(地下建筑结构)第四章(地下结构荷载计算)共35页

楼板结构荷载计算说明
1、设计荷载：
Q=37.2 kN/m2(恒荷载)+6 kN/m2（活荷载）=43.2 kN/m2
2、镐头机施工荷载：
永久荷载标准值: ｑgk = 6.250kN/m2（楼板自重）
可变荷载标准值: ｑqk = 37.800kN/m2（镐土机接地比压33KN/㎡+每
平米支撑砼的自重4.8 KN/㎡）
注：镐头机接地比压=镐土机自重/履带面积+震动荷载=56kN/（3.6*0.5）㎡+2 KN/㎡=33KN/㎡
3、计算结果：
镐头机施工荷载略大于设计荷载，对楼板需要进行复核计算，计算结
果说明在施工荷载作用下，原人防区及非人防区设计配筋基础上的结构板挠
度变形、裂缝宽度验算、支座处裂缝验算等均在规范允许范围内，故方案可行。

计算书附后。

2.1 静止土压力如何确定。

当挡土结构在土压力作用下，结构不发生变形和任何位移时，背后填土处于弹性平衡状态，则作用于结构上的侧向土压力称为静止土压力。

其值可根据弹性变形体无侧限变形理论或近似方法求得。

2.2 库伦理论的基本假定：1挡土墙后土体为均质各向同性的无粘性土；2挡土墙是刚性的且长度很长，属于平面应变问题；3挡土墙后产生主动、被动土压力时，土体形成滑动楔体，滑裂面通过墙踵的平面；4墙顶处的土体表面可以是水平面也可以是倾斜面；5在滑裂面和墙背面上的切向力分别满足极限平衡条件2.3 朗肯土压力的基本假定：1挡土墙背竖直，墙面光滑，不计墙面与土层之间的摩擦力；2挡土墙后填土的表面水平，为半无限空间；3挡土墙后填土处于极限平衡状态2.4 围岩压力概念：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。

影响因素：岩体结构、岩石的强度、地下水的作用、洞室的尺寸及形状、支护的类型及刚度、支护结构上的压力2.5 围岩压力计算的两种理论方法：按松散体理论计算围岩压力，按弹塑性体理论计算围岩压力。

前者考虑到了岩体裂隙和节理的存在，岩体被切割为互不联系的独立块体，将真正的岩体代之以某种具有一定特性的特殊松散体。

2.6 弹性抗力的概念：在靠近拱脚和边墙部位，结构产生压向底层的变形，由于结构与岩土体紧密接触，则岩土体将制止结构变形从而产生对结构的反作用力。

影响因素：结构的变形、地层的物理力学性质。

2.7 弹性抗力的确定：目前采取两种理论。

一为局部变形理论，认为弹性地基某点上施加的外力只会引起改点的沉陷；另一种为共同变性理论，认为弹性地基上的一点外力，不仅引起该点发生沉陷，而且还会引起附近一定范围的地基沉陷。

2.8 温克尔假定：把地基模拟为刚性支座上一系列的弹簧，当地基表面上某一点受压力P时，由于弹簧是彼此独立的，故只在局部产生沉陷y，而在其他地方不产生任何沉陷。

3.1 弹性地基梁两种计算模型的区别：局部弹性地基模型没有考虑地基的连续性，不能全面的反映地基梁的实际情况。

地下建筑结构的计算⽅法4.1 计算⽅法现状和计算⽅法国际隧协认为可将其归纳为以下四种模型：⼀以参照已往隧道⼯程的实践经验进⾏⼯程类⽐为主的经验设计法；⼆以现场量测和实验室试验为主的实⽤设计⽅法，例如以洞周位移量测值为根据的收敛—限制法；三作⽤—反作⽤模型，例如对弹性地基圆环和弹性地基框架建⽴的计算法等；四连续介质模型，包括解析法和数值法，解析法中有封闭解，也有近似解，数值计算法⽬前主要是有限单元法。

按照多年来地下建筑结构设计的实践，我国采⽤的设计⽅法似分属以下四种设计模型：(⼀)荷载结构模型荷载结构模型采⽤荷载结构法计算衬砌内⼒，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。

