钢筋直径和型号不宜过多。通常，受力钢筋直径d32mm，对于以受弯为主的构件d1014mm；对于以受
9、压为主的构件d1216mm。 钢筋的最小配筋百分率(%),6.4.4 分布钢筋,由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀的沉陷等因素的作用，必须配置一定数量的构造钢筋。 纵向分布钢筋的截面面积，一般应不小于受力钢筋截面积的l0，同时，纵向分布钢筋的配筋率：对顶、底板不宜小于0.15；对侧墙不宜小于0.20。 纵向分布钢筋应沿框架周边各构件的内、外两侧布置，其间距可采用100300。 框架角部分布钢筋应适当加强(如加粗或加密)，其直径不小于1214,6.4.5 箍筋,地下结构断面厚度较大，一般可不配置箍筋。 框架结构的箍筋间距在绑扎骨架中不应大于15d，在焊接骨架中不应大于20d(d为受力钢筋中的
10、最小直径)，同时不应大于400mm。 在受力钢筋非焊接接头长度内，搭接钢筋为受拉筋时，箍筋间距不应大于5d，为受压筋时，箍筋间距不应大于10d。 框架结构的箍筋一般采用_形直钩槽形箍筋，这种钢筋多用于顶、底板，其弯钩必须配置在断面受压一侧。形箍筋多用于侧墙。,箍筋的最大间距（mm）,6.4.6 刚性节点构造,斜托垂直/水平长度之比1：3为宜，大小视框架跨度而定。 框架节点处钢筋的布置 （一）沿节点内侧应沿斜托另配直线钢筋。 （二）框架转角外侧的钢筋弯曲半径R必须为l0d以上。 （三）为避免转角内侧受拉力时，内侧与外侧钢筋无联系，表面混凝土容易剥落，在角部最好配置足够数量的箍筋。,图 6-20,
11、图 6-22,6.4.7 变形缝的设置及构造,比萨斜塔,比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼，塔八层，高53.3m 。塔的砖石地基的直径为19.6m，最大深度5.5m。塔基向南倾斜，与地面成5.5第七层在南面突出4.5m 。 比萨斜塔基础底面倾斜值，经计算为0.093，即9.3,我国国家标准建筑地基基础设计规范GBJ 789中规定：高耸结构基础的倾斜，当建筑物高度Hg为：50mHg100m时，其允许值为0.005，即0.5。比萨斜塔基础实际倾斜值已等于我国国家标准允许值的18倍。,S,地基产生的不均匀沉降造成的建筑物倾斜,抚顺石油一厂办公楼 纠倾扶正前情况（倾斜77cm),6.4.7 变形缝的设置及构造
12、,为防止结构由于不均匀沉降、温度变化和混凝土收缩等引起破坏，沿结构纵向，每隔一定距离需设置变形缝。 变形缝的间距为30m左右。 变形缝分为两种： 一种是防止由于温度变化或混凝土收缩而引起结构破坏所设置的缝，称为伸缩缝， 另一种是防止由于不同的结构类型（或结构相邻部分具有不同荷载），或不同地基承载力而引起结构不均匀沉陷所设置的缝，称为沉降缝。,6.4.7 变形缝的设置及构造,变形缝为满足伸缩和沉降需要，缝宽一般为2030mm，缝中填充富有弹性的材料。 变形缝的构造方式主要分三类 :嵌缝式、贴附式、埋入式。,(一)嵌缝式,材料l可用沥青砂板、沥青板等。为了防止板与结构物间有缝隙，在结构内部槽中填以
13、沥青胶或环煤涂料(即环氧树脂和煤焦油涂料)等以减少渗水可能。也可在结构外部贴一层防水层。 嵌缝式的优点是造价低，施工易。但在有压水中防水效能不良，仅适于地下水较少地区，或防水要求不高工程中。,（二）贴附式,将厚度68mm的橡胶平板用钢板条及螺栓固定结构上。 亦称为可卸式变形缝。其优点是橡胶平板年久老化后可以拆换，缺点是不易使橡胶平板和钢板密贴。 可用于一般地下工程中。,图6-24,(三)埋入式,在浇灌混凝土时，把橡胶或塑料止水带埋入结构中。其优点是防水效果可靠，橡胶老化问题需待改进，在大型工程中普遍采用。 在有水压，而且表面温度高于50或受强氧化及油类等有机物质侵蚀的地方，可在中间埋设紫铜片，
14、但造价高。 当防水要求很高，承受较大的水压力时，可采用上述三种方法的组合，称为混合式，防水效果好，但施工程序多，造价高。,谢 谢,7 附建式地下结构,7.1 概述,附建式地下结构： 修建于较坚固的建筑物下面的地下室，“防空地下室”或“附建式人防工事”； 在已建成的掘开式工事上部修建地面建筑物；在已有的地面建筑内构筑掘开式工事，也可称为附建式工事； 与上部地面建筑同时设计、施工的地下室。,7.1.1 附建式地下结构的特点,为地面建筑物的一部分，可以结合基本建设进行构筑。 国家人防部门规定，在新建、改建大、中型工业交通项目和较大的民用建筑中，要按建筑面积比例同时构筑防空地下室，并在本地区人防规划和城市规划的统一安排下，将经费、材料纳入基本建设计划，按照国家基本建设程序和要求进行设计和施工。,优点与不足：,附建式地下结构不仅承受上部地面建筑传来的某些静荷载。 在战争中受到敌人袭击时，地面建筑遭到破坏，地下室结构将承受核爆炸冲击波的动荷载。,