(地下建筑结构)第四章(地下结构荷载计算)
地下室楼板承重荷载复核计算说明
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。
地下结构设计
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。
地下结构设计智慧树知到答案章节测试2023年华北科技学院
第一章测试1.地下建筑结构是埋置在地层内部的结构。
可以是自然形成的还可以是人工修建的，人工修建的地下结构各部分均不能利用地面建筑的理论和方法进行设计（）。
A:对B:错答案:B2.地下建筑结构与地面建筑结构区别（）A:介质环境不同B:施工方法不同C:设计理念不同D:计算理论不同答案:ABCD3.隧道是最常见的地下结构形式，根据其所在的位置可分为三大类（）A:水下隧道B:山岭隧道C:交通隧道D:城市隧道答案:ABD4.地下结构断面形式受到哪些影响因素（）A:施工方案B:使用要求C:受力条件D:水纹状态答案:ABC5.地下结构设计的初步设计阶段主要是在满足使用要求的情况下，解决设计方案的（），并提出投资、材料、施工等指标。
A:经济上的合理性B:结构荷载标准值C:资金筹备途径D:技术上的可行性答案:AD第二章测试1.结构响应是指分析计算影响拟建结构的各种各样作用会对结构产生什么样的作用效应，包括使结构产生内力和变形（）A:对B:错答案:A2.活荷载指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其大小和作用位置都可能变化。
下列属于地下结构上常见的活荷载的是（）。
A:车辆荷载B:地面堆载C:弹性抗力D:吊车荷载答案:AB3.在地下结构设计中对衬砌结构起控制作用荷载是（）A:地层压力B:结构自重C:水压力D:弹性抗力答案:A4.由《土力学》的学习我们可知土体具有材料和荷载的双重属性。
当我们验算是土地能否承受其竖向压力，变形大小时是研究的地基土的（）属性A:弹性B:荷载C:材料D:三相答案:C5.岩层洞室埋深100m，洞室开挖宽度2a=6.0m，高h=9m。
土体重度γ=18kN/m3,黏聚力c=0.2MPa，内摩擦角φ=30º，求此地下结构物上部能否形成岩石拱，如果能，请计算结构顶板的最大竖直围岩压力集度是（）kN/m。
A:200B:302C:214D:170答案:C第三章测试1.本章学习地下结构设计原理与计算方法是为了解决地下（）的相关理论，具体的计算方法还要根据结构形式和施工方法来确定。
第四章 地下建筑结构的计算方法22页PPT
0.8
永久交通洞
1.3
以Q法为基础的岩石支护设计简图
Q系统支护卡
§3 荷载结构法
方法：
先给出地层对结构的荷载（土、水压力），再按 结构力学方法计算。 关键是荷载的确定方法。
§4 地层结构法
将地层与结构视为一整体来进行分析，考虑地 层-结构的共同作用。
求解方法： 解析法 数值法
§4 地层结构法
较可靠的方法：综合采用结构计算、经验 判断和实地量测相结合的“信息化设计” 方法。
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§5 收敛限制法
认为地层有一定的自承能力，支护的目的是 将地层加强，二者共同作用。 监测反馈、适时支护。
收敛限制法： 又称特征线法或变形法，是一种以理论为基
础、实测为依据、经验为参考的隧道设计方法。 由法国人1978年在新奥法的基础上提出。
§5 收敛限制法
收敛线概念： 据地层及洞室情况可有弹性、塑性、松动等三 段。
§4 地层结构法
有限元法： 适用性强（各种地层、洞室，非线性，施
工过程等）；缺点：本构关系难以准确给出。输 入参数不正确，则给出错误结果。
§5 收敛限制法
基本思想来源于新奥法（NATM—New Austrian Tunneling Method）。 NATM要点：
在施工过程中量测洞室收敛位移，以判断洞室 稳定性及支护结构的加固效果，并据此对设计 进行必要的修改。
限制线概念：
支护时间和结构刚度的 合理选择：（图 ）
§5 收敛限制法
收敛线的确定： 解析法，难，不同部位的收敛线不一样； 有限元方法； 现场实测法
限制线的确定：与上类似
思想合理，但实际应用上尚待进一步发展
小结
地下建筑结构(4)
框架的顶底板厚度都比内隔墙大得多，中隔 墙的刚度相对较小，将中隔墙一般视为只承 受轴力的二力杆，
图4－8 纵梁和柱计算简图
浅埋地下建筑中的闭合框架，如地铁 通道、过江隧道、人防通道等，通常多平 面变形问题，计算时沿纵向取一单位宽作 为计算单元，对地基也截取相同的单位宽 并把它看作一个弹性半无限平面。 在静荷裁作用下的地下闭合框架， 可将地基梁作弹性半无限平面，按这个假 定计算框架结概通常称为弹性地基上的框 架。 框架的内力分析可采用如图所示的 计算简图，与一般平面框架的区别即在于 底板承受末勿的地基弹性反力而使内力分 析变为复杂。
S h h1 3
5.3.4抗浮计算
K Qg Qf 1.10
Qg 为结构自重、设备重量及上部覆土
重之和，但对箱体施工完毕后工况，仅 考虑结构自重； Q f 为浮力。
4.4 构造要求
4.4.1配筋形式
4.4.2混凝土保护层厚度
保护层最小厚度常比地面结构增加510mm。通常可按照“混凝土结构设计规 范”（GB50010-2002）规定采用，其环 境类别应属b类。
