1、土木工程学院土木工程学院 地下建筑结构地下建筑结构 (复习复习)1 绪论 地下结构计算理论的发展与现状(1)刚性结构阶段：刚性结构阶段：作用在支护结构上的压力是其上覆岩层的重力。如：海姆(AHaim)理论、朗肯理论、金尼克理论和著名的普氏理论等。(2)弹性结构阶段：弹性结构阶段：a.假定弹性反力阶段：把地层对衬砌变形的约束作用力即为约束反力。b.弹性地基梁阶段：即所谓的局部变形理论（地基反力（抗力）与该点的变形成这比。将结构的变形曲线和地层弹性反力的分布按Winkler假定形式分布进行了假定。(3)连续介质阶段连续介质阶段 把支护结构与岩体作为一个统一的力学体系来考虑，认为两者相互作用，共同变
2、形。即所谓的共同变形理论。2 地下建筑结构荷载 一、荷载种类：一、荷载种类：按其作用特点及其使用划分：按其作用特点及其使用划分：主要荷载、附加荷载和特殊荷载主要荷载、附加荷载和特殊荷载。按存在状态划分按存在状态划分：静荷载、活荷载、动荷载和：静荷载、活荷载、动荷载和其它荷载（材料收缩，其它荷载（材料收缩，温度变化，不均匀沉降）。温度变化，不均匀沉降）。二、土压力计算：二、土压力计算：主动土压力、被动土压力、静止土压力的概念和大小关系，朗肯和主动土压力、被动土压力、静止土压力的概念和大小关系，朗肯和库伦土压力的计算。库伦土压力的计算。三、围岩压力计算（计算题：课本三、围岩压力计算（计算题：课本3
3、7页压力拱高度的推导）：页压力拱高度的推导）：课本课本32页围岩压力分类页围岩压力分类 围岩压力的计算方法：按松散体理论计算围岩压力、按弹性体理论围岩压力的计算方法：按松散体理论计算围岩压力、按弹性体理论计算围岩压力、按围岩分级和经验公式确定围岩压力。计算围岩压力、按围岩分级和经验公式确定围岩压力。3 弹性地基梁理论 一、弹性地基梁与普通梁的区别（课本一、弹性地基梁与普通梁的区别（课本47）：）：普通梁有有限个支座，是静定和有限次超静定结构。弹性地基梁所受反力是连续分布的，有无穷多个未知反力是无穷多次超静定结构。普通梁支座为刚性，不考虑地基变形仅考虑梁的变形。弹性地基梁与地基是共同变形的，满足
4、变形连续条件。二、弹性地基梁的分类（课本二、弹性地基梁的分类（课本61）：）：1、短梁、短梁(又称有限长梁、弹性梁)：l2.75 是弹性地基梁的一般情况，应按弹性地基梁的挠曲微分方程及参数解得方法计算。2、刚性梁、刚性梁：1 可认为梁是绝对刚性的，即EI或0，刚性梁的地基反力呈直线分布，其变位及内力可由静力平衡条件求得。也可以把刚性梁视为短梁的特例，直接由短梁导得计算公式。此时取0，作极限运算。4 弹性地基梁理论 二、弹性地基梁的分类（课本二、弹性地基梁的分类（课本61）：）：1、短梁、短梁(又称有限长梁、弹性梁又称有限长梁、弹性梁)：l2.75 2、刚性梁：、刚性梁：1 3、长梁：、长梁：2
5、.75 无限长梁：若荷载作用点距梁两端的换算长度均2.75，可忽略该荷载对梁端的影响，这类梁称为无限长梁。半无限长梁：若荷载作用点仅距梁一端的换算长度2.75时，可忽略该荷载对这一端的影响，而对另一端的影响不能忽略，这类梁称为半无限长梁。三、弹性地基梁的计算（见上课时讲的例题和课后作业题，无限长三、弹性地基梁的计算（见上课时讲的例题和课后作业题，无限长梁的计算）：梁的计算）：5 地下建筑结构的计算方法 一、地下建筑结构的设计模型（课本一、地下建筑结构的设计模型（课本71）：）：荷载结构模型、地层结构模型、经验类比模型、收敛限制模型 二、荷载结构法定义（课本二、荷载结构法定义（课本72）地层对结
6、构的作用只产生作用在地下建筑结构上的地层压力（包括地层的主动压力和被动弹性抗力），衬砌在荷载的作用下产生内力和变形。三、地层结构法定义（课本三、地层结构法定义（课本74）地下结构与地层作为一个受力变形的整体，按照连续介质力学原理来计算地下建筑结构及周围地层的变形；充分体现了周围地层与地下建筑结构的相互作用，该理论尚处于发展阶段。不仅计算出了衬砌结构的内力，而且计算出了周围地层的应力。6 5 地下建筑结构的可靠度理论 一、结构的极限状态（课本一、结构的极限状态（课本90）：）：结构由有效状态转变为失效状的临界状态，超过了这一状态，结构就不能再有效工作。即结构或构件的一部分超过某一特定状态就不能满
