安徽理工大學(xué)地下建筑結(jié)構(gòu)

1、地下建筑結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)資料第一章 緒論1. 地下建筑定義：修建在土層和巖層中的各種工程建筑物，統(tǒng)稱為地下建筑。分類：一類是修建在土層中的地下建筑結(jié)構(gòu)；另一類是修建在巖層中的地下建筑結(jié)構(gòu)2. 襯砌定義：修建地下建筑物時(shí)，首先按照使用要求在地層中開挖空間（洞室），然后沿洞室周邊修建永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)即襯砌（與巖、土層直接接觸的結(jié)構(gòu)），或稱為被覆。作用：襯砌結(jié)構(gòu)主要是起承重和圍護(hù)兩方面的作用。承重，就是承受巖土體壓力、結(jié)構(gòu)自重及其他荷載作用；圍護(hù)就是防止巖土體風(fēng)化、坍塌、防水、防潮等3. 地下建筑結(jié)構(gòu)的形式-地下建筑結(jié)構(gòu)的形式主要有使用功能、地質(zhì)條件和施工技術(shù)等因素確定。-結(jié)構(gòu)形式首先由受力條件來控制，即在一

2、定的條件下的圍巖壓力、水土壓力和一定的爆炸與地震等荷載下求出的最合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。地下建筑結(jié)構(gòu)常見的橫斷面形狀主要有如下幾種：矩形結(jié)構(gòu)： 適用于工業(yè)、民用、交通等建筑物。但直線構(gòu)件不利于材料抗彎，故在地質(zhì)條件較好、跨度較小或埋深較淺時(shí)常被采用。圓形結(jié)構(gòu)： 當(dāng)受到均勻徑向壓力時(shí)，截面內(nèi)彎矩為零，這就能充分發(fā)揮混凝土結(jié)構(gòu)拉壓強(qiáng)度高的特性，故在淤泥質(zhì)土層等類似承受靜水壓力的地質(zhì)條件下應(yīng)優(yōu)先采用。直墻拱形結(jié)構(gòu)： 當(dāng)頂壓較大時(shí)采用直墻拱形結(jié)構(gòu)受力較為合理。當(dāng)?shù)讐狠^大時(shí)，底部可做成仰拱結(jié)構(gòu)。曲墻拱形結(jié)構(gòu)： 當(dāng)頂壓和側(cè)壓都較大時(shí)宜采用曲墻拱形結(jié)構(gòu)。地下結(jié)構(gòu)斷面形式：矩形、梯形、多邊形、直墻拱形、曲墻拱形

3、、扁圓形、圓形4. 綜合地質(zhì)條件、使用要求、技術(shù)條件等因素，地下建筑結(jié)構(gòu)形式根據(jù)地質(zhì)情況的差異可以分為土層和巖層內(nèi)的兩種形式土層中地下建筑結(jié)構(gòu)： 淺埋式結(jié)構(gòu)、附建式結(jié)構(gòu)、沉井結(jié)構(gòu)（沉箱結(jié)構(gòu)）、地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)、盾構(gòu)結(jié)構(gòu)、沉管結(jié)構(gòu)、其他結(jié)構(gòu)巖石地下建筑結(jié)構(gòu)：常用的是幾種拱形結(jié)構(gòu)、錨噴結(jié)構(gòu)、穹頂結(jié)構(gòu)一、 拱形結(jié)構(gòu)1. 貼壁式拱形結(jié)構(gòu)：是指襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖之間的超挖部分應(yīng)進(jìn)行回填的襯砌結(jié)其包括半襯砌結(jié)構(gòu)、厚拱薄壁墻襯砌結(jié)構(gòu)、直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)、曲墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)2. 離壁式襯砌結(jié)構(gòu)：是指與巖壁相離，其間空隙不做回填，僅拱腳處擴(kuò)大延伸與巖壁緊貼的襯砌結(jié)構(gòu)二、 錨噴支護(hù)、穹頂結(jié)構(gòu)、連拱襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)5.