【例题3-1】 一单跨闭合的钢筋混凝土框架通道，置于弹性 地基上，几何尺寸如图3-29(a)所元 捞梁承受均布荷载2tm2， 材料的弹性模量E＝14×105t／m2，泊桑比μ＝0.167，地基的 形变模量E0＝5000t／m2，泊桑比μ0＝0.3， 设为平面变形问 题，绘制框架的弯矩图。
增加斜托，斜托的斜度控制在1：3左右比较 合适。转角部分的钢筋布置如图。
4.4.7变形缝的设置
伸缩缝和沉降缝 ， 变形缝的间距在 30m左右。 嵌缝式：结构内部 槽中填以沥青胶或 由环氧树脂和煤焦 油合成的环煤涂料 等，也可以在外部 贴防水层。
重庆大学版《地下结构设计》1-10章习题答案
第一章1.简述地下结构的概念和特点。
概念: 地下结构是指在保留上部地层（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筑的建筑结构。
特点:（1）地下空间内建筑结构替代了原来的地层, 结构承受了原本由地层承受的荷载。
在设计和施工中, 要最大限度发挥地层自承能力, 以便控制地下结构的变形, 降低工程造价。
（2）在受载状态下构建地下空间结构物, 地层荷载随着施工进程发生变化, 因此, 设计时要考虑最不利的荷载工况。
（3）作用在地下结构上的地层荷载, 应视地层介质的地质情况合理概化确定。
（4）地下水状态对地下结构的设计和施工影响较大, 设计前必须弄清地下水的分布和变化情况。
（5）地下结构设计要考虑结构物从开始构建到正常使用以及长期运营过程的受力工况, 注意合理利用结构反力作用, 节省造价。
（6）在设计阶段获得的地质资料, 有可能与实际施工揭露的地质情况不一样。
因此, 地下结构施工中应根据施工的实时工况动态修改设计。
（7）地下结构的围岩既是荷载的来源, 在某些情况下又与地下结构共同构成承载体系。
（8）当地下结构的埋置深度足够大时, 由于地层的成拱效应, 结构所承受的围岩垂直压力总是小于其上覆地层的自重压力。
2.简述地下结构的分类与形式。
按断面形式分类: 1）矩形2）圆形3）拱形4）其他形式按使用功能分类: 可分为生活设施、城市设施、生产设施、储藏设施、输送设施和防灾设施等按结构形式及施工方法分类: （1）喷锚结构（2）复合衬砌结构（3）盾构结构（4）沉管结构（5）沉井结构（6）地下连续墙结构（7）其他结构按与地面结构联系情况分类（1）附建式结构（2）单建式结构按埋置深度分类1）浅埋地下结构2）深埋地下结构3.简述地下结构计算理论的发展阶段和代表理论1.刚性结构阶段: 压力线理论该理论认为地下结构是由一些刚性块组成的拱形结构, 所受的主动荷载是地层压力, 当地下结构处于极限平衡状态时, 它是由绝对刚体组成的三铰拱静定体系, 铰的位置分别假设在墙底和拱顶, 其内力可按静力学原理进行计算。
完整版地下建筑结构课程设计计算书
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。
同济大学地下建筑结构习题集
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。
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4.3 岩土体压力的计算方法
土压力是土与挡土结构之间相
互作用的结果，它与结构的变位有
着密切关系。
立交渡槽流水压力 温度变化的影响力
冻胀力
11
偶
然
12
荷
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载
落石冲击力
地震力
施工荷载
12
注：[1]设计隧道结构时，按其可能出现的最不利情况组合。
表4-2 铁隧道设计规范（TB10003-2001,J117-2001）的隧道作用（荷载）分类
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 210621/3/8 17
分为基本可变荷载和其它可变荷载两类。
基本可变荷载，即长期的、经常作用的变化荷载， 如吊车荷载、设备重量、地下储油库的油压力、车辆、 人员等荷重人群荷载等。其它可变荷载，即非经常作 用的变化荷载，如温度变化、施工荷载（施工机具， 盾构千斤顶推力，注浆压力）等。
（3）偶然（特殊）荷载
偶然发生的荷载，如地震力或战时发生的武器爆
钢筋混凝土结构在爆炸动载作用下只需进行强度计算，不 作裂缝验算。
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4）安全系数 结构在静载作用下的安全系数可参照有关规范确定。 对于地下建筑结构，如施工条件差，不易保证质量和荷载
变异大时，对混凝土和钢筋砼结构需考虑用附加安全系数1.1。 静载下的抗裂安全系数不小于1.25，视工程重要性，可予
动载） 2021/3/8
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4.1.2 荷载组合
✓ 指将可能同时出现在地下结构上的荷载进行编组， 取其最不利组合作为设计荷载，以最危险截面中 最大内力值作为设计依据。
✓ 我国公路和铁路隧道设计规范中给出的永久、可
变及偶然荷载（在铁路隧道设计规范中采用概率
极限状态设计法时称为作用）参见表4-1和表4-2。
按结构力学计算。考虑抗爆动载时，允许考虑由塑性变形引