这⼀⽅法与设计地⾯结构时习惯采⽤的⽅法基本⼀致，区别是计算衬砌内⼒时需考虑周围地层介质对结构变形的约束作⽤。

(⼆)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，并据以验算地层的稳定性和进⾏构件截⾯设计。

(三)经验类⽐模型由于地下结构的设计受到多种复杂因素的影响，使内⼒分析即使采⽤了⽐较严密的理论，计算结果的合理性也常仍需借助经验类⽐予以判断和完善，因此，经验设计法往往占据⼀定的位置。

经验类⽐模型则是完全依靠经验设计地下结构的设计模型。

(四)收敛限制模型收敛限制模型的计算理论也是地层结构法，其设计⽅法则常称为收敛限制法，或称特征线法。

4.1 计算⽅法现状和计算⽅法下图为收敛限制法原理的⽰意图。

图中纵坐标表⽰结构承受的地层压⼒，横坐标表⽰洞周的径向位移。

其值⼀般都以拱顶为准测读计算，曲线①为地层收敛线，曲线②为⽀护特征线。

两条曲线的交点的纵坐标（P e ）即为作⽤在⽀护结构上的最终地层压⼒，横坐标（u e ）则为衬砌变形的最终位移。

因洞室开挖后⼀般需隔开⼀段时间后才施筑衬砌，图4-3中以u 0值表⽰洞周地层在衬砌修筑前已经发⽣的初始⾃由变形值。

完整版地下建筑结构课程设计计算书一、设计题目（1 ）设计任务1、将某浅埋地下通道结构进行结构设计2、确定结构构件的截面尺寸。

3、确定结构的计算简图。

4、各构件的荷载、内力及配筋计算。

5、手绘和计算机绘制结构配筋图。

（2）基本资料某浅埋地下通道结构尺寸示意下所示。

1、埋置深度： 9.8m 。

2、地下水位：自然地面以下7m 。

3、土层①：粉质粘土，重度、内摩擦角、粘聚力分别为 r1=18kN/m，c =10kN/m，φ =15 °。

土层②：粘土，重度 =17kN/m，c =25kN/m，φ =15 °土层 3 ：粘土，天然重度 =17.5kN/m饱和重度 =19.5kN/m， c =27kN/m，，φ =17 °4、土层厚度以埋置深度为界。

5、水土压力分项系数： 1.2 。

6、地面超载荷载分项系数：地面活载荷载分项系数为 1.4 。

地面恒载荷载分项系数为 1.2.7、混凝土强度等级为C30 ；重度为 25kN/m；弹性模量为 1.4 10MPa ；泊松比为0.167 。

8、钢筋等级为 HPB335 。

9、地基变形模量为50MPa ；泊松比为 0.3 。

（3）计算假定1、结构刚度远大于地基土的刚度。

2、不考虑结构侧向位移。

3、计算时忽略加腋的影响。

4、考虑荷载最不利组合。

（4）参考规范1、《混凝土结构设计规范》——GB50010-20102 、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》——JTGD62-20043、《公路桥涵地基与基础设计规范》——JTGD63-20074、《公路桥涵设计通用规范》——JTG D60-20045、《建筑结构制图标准》——GBT50105 — 2001二、荷载计算 .（1）顶板荷载计算1、覆土压力：q土r i h i 18317 4 (19.510) 2.8 148.6KN / m22、水压力：q水r w h w10 2.828KN / m 23、顶板自重： q d 25 0.615KN / ㎡4、地面恒载及活载： q 1.4 p1 1.2 p2 1.4 8 1.24 16KN/m25、综上所述， q顶 1.2 （148.628 15） 16245.92KN/ ㎡（2）板底荷载计算q底q顶p（0.60.6 0.4） (4.73 1.2) 0.6 25 / 8.4256.00KN / ㎡245.92L（3）地基反力计算地下通道结构刚度远大于地基土的刚度，故假定地基反力为直线分布。

同济大学土木工程学院COLLEGE OF CIVIL ENGINEERING地下建筑结构教学大纲授课教案多媒体教学课件授课录像习题集课程试卷课程内容及组织实践教学教学研究申报附件习题集习题集第一篇总论第一章绪论思考题1.1 简述地下建筑结构的概念及其型式。