4、 初步設(shè)計(jì)內(nèi)容大體是：1工程防護(hù)等級(jí)2確定埋置深度與施工方法3初算荷載值4選擇建筑材料5 選定結(jié)構(gòu)型式和布置6 估算結(jié)構(gòu)跨度、高度、頂?shù)装寮斑厜穸鹊戎饕叽纭?繪制初步設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖8估算工程材料數(shù)量及財(cái)務(wù)概算。6. 填空：技術(shù)設(shè)計(jì)主要是解決結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定、抗裂性的問題，并提供施工時(shí)結(jié)構(gòu)各部件的具體細(xì)節(jié)尺寸及連接大樣第二章 地下建筑結(jié)構(gòu)的荷載（重點(diǎn)）1. 荷載種類：按存在狀態(tài)可分為：靜、動(dòng)、活荷載 永久荷載又稱靜載。是指長(zhǎng)期作用在結(jié)構(gòu)上且大小、方向和作用點(diǎn)不變的荷載。如結(jié)構(gòu)自重、巖土體壓力和地下水壓力等 可變荷載又稱活載，是指在結(jié)構(gòu)物施工和使用期間可能存在的變動(dòng)荷載，其大小和作用位置都

5、可能隨時(shí)間變化。如使用活載、車輛活載、風(fēng)載、雪載。 偶然荷載又稱動(dòng)載，是指在結(jié)構(gòu)物施工和使用期間不一定會(huì)出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大且持續(xù)時(shí)間很短的荷載。如撞擊荷載、爆炸荷載、地震荷載。2. 荷載的確定方法：荷載的確定一般是按其所在的行業(yè)的規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)確定3. 荷載的計(jì)算是工程結(jié)構(gòu)計(jì)算的先決條件。地下建筑結(jié)構(gòu)上所承受的荷載有結(jié)構(gòu)自重、地層壓力、彈性抗力、地下水靜水壓力、車輛和設(shè)備重量及其他使用荷載等地層壓力（包括土壓力和圍巖壓力）對(duì)大多數(shù)地下工程而言，是至關(guān)重要的荷載。4. 土壓力：被靜主分類：靜止土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力最?。ㄍ翑D壓墻、泄壓）被動(dòng)土壓力最大（土被擠壓，壓力變大）

6、靜止土壓力介于兩者之間。靜止土壓力：如果墻的剛度很大，墻身不產(chǎn)生任何移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)墻后土對(duì)檣背所產(chǎn)生的土壓稱為靜止土壓力5. 側(cè)向土壓力的經(jīng)典理論主要是庫倫土壓力理論和朗肯土壓力理論6. 側(cè)向土壓力計(jì)算公式、靜止土壓力的計(jì)算公式，靜止土壓力系數(shù)、靜止土壓力的作用點(diǎn)等-見課本12頁7. 靜止土壓力系數(shù)K。與土的種類有關(guān)，二同一種土的K。還與其孔隙比、含水量、加壓條件、壓縮程度有關(guān)8. 庫倫土壓力理論的基本假定：1.墻后的填土是理想散粒體2.滑動(dòng)破壞面為通過墻踵的平面3.滑動(dòng)土楔為一剛塑性體，本身無變形9. 朗坤土壓力理論的基本假定1.擋土墻背垂直、光滑2.填土表面水平3.墻體為剛性體10. 主

7、動(dòng)土壓力系數(shù)Ka、被動(dòng)土壓力系數(shù)Kp的公式、側(cè)向主動(dòng)土壓力、側(cè)向被動(dòng)土壓力公式見課本19頁11. 圍巖壓力：定義：指位于地下結(jié)構(gòu)周圍變形或破壞的巖層，作用在襯砌結(jié)構(gòu)或支撐結(jié)構(gòu)上的壓力。分類：圍巖垂直壓力、圍巖水平壓力、圍巖底部壓力影響圍巖壓力的因素：巖體的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、地下水的作用、洞室的尺寸與形狀、支護(hù)的類型和剛度、施工方法、洞室的埋深和支護(hù)時(shí)間等12.圍巖壓力有關(guān)公式：P33 2-74 2-86 2-92 2-94 2-95第三章 彈性地基梁理論1. 彈性地基梁 定義：指擱置在具有一定彈性地基上，各點(diǎn)與地基緊密相貼的梁。如鐵路枕木、鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)梁等等。 彈性地基梁可將其上面的荷載分布到