7、足设计规定的某一功能函数的要求。它包括承载能力极限状态承载能力极限状态和正常使用正常使用极限状态。极限状态。承载能力极限状态：承载能力极限状态：超过这一极限状态结构或构件就不能满足预定的安全性要求。它包括整体失稳所引起的侠义的承载能力极限状态；由于岩体的局部破坏或变形过大而导致的上部结构的破坏，及广义的极限状态。正常使用极限状态：正常使用极限状态：超过这一极限状态，结构或构件就不能完成对其所提出的适用性或耐久性的要求。二、可靠度分析的四种近似方法二、可靠度分析的四种近似方法 中心点法、验算点法、当量正态化法(JC法)7 6 浅埋式结构 一、浅埋式结构定义（课本一、浅埋式结构定义（课本116）：
8、）：结构上部覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件（）或在软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下建筑结构。目前我国修建的大量人防地下建筑物都属浅埋式结构。二、结构形式（课本二、结构形式（课本116）：）：直墙拱形结构、矩形框架结构和梁板式结构。三、计算方法（课本三、计算方法（课本123）：）：计算时沿纵向截取单位长度沿纵向截取单位长度1m作为框架计算作为框架计算。计算方法有：1、将地基视作弹性半无限平面，作为弹性地基上的框架弹性地基上的框架进行分析。2、将弹性地基上的反力作为荷载作用在闭合框架底部，按照一般平面框架计算一般平面框架计算。1 1(2 2.5)Hhh土：压力拱高8 附建式地下结构 一、
9、附建式地下结构定义：一、附建式地下结构定义：根据一定的防护要求修建的附属于较坚固的建筑物的地下室，与独立修建的地下人防工事（单建式）相对应，又称为“防空地下室”或“附建式人防工事”。二、人防工程分类：人防工程分类：暗挖工程 明挖工程 单建掘开式 防空地下室（附建式）地道式 坑道式 人防工程 主体的上部无永久性地面建筑主体的上部无永久性地面建筑 主体的上部有永久性地面建筑主体的上部有永久性地面建筑 口部地平面高于室内地平面口部地平面高于室内地平面 口部地平面低于室内地平面口部地平面低于室内地平面 按构筑类型划分按构筑类型划分 9 按防护特性划分按防护特性划分 甲类工程 乙类工程 能防预定能防预定
10、核武器、生化武器及常规武器核武器、生化武器及常规武器 破坏效应的人防工程破坏效应的人防工程 能防预定能防预定常规武器、生化武器常规武器、生化武器 破坏效应的人防工程破坏效应的人防工程 附建式地下结构 二、人防工程分类：人防工程分类：三、单向板和双向板的划分（课本三、单向板和双向板的划分（课本155）：）：l2/l13 按单向板设计；2l2/l13 宜按双向板设计；l2/l12 应按双向板设计。楼板的厚度按短边方向跨度确定。10 附建式地下结构 四、防空地下室结构的计算：四、防空地下室结构的计算：人民防空地下室设计规范 4.1.5 防空地下室结构在常规武器爆炸动荷载或核武器爆炸动荷载作用下，其动
11、力分析均可采用等效静荷载法。4.6.1 当采用等效静荷载法进行结构动力计算时，宜将结构体系拆成顶板、外墙、底板等结构构件，分别按单独的等效单自由度体系进行动力分析。4.10.1 防空地下室结构在确定等效静荷载和静荷载以后，可按静力计算方法进行结构内力分析。对于超静定的钢筋混凝土结构，可按由非弹性变形产生的塑性内力重分布计算内力 11 8 沉井与沉箱结构 一、沉井定义（课本一、沉井定义（课本144）：）：定义：定义：将位于地下一定深度的建筑物或建筑物基础，先在地面制成一个井筒状的结构物（沉井），然后在井壁的围护下通过从井内不断挖土，使沉井在自重作用下逐渐下沉，达到预定设计标高后，再进行封底，构筑