1.2 地下建筑结构，其特征与地上建筑结构有何区别？1.3 地下工程按使用功能分类主要内容有哪些？1.4 地下工程机构的设计理论和方法主要包括哪些？1.5 简述地下建筑结构设计程序及内容。

第二章地下建筑结构的荷载思考题2.1 地下建筑荷载分为哪几类,常用的组合原则有哪些。

2.2 简述地下建筑荷载的计算原则？2.3 简述土压力可分为几种形式？其大小关系如何？2.4 静止土压力是如何确定的？2.5 库伦理论的基本假定是什么？并给出其一般土压力计算公式？2.6 应用库伦理论，如何确定粘性土中的土压力大小？2.7 简述朗肯土压力理论的基本假定？2.8 如何计算分层土的土压力？2.9 不同地面超载作用下的土压力是如何计算的？2.10 考虑地下水时的水平压力是如何计算的？"水土分算"与"水土合算"有何区别？各自的适用情况如何？2.11 简述围岩压力的概念及其影响因素。

2.12 简述围岩压力计算的两种理论方法？二者有何区别？2.13 简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？2.14 什么是“脱离区”？2.15 什么是弹性抗力，影响因素有哪些？目前确定弹性抗力的理论有哪些？2.16 简述温克尔假定。

2.17 简述坑道开挖前原始岩体中的应力状态和开挖坑道后围岩中的应力状态。

习题2.1 用朗肯土压力公式计算图示挡土墙上主动土压力分布及其合力。

已知填土为砂土，填土面作用均不荷载q＝20kPa。

(土的物理指标见下图）2.2 用水土分算法计算图示挡土墙上主动土压力分布及水压力分布图及其合力。

已知填土为砂土。

(土的物理指标见下图）第三章弹性地基梁理论思考题3.1 什么是弹性地基梁，其作用是什么，它与普通梁的区别？3.2 弹性地基梁计算理论的基本假设有那些？3.3 简述弹性地基梁两种计算模型的区别。

地下工程结构第一章绪论1简述地下建筑结构的概念及形式：地下建筑结构即埋置于地层内部的结构。

包括衬砌结构和内部结构两部分。

衬砌结构主要起承重和围护作用地下建筑结构的形式主要由使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。

根据地质情况差异可分为土层和岩层内的两种形式。

土层地下建筑结构分为①浅埋式结构②附建式结构③沉井（沉箱）结构④地下连续墙结构⑤盾构结构⑥沉管结构⑦其他如顶管和箱涵结构。

岩石地下建筑结构形式主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形，还有如喷锚结构、穹顶结构、复合结构。

2.地下建筑结构的工程特点：①建筑结构替代了原来的地层（承载作用）②地层荷载随施工过程是发生变化的③地质条件影响地层荷载④地下水准结构设计影响大④设计考虑施工、使用的整个阶段⑤地层与结构共同的承载体系⑥地层的成拱效应。

3.地下建筑地上建筑结构地上建筑区别：计算理论设计和施工方法不同，地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂，因为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。

第二章地下建筑结构的荷载1.地下建筑荷载分哪几类：按其存在的状态，可以分为静荷载（结构自重，岩土体压力）、动荷载（地震波，爆炸产生冲击）和活荷载（人群物件和设备重量，吊车荷载）、其他荷载。

2.土压力可分为几种形式？其大小关系如何？土压力分为静止土压力E0、主动土压力力Ea、被动土压力Ep，则Ep>E0>Ea3.简述围岩压力的概念及影响因素：围岩压力就是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。

分为松散、膨胀、变形、冲击围岩压力。

影响围岩压力的因素很多，主要与岩体的结构、岩石的强度、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、洞室的埋置深度和支护时间等因素相关。