8、較大面積的地基上，即使承載能力較低的地基，也能承受較大的荷載，又能使梁的變形減小，提高剛度降低內(nèi)力。2.彈性地基梁的計(jì)算模型-局部彈性地基模型的假設(shè) 溫克爾對(duì)地基提出的假設(shè)：溫克爾對(duì)地基提出如下假設(shè)：地基表面任一點(diǎn)的沉降與該點(diǎn)單位面積上所受的壓力成正比。半無限體彈性地基模型為了消除溫克爾假設(shè)中沒有考慮地基連續(xù)性這個(gè)缺點(diǎn)，后來又提出了另一種假設(shè)：把地基看作一個(gè)均質(zhì)、連續(xù)、彈性的半無限體（所謂半無限體是指占據(jù)整個(gè)空間下半部的物體，即上表面是一個(gè)平面，并向四周和向下方無限延伸的物體）。彈性地基梁的計(jì)算理論中，需要滿足的假設(shè)基本假設(shè)局部彈性地基模型假設(shè);地基梁在外荷載作用下產(chǎn)生變形的過程中，梁底面與地

9、基表面始終緊密相貼，即地基的沉陷或隆起與梁的撓度處處相等；地基反力處處與接觸面相垂直；地基梁的高跨比較小，符合平截面假設(shè)。2. 短梁、剛性梁、長(zhǎng)梁（無限長(zhǎng)梁、半無限長(zhǎng)梁） 看課本61頁第四章 地下建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法按照多年來地下建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，我國(guó)采用的設(shè)計(jì)方法似可分屬以下四種設(shè)計(jì)模型：一、荷載結(jié)構(gòu)模型二、地層結(jié)構(gòu)模型三、經(jīng)驗(yàn)類比模型四、收斂限制模型第五章 不考第六章 淺埋式結(jié)構(gòu)1. 淺埋式結(jié)構(gòu)：定義：是指其覆蓋土層較薄，不滿足壓力拱成拱條件(H土 （ 2 2.5） h1， h1為壓力拱高)或軟土地層中覆蓋層厚度小于結(jié)構(gòu)尺寸的地下結(jié)構(gòu)。分類：直墻拱形結(jié)構(gòu)、矩形框架結(jié)構(gòu)、梁板式結(jié)構(gòu)、或者是上

10、述形式的組合2. 決定深（淺）埋式結(jié)構(gòu)的因素： 建筑物的使用要求、環(huán)境條件、地質(zhì)條件、防護(hù)等級(jí)以及施工能力等。埋設(shè)在土層中的建筑物，按其埋置深、淺可劃分為深埋式結(jié)構(gòu)和淺埋式結(jié)構(gòu)。3. 直墻拱形結(jié)構(gòu)的拱形部分按照其軸線形狀可以分為：半圓拱、割圓拱、拋物線拱等多種形式4. 矩形閉合框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算包括三方面的內(nèi)容，即：荷載計(jì)算、內(nèi)力計(jì)算、截面設(shè)計(jì)第七章 附建式地下結(jié)構(gòu)1. 附建式結(jié)構(gòu)：定義：修筑于堅(jiān)固的建筑物下的地下室結(jié)構(gòu)優(yōu)越性（1）節(jié)省建設(shè)用地，這對(duì)大城市區(qū)尤為重要；（2）便于平戰(zhàn)結(jié)合；（3）人員和設(shè)備容易在戰(zhàn)時(shí)迅速轉(zhuǎn)入地下；（4）增強(qiáng)上層建筑的抗地震能力，在地震時(shí)防空地下室可作為避震室；（5）上

11、層建筑對(duì)戰(zhàn)時(shí)核爆炸沖擊波、光輻射、早期核輻射以及炮（炸）彈有一定的防護(hù)作用；防空地下室的造價(jià)比單建式的要低；（6）便于施工管理，采用新技術(shù)，保證工程質(zhì)量，同時(shí)也便于維護(hù)。2. 口部結(jié)構(gòu)： 定義：防空地下室的口部，是整個(gè)建筑物的一個(gè)重要部分。在戰(zhàn)時(shí)它比較容易被摧毀，造成口不得堵塞，影響整個(gè)工事的使用和人員的安全。（逃生用途） 分類：室內(nèi)出入口（階梯式、豎井式）、室外出入口（階梯式、豎井式）、通風(fēng)采光洞第八章 沉井與沉箱結(jié)構(gòu)1. 沉井（沉箱）結(jié)構(gòu) 定義：不同斷面形狀（如圓形、矩形、多邊形等）的井筒或箱體，按邊排土邊下沉的方式使其沉入地下，即沉井或沉箱。 沉井也稱為開口沉箱，沉箱也稱為閉口沉箱。由于