12、内部结构。也称为开口沉箱。二、沉井的构造（课本二、沉井的构造（课本171）：）：井壁：井壁即沉井的外壁。主要承担其自重及井外水土压力。刃脚：刃脚为井壁下端形如楔状的部分。其作用是减小下沉阻力，易于沉井自重作用下切土下沉。内隔墙：内隔墙为沉井的分隔墙。作用是加强沉井刚度、缩小外壁计算跨度，同时又将沉井分为多个取土井，便于掌握挖土位置以控制下沉的方向。封底及顶盖（课本174）底梁和框架（课本175）12 8 沉井与沉箱结构 三、沉井验算（课本三、沉井验算（课本193）：）：1、下沉系数验算 2、抗浮系数验算（课本（课本179页例题）页例题）3、刃脚验算：刃脚向外挠曲验算、刃脚向内挠曲验算（课本（课
13、本182页例题）页例题）4、沉井在竖直平面内受弯计算抽成垫木计算（井壁水平钢筋）：矩形（两点定位垫木和三点验算），圆形沉井（四个支撑点和八个支撑点的验算）。5、井壁垂直受拉计算（井壁竖向钢筋）：倾斜受拉验算和吊空受拉验算。6、水土压力作用下的井壁验算（井壁水平钢筋计算）：施工阶段设有横隔墙的结构、无横隔墙的沉井结构（独立沉井和连续沉井）、圆形沉井井壁内力计算。7、沉井底板和底梁的计算。13 9 地下连续墙结构 一、地连墙的施工方法（课本一、地连墙的施工方法（课本205）：）：地下连续墙是通过专用的挖（冲）槽设备，沿着地下建筑物的周边，按预定的位置，开挖出或冲钻出具有一定宽度与深度的沟槽，用泥浆
14、护壁，并在槽内设置具有一定刚度的钢筋笼；然后，用导管浇注水下混凝土，筑成一个单元槽，如此逐段进行，分段施工，用特殊方法接头，使之形成地下连续的钢筋混凝土墙体。二、导墙的作用：二、导墙的作用：在挖槽孔时起导向作用，提高槽孔垂直精度；储存泥浆，保持泥浆液面高度，稳定槽壁；支挡地表土，支承施工设备及固定钢筋笼、接头管；防止泥浆渗漏及地表水流入。14 9 地下连续墙结构 三、地连墙的计算方法（课本三、地连墙的计算方法（课本207表表9-1）：）：（一）较古典的计算方法：（一）较古典的计算方法：假设条件：土压力已知假设条件：土压力已知，不考虑墙体和支撑变形不考虑墙体和支撑变形。方法：假想梁法方法：假想梁
15、法、1 1/2 2分割法分割法、泰沙基法泰沙基法 （二）横撑轴向力、墙体弯矩不变：（二）横撑轴向力、墙体弯矩不变：假设条件：土压力已知假设条件：土压力已知，考虑墙体变形考虑墙体变形，不考虑支撑变形不考虑支撑变形。方法：山肩帮男法方法：山肩帮男法、弹性法等弹性法等 （三）横撑轴向力、墙体弯矩可变：（三）横撑轴向力、墙体弯矩可变：假设条件：土压力已知假设条件：土压力已知，考虑墙体考虑墙体、支撑变形支撑变形。方法：日本弹塑性法方法：日本弹塑性法、有限元法有限元法 （四）共同变形理论：（四）共同变形理论：假设条件：土压力随墙体变位而变化假设条件：土压力随墙体变位而变化，考虑墙体考虑墙体、支撑变形支撑变
16、形 方法：森重龙马法方法：森重龙马法、有限元法有限元法 15 10 盾构法隧道结构 一、结构计算方法选择：一、结构计算方法选择：根据管片接头的力学处理方法的不同，有以下几种。把管片环视为抗弯刚度相同的圆环的方法；（a）不考虑管片接头弯曲刚度降低，把管片环视为与管片主断面弯曲刚度EI相同的均匀刚性环的方法（b）接头的弯曲刚度的降低用整个环的刚度降低来评价，取管片环的刚度为EI的均匀刚性环的方法。考虑交错配置的接头部分弯矩的分配，把弯矩用（：弯矩增加率 ）加以增减，主断面的设计弯矩采用（1+）M，管片接头设计弯矩采用（1-）M的方法。这种方法称为惯用设计法：按自由变形均质圆环计算内力按自由变形均质圆环计算内力、考虑土壤介质侧向弹性抗力的圆环内力计算考虑土壤介质侧向弹性抗力的圆环内力计算、日本惯用修日本惯用修正法正法 16 10 盾构法隧道结构 一、结构计算方法选择：一、结构计算方法选择：根据管片接头的力学处理方法的不同，有以下几种。把管片环视为多铰环的方法；是英国和前苏联在比较良好的围岩比较良好的围岩中采用的计算方法。管片环伴随隧道的变形，产生地层反力，从而保证了多铰环的稳定状态。把管片环