起2的021内/3/8 力重分布。
14
4.2 荷载的确定方法
3）截面计算原则 结构截面计算时，按总安全系数法进行，一般进行强度、
裂缝（抗裂度或裂缝宽度）和变形的验算等。混凝土和砖石结 构仅需进行强度计算，并在必要时验算结构的稳定性。
钢筋混凝土结构在施工和正常使用阶段的静荷载作用下， 除按强度计算外，一般应验算裂缝宽度，根据工程的重要性， 限制裂缝宽度小于0.10~0.20mm，但不允许出现通透裂缝。对较 重要的结构则不能开裂，即验算抗裂度。
提高。 结构在爆炸荷载作用下，由于爆炸时间较短，而荷载很大，
为使结构设计经济和配筋合理，其安全系数可以适当降低。 5）材料强度指标
一般采用工业与民用建筑规范中的规定值，亦可根据实际 情况，参照水利、交通、人防和国防等专门规范。
结构在动载作用下，材料强度可以提高；提高系数见有关 规定。
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可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载:
（1）永久（主要）荷载
即长期作用的恒载，主要包括：结构自重；回填
土重量；围岩压力；弹性抗力；静水压力（含浮力）；
混凝土收缩和徐变影响力、预加应力及设备自重等。
地层压力和结构自重是衬砌承受的主要静荷载，弹性
抗20力21/3是/8 地下结构所特有的被动荷载。
8
（2）可变（附加）荷载
附加荷载
附加荷载
13
特殊荷载
4.2 荷载的确定方法
4.2.1 确定依据
(1) 依据规范：
当前在地下建筑结构设计中试行的规范、技术措施、条
例等有多种。有的仍沿用地面建筑的设计规范，设计时应遵
守各有关规范 。
(2) 设计标准
1）根据建筑用途、防护等级、地震等级等确定。
2）地下建筑结构材料的选用
3）地下衬砌结构一般为超静定结构，其内力在弹性阶段可
荷载分类 永久作用
可变作用 偶然作用
荷载名称
结构自重 结构附加恒载
围岩压力 土压力
混凝土收缩和徐变的影响 列车活载
活载所产生的土压力 公路车辆荷载 冲击力
渡槽水流压力（设计渡槽明洞时） 制动力
温度变化的影响 灌浆压力 冻胀力
施工荷载（施工阶段的某些外力） 落石冲击力 地震力
荷载分类
恒载 活载
主要荷载
炸冲2021击/3/8 动荷载。
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4.1.2 荷载组合
各种荷载对结构可能不是同时作用，需进行最
不利情况的组合。先计算个别荷载单独作用下的结
构各部件截面的内力，再进行最不利的内不利的荷载组
合一般有以下几种情况：
（一）静载；
（二）静载+活载；
（三）静载+动载（原子爆炸动载、炮（炸）弹
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其他荷载：使结构产生内力和变形的各种因素中， 除有以上主要荷载的作用外，通常还有：混凝土材 料收缩（包括早期混凝土的凝缩与日后的干缩）、 温度变化等受到约束而产生的内力。
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地下结构所承受的荷载，按其作用特点及使用中
可能出现的情况分为以下三类，即永久（主要）荷载、
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活荷载：
指在结构物施工和使用期间可能存在的变动荷载，其 大小和作用位置都可能变化。
如地下建筑物内部的楼板地面荷载（人群物件和
设备重量）、吊车荷载、落石荷载等。地面附近的堆 积物和车辆对地下结构作用的荷载以及施工安装过程 中的临时性荷载。 动荷载：
要求具有一定防护能力的地下建筑物，需考虑原子武 器和常规武器（炸弹、火箭）爆炸冲击波压力荷载， 这是瞬时作用的动荷载；在抗震区进行地下结构设计 时，应计算地震波作用下的动荷载作用 。
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表4-1 公路隧道设计规范（JTJ026-90）的隧道荷载
编号
荷载分类
荷载名称
1
永
2
久
荷
3
载
4
（恒载）
围岩压力 结构自重力 填土压力 混凝土收缩和徐变影响力
5
基本
6 7
可变 可 荷载 变
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荷 载 其它
9
可变
10
荷载
公路车辆荷载、人群荷载 立交公路车辆荷载及其所产生的土压力 立交铁路列车活载及其所产生的土压力
第四章
地下建筑结构荷载
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本讲内容
• 荷载种类和组合 • 荷载确定方法 • 岩土体压力的计算方法 • 初始地应力、释放荷载与开挖效应 • 弹性抗力 • 其他荷载
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4.1 荷载种类和组合
4.1.1 荷载种类
按存在状态分为：静荷载、动荷载和活荷载等 静荷载：又称恒载。是指长期作 用在结构上且大小、方向和作用 点不变的荷载，如结构自重、岩 土体压力、弹性抗力和地下水压 力等 ；