其中岩体稳定性的关键之一在于岩体结构面的类型和特征。

4.简述弹性抗力的基本概念？其值大小与哪些因素有关？地下建筑结构除承受主动荷载作用外（如围岩压力、结构自重等），还承受一种被动荷载，即地层的弹性抗力。

可编辑修改精选全文完整版1 二次衬砌内力计算1.1基本资料结构断面图如图1所示。

围岩级别为V 级，容重3/18m kN =γ,围岩的弹性抗力系620.1510/K kN m =⨯，衬砌材料为C45混凝土，弹性模量为Kpa E 71035.3⨯=容重3/25m KN =γ图1.1 结构断面图2.计算作用在衬砌结构上的主动荷载 2.1隧道深浅埋的确定坍落拱高度按下式计算：[])5(1245.01-+⨯⨯=-t s qB i hⅤ级围岩，s=5；B>5，i=0.1[]m h q 299.14)586.14(1.01245.04=-⨯+⨯⨯=浅埋隧道分界深度：m h H q P 748.355.2=⨯=因为m H m H m h p q748.3534299.14=<=<=，所以是浅埋隧道2.2竖直和水平荷载垂直力：取00246.0,40,86.14,34=====g g t m B m Hφθφ744.2445.0839.0839.0)1704.0(839.0tan tan tan )1(tan tan tan 2=-⨯++=-++=θφφφφβg gg g[]283.0tan tan )tan (tan tan 1tan tan tan =+-+-=θφθφββφβλg g gm kN B H H q t /567.435)445.0283.086.14341(3418)tan 1(=⨯⨯-⨯⨯=⨯⨯-⨯=θλγ水平力：mkN H e /196.173283.034181=⨯⨯==λγ()m kN h e /094.238283.03474.12182=⨯+⨯==λγ()()m kN e e e /645.205094.238196.173212121=+⨯=+⨯=3.半拱轴线长度3.1衬砌的几何尺寸内轮廓线半径：m r m r 5.265.621==，内径21r r ，所画圆曲线端点截面与竖直轴线的夹角：0201140,109==ϕϕ拱顶截面厚度：m d 5.00=， 拱底截面厚度：m d n 6.0=。

YJK地下室计算地下室的结构计算首先需要确定地下室的设计荷载。

设计荷载一般包括垂直荷载（如建筑自重、楼层荷载）、水平荷载（如风荷载、地震荷载）和温度荷载等。

根据设计荷载，可以计算出地下室的垂直和水平受力情况，包括地下室的抗拉、抗压、抗弯和抗剪承载力等。

在地下室的结构计算中，常用的方法包括弹性分析和塑性分析。

弹性分析是指假设地下室的结构在荷载作用下仍然处于弹性阶段，可以使用弹性力学原理和有限元分析方法来计算地下室的应力、应变和位移等。

塑性分析是指考虑结构破坏的可能性，即结构处于塑性阶段，可以根据材料的塑性特性和破坏准则来计算地下室的极限荷载和破坏模式。

地下室的计算还需要考虑土壤的力学性质和相互作用。

土壤的力学性质包括土壤的抗剪强度、压缩性和侧向支撑能力等。

在地下室的结构计算中，需要考虑土壤的水平和垂直支撑作用，以及地下室结构和土壤之间的相互作用。

常用的土壤-结构相互作用分析方法包括两者之间的界面模型和直接计算模型。

除了结构计算，地下室的计算还需要考虑地下室的防水和排水设计。

地下室的防水设计包括防水层材料的选择、施工方法和施工质量的控制，以及地下室内外的排水系统和雨水收集系统的设计。

地下室的排水设计需要考虑地下室的地下水位和地下水流动的影响，以确保地下室的排水系统能够有效地排除地下水和表面水。

在进行地下室计算时，还需要考虑地下室的施工方法和施工顺序。

地下室的施工方法包括明挖法、盖板法和顶板法等，每种施工方法都有其优点和适用的条件。

施工顺序可以有不同的选择，根据地下室的结构特点和施工条件，确定最合适的施工顺序，以确保地下室的施工进度和质量。

综上所述，YJK地下室计算是一个综合性的工程计算，它需要考虑地下室的结构稳定性、安全性和可靠性，以及土壤的力学性质和相互作用，防水和排水设计，施工方法和施工顺序等因素。