12、閉口沉箱下沉施工時(shí)采用壓氣排水的施工方法，故通常稱其為壓氣沉箱。 應(yīng)用場(chǎng)合：在市政工程中，沉井(沉箱)常用于橋梁墩臺(tái)基礎(chǔ)、取水構(gòu)筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾構(gòu)或頂管的工作井等工程。 沉井(沉箱)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：(1)軀體結(jié)構(gòu)剛性大，斷面大，承載力高，抗?jié)B能力強(qiáng)，耐久性能好，內(nèi)部空間可有效利用；(2)施工場(chǎng)地占地面積較小，可靠性良好；(3)適用土質(zhì)范圍廣(淤泥土、砂土、黏土、砂礫等土層均可施工)；(4)施工深度大；(5)施工時(shí)周圍土體變形較小，因此對(duì)鄰近建筑(構(gòu)筑)物的影響小，適合近接施工，尤其是壓氣沉箱施工法對(duì)周圍地層沉降造成的影響極小，目前在日本已有離開箱體邊緣30cm以外的地層無沉降的壓氣

13、沉箱施工實(shí)例；(6)具有良好的抗震性能。沉井的類型：按照其構(gòu)造形式可分為：連續(xù)沉井(多用于隧道工程井)單獨(dú)沉井(多用于工業(yè)、民防地下建筑)按平面形狀：圓形沉井、矩形沉井、方形沉井、多邊形沉井2. 課本171頁 圖8-2 連續(xù)沉井 圖8-4 沉井構(gòu)造 要記3. 沉井結(jié)構(gòu)施工時(shí)，必須要有足夠的強(qiáng)度和剛度。4. 下沉系數(shù)和什么有關(guān)系？ P176 公式5. 沉箱結(jié)構(gòu)定義：見1施工方法：壓氣沉箱施工法是在沉箱結(jié)構(gòu)的最下端設(shè)置一個(gè)高剛度、高強(qiáng)度的氣密性工作室。為了防止地下水滲入工作室，保證施工能夠在無水環(huán)境下進(jìn)行，通過氣壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置向工作室內(nèi)注入壓縮空氣，保持刃腳處工作室內(nèi)氣壓與地下水壓平衡。工作人員可

14、以在無水環(huán)境的工作室內(nèi)挖土排土，破壞力的平衡促使沉箱下沉。按照設(shè)計(jì)，重復(fù)地上或施工棧臺(tái)上箱體分段澆筑、工作室內(nèi)挖排土、箱體在自身重力及上部附加荷載等作用下下沉。下沉到指定深度后，進(jìn)行持力層載荷實(shí)驗(yàn)，最后在底部工作室內(nèi)填筑砼構(gòu)成底板。第九章 地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)1. 地下連續(xù)墻 定義：利用各種挖槽機(jī)械（如水平多軸銑槽機(jī)），借助于泥漿的護(hù)壁作用，在地下挖出窄而深的溝槽，并在其內(nèi)澆注適當(dāng)?shù)牟牧隙纬梢坏谰哂蟹罎B(水)、擋土和承重功能的連續(xù)的地下墻體，稱為地下連續(xù)墻。 優(yōu)點(diǎn)：1. 施工時(shí)，沒有噪音、無振動(dòng)、不必放坡、省去支模、井點(diǎn)排水q2. 對(duì)相鄰的工程結(jié)構(gòu)和地下設(shè)施影響極微；q3. 對(duì)地面交通影響較??；q

15、4. 適用于多種地質(zhì)情況；q5. 單體造價(jià)有時(shí)可能高些，但在密集建筑群的城市中采用該法，可減少對(duì)附近建筑物的加固費(fèi)用。這樣，其總造價(jià)可能反而降低；q6. 具有多功能，適用多種用途等。 缺點(diǎn)：q1. 對(duì)于巖溶地區(qū)中含承壓水頭很高的砂礫層或很軟的粘土，如不采用其它輔助措施，目前尚難于采用地下連續(xù)墻工法；q2. 如施工現(xiàn)場(chǎng)組織管理不善，可能會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)潮濕和泥濘，影響施工的條件，而且要增加對(duì)廢棄泥漿的處理工作；q3. 如施工不當(dāng)或土層條件特殊，可能出現(xiàn)不規(guī)則超挖，倘不采用預(yù)制墻板，則給后來的墻面工作帶來麻煩。此外還有可能出現(xiàn)相鄰單元墻間不能對(duì)齊的問題；q4. 現(xiàn)澆地下連續(xù)墻的墻面通常較粗糙，如果對(duì)墻面

16、要求較高，雖可使用噴漿或噴砂等方法進(jìn)行表面處理或另作襯壁來改善，但增加工作量；q5. 地下連續(xù)墻如用作施工期間的臨時(shí)擋土結(jié)構(gòu)，不如采用鋼板樁尚可拔出重復(fù)使用來得經(jīng)濟(jì)。q6. 需要專用施工機(jī)具和一定技術(shù)水平的專業(yè)施工隊(duì)伍，技術(shù)推廣受到一定限制。2. 槽幅：是指地下連續(xù)墻一次開挖成槽的槽壁長(zhǎng)度。3. 地下連續(xù)墻接頭設(shè)計(jì)第十章 盾構(gòu)隧道施工1. 盾構(gòu)法隧道的設(shè)計(jì)內(nèi)容基本上可以分為三個(gè)階段進(jìn)行： 第一階段：隧道的方案設(shè)計(jì)，以確定隧道的線路、線形、埋置深度以及隧道的橫斷面形狀及尺寸等 第二階段: 襯砌結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計(jì)，其中包括管片的分類、厚度、分塊、接頭形式、管片空洞、螺孔等 第三階段：管片的內(nèi)切力計(jì)算及

17、斷面設(shè)計(jì)。2. 裝配式鋼筋混凝土管片的拼裝形式： 圓環(huán)的拼裝形式有通縫和錯(cuò)縫兩種，所有襯砌環(huán)的縱縫環(huán)環(huán)對(duì)齊的稱為通縫，而環(huán)間縱縫相互錯(cuò)開，猶如磚砌體一樣的稱為錯(cuò)縫。 環(huán)形襯砌采用錯(cuò)縫拼接較普遍，其優(yōu)點(diǎn)在于能加強(qiáng)圓環(huán)接縫剛度。3. 荷載的確定： 荷載的分類：基本荷載、附加荷載、特殊荷載4. P245 圖10-9 計(jì)算簡(jiǎn)圖要看懂第十一章 沉管結(jié)構(gòu)沉管結(jié)構(gòu)的類型：鋼殼沉管、鋼筋混凝土沉管第十二章 不考第十三章 頂管結(jié)構(gòu)頂管技術(shù)的應(yīng)用范圍：在特殊地質(zhì)條件下的管道工程中 ：n 穿越江河、湖泊、港灣水體下的供水、輸氣、輸油管道工程；n 穿越城市建筑群、繁華街道地下的上下水、煤氣管道工程；n 穿越重要公路、

18、鐵路路基下的通訊、電力電纜管道工程；n 水庫壩體涵管重建工程等。第十四章 整體式隧道結(jié)構(gòu)1. 整體式隧道按照結(jié)構(gòu)形式的不同，隧道結(jié)構(gòu)一般可以分為：半襯砌結(jié)構(gòu)、厚拱薄墻襯砌結(jié)構(gòu)、直墻拱形襯砌結(jié)構(gòu)、曲墻襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)、連拱隧道結(jié)構(gòu)。2. 直墻拱形結(jié)構(gòu)的基本假定： 直墻拱結(jié)構(gòu)是一個(gè)空間結(jié)構(gòu)，但其縱向長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其跨度，可按平面應(yīng)變問題處理；拱圈與邊墻整體連接，地層壓力、結(jié)構(gòu)自重等以梯形分布，拱圈抗力區(qū)假定為二次拋物線規(guī)律或不考慮（回填不密實(shí)時(shí)）；邊墻視為彈性地基梁，彈性抗力按局部變形理論確定；墻底和基巖間的摩擦力足夠大，克服剪力作用，不產(chǎn)生水平移動(dòng)，因此，邊墻可視為絕對(duì)剛性的地基梁；實(shí)際工程中邊墻與底板通常分別澆筑，計(jì)算中不予考慮。3.直墻拱形的計(jì)算簡(jiǎn)圖：P382 圖14-10 要明確每個(gè)方向的子荷載第十五章 錨噴支護(hù)1. 錨噴支護(hù)的定義：錨噴支護(hù)是噴射混凝土、錨桿、鋼筋網(wǎng)噴射混