只有通过科学严谨的计算和评估，才能确保地下室的设计和施工质量，保证地下室的使用安全。

绪论:地下结构的定义：保留上部地层（山体或土层）的前提下，在开挖出能提供某种用途的地下空间内修建的结构物，统称为地下结构。

结构形式：断面形式：矩形、梯形、直角拱形、马蹄型、仰拱型、圆形。

影响因素：由受力条件来控制；结构型式也受使用要求的制约支护形式：1.防护型支护：以封闭岩面，防止周围岩体质量的进一步恶化或失稳为目的。

2.构造型支护：支护结构满足施工及构造要求，防止局部掉块或崩塌而逐步引起整体失稳。

3.承载型支护：承载型支护应满足围岩压力，使用荷载、结构荷载及其它荷载的要求，保证围岩与支护结构的稳定性。

发展的三个阶段：刚性结构阶段，弹性结构阶段，连续介质阶段现代支护理论的特征：(1) 对围岩和围岩压力的认识方面：传统支护理论认为围岩是荷载的来源，是支撑的对象。

现代支护理论则认为围岩具有自承能力。

围岩也是支护材料，可以通过加固围岩而保证结构的稳定。

(2) 在围岩和支护间的相互关系上：传统支护理论把围岩和支护分开考．围岩当作荷裁、支护作为承载结构，现代支护理论则将围岩和支护作为一个统一体，二者相互作用，共同变形。

(3)在支护功能和作用原理上：传统支护结构只是为了承受荷载，现代支护则是为了及时稳定和加固围岩。

保证围岩的稳定性。

(4)在设计计算方法上：传统支护主要是确定作用在支护上的荷载，而现代支护理论将围岩与支护作为共同的承载结构。

(5)在支护形式和工艺上：以加固围岩为主要支护手段：如锚杆、锚索、喷射混凝土、注浆等。

地下结构的计算特点：（1）必须充分认识地质环境对地下结构设计的影响；（2）地下工程周围的地质体是工程材料、承载结构，同时又是产生荷载的来源；（3）地下结构施工因素和时间因素会极大地影响结构体系的安全性；（4）与地面结构不同，地下工程支护结构安全与否，既要考虑到支护结构能否承载，又要考虑围岩的稳定性；（5）地下工程支护结构设计的关键问题在于充分发挥困岩自承力；（6）地下结构的开挖过程是卸载过程，而不是加载过程。

地下结构的荷载结构计算方法地下结构的荷载结构计算方法是指根据地下结构所受的荷载作用，通过一系列的计算方法来确定结构的设计参数和安全性能。

地下结构通常指地下室、地下车库、地下通道等建筑结构。

由于地下结构的特殊性，荷载计算需要考虑地下水压力、土压力以及其他附加荷载等因素。

一、地水压力的计算方法地下结构受到地下水的压力是一个重要的荷载作用，需要通过计算来获取。

常用的计算方法有：1.地下水位线法：根据地下水位的高度，确定地下水所产生的压力。

一般情况下，通过核查现场地下水位线的高度，按照压力计算公式来计算地下水的荷载。

2.土压力系数法：通过计算地下水位下方土体的有效应力和压力系数，定量计算地下水的压力。

根据土层特性、施工方法、结构形式等情况，选择合适的土压力系数进行计算。

二、土压力的计算方法土压力是地下结构所受到的另一个主要荷载，主要由土层的自重和水平方向的土力产生。

常用的计算方法有：1.应力分析法：根据地下结构的几何形状、土壤的物理力学性质、施工状态和地下水位等因素，采用弹性力学或塑性力学的方法来确定土的应力分布。

利用应力分布来计算土压力。

2.摩尔库伦方向法：根据地下结构周围土体的应力状态，利用土体内摩尔库伦弯矩的平衡关系，计算土压力的大小和分布。

三、其他附加荷载的计算方法地下结构还需要考虑一些其他附加荷载，例如地震荷载、温度荷载、车辆荷载等。

1.地震荷载：根据地震活动区的设计地震动参数，采用地震设计规范中的计算方法，确定地下结构所受到的地震荷载。

2.温度荷载：根据地下结构的材料特性和施工方式，估计地下结构受到的温度变化所引起的荷载。

一般采用材料的线膨胀系数来计算温度荷载。

3.车辆荷载：如果地下结构是地下车库或通道，需要考虑车辆荷载。

根据通行车辆的类型和荷载标准，计算车辆荷载的大小和分布。

综上所述，地下结构的荷载结构计算方法主要包括地水压力的计算方法、土压力的计算方法和其他附加荷载的计算方法。

通过合理的计算方法，可以确保地下结构的设计参数和安全性能满足规定要求，保证结构的安全可靠。