同济大学地下建筑结构期末复习重点

衬砌结构主要是起承重和围护作用。

承重，即承受岩土体压力、结构自重以及其它荷载作用；围护，即防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等。

土层地下建筑结构型式:（一）浅埋式结构：（二）附建式结构：（三）沉井结构（四）地下连续墙结构：（五）盾构结构（六）沉管结构：（七）桥梁基础结构（八）其它结构：还包括顶管结构和箱涵结构等地下建筑与地面建筑结构的区别:（1）计算理论、设计和施工方法（2）地下建筑结构所承受的荷载比地面结构复杂。

（3）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。

计算理论上最主要差别：在地下建筑结构设计中除了要计算因素多变的岩土体压力之外，还要考虑地下结构与周围岩土体的共同作用。

岩石地下建筑结构形式:主要包括直墙拱形、圆形、曲墙拱形等。

（一）、拱形结构1．贴壁式拱形结构（1）半衬砌结构（2）厚拱薄墙衬砌结构（3）直墙拱形衬砌（4）曲墙拱形衬砌结构2．离壁式拱形衬砌结构（二）喷锚结构（三）穹顶结构（四）连拱隧道结构（五）复合衬砌结构最常用的是拱形结构，具有以下优点：（一）地下结构的荷载比地面结构大，且主要承受垂直荷载。

因此，拱形结构就受力性能而言比平顶结构好（二）拱形结构的内轮廓比较平滑，只要适当调整拱曲率，一般都能满足地下建筑的使用要求，并且建筑布置比圆形结构方便，净空浪费也比圆形结构少。

（三）拱主要是承压结构。

适用于采用抗拉性能较差，抗压性能较好的砖、石、混凝土等材料构筑。

材料造价低，耐久性良好，易维护。

普氏压力拱理论：洞室开挖后如不及时支护，洞顶岩土将不断垮落而形成一个拱形，又称塌落拱。

其最初不稳定，若洞侧壁稳定，则拱高随塌落不断增高，如侧壁不稳定，则拱高和拱跨同时增大。

当洞的埋深较大时塌落拱不会无限发展，最终将在围岩中形成一个自然平衡拱。

荷载种类:按存在状态分为静荷载、动荷载和活荷载;按其作用特点:永久（主要）荷载、可变（附加）荷载和偶然（特殊）荷载.水土压力分算：砂性土和粉土.水土压力合算：粘性土围岩压力是指位于地下结构周围变形及破坏的岩层，作用在衬砌或支撑上的压力。

围岩压力可分为围岩垂直压力、围岩水平压力及围岩底部压力。

影响围岩压力的因素: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相关。

岩体稳定性的关键在于岩体结构面的类型和特征。

确定围岩压力的方法:工程类比法,理论计算,现场实测围岩压力的计算方法:1、按松散体理论计算围岩压力1）垂直围岩压力①浅埋结构上的垂直围岩压力②深埋结构上的垂直围岩压力(普氏理论,抛物线状的天然拱) 2）水平围岩压力3）底部围岩压力2、按弹塑性体理论计算围岩压力芬诺公式3、按围岩分级和经验公式确定围岩压力初始地应力一般包括自重应力场和构造应力场.自重地应力可由有限元法求得，构造地应力可由位移反分析方法确定.时间效应：Ⅳ级以下围岩一般呈现塑性和流变特性喷层将受到来自围岩的挤压力。

这种挤压力由围岩变形引起，常称作“形变压力”释放荷载等效结点力的求法：一：根据结点力静力等效原则——单元应力法.二：洞周边界等效结点力法弹性抗力大小和作用范围的描述方法1）局部变形理论2）共同变形理论文克尔假定的局部变形理论:假定围岩在某点的弹性抗力和围岩在该点的变形成正比弹性地基梁，是指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。

弹性地基梁与普通梁的区别：1弹性地基梁是无穷多次超静定结构。

普通梁是静定的或有限次超静定的结构超静定次数是无限还是有限，这是它们的一个主要区别。

2普通梁的支座通常看作刚性支座，弹性地基梁则必须同时考虑地基的变形。

地基的变形是考虑还是略去，这是它们的另一个主要区别。

弹性地基梁的计算模型:1局部弹性地基模型(优点:可以考虑梁本身的实际弹性变形;缺点：没有反映地基的变形连续性，对于密实厚土层地基和整体岩石地基，将会引起较大的误差。

)2. 半无限体弹性地基模型.优点:反映了地基的连续整体性缺点：其中的弹性假设没有反映土体的非弹性性质，均质假设没有反映土体的不均匀性，半无限体的假设没有反映地基的分层特点等弹性地基梁的分类:当弹性地基梁的换算长度1< λ<2.75时，属于短梁;当换算长度λ ≥ 2.75时，属于长梁若荷载作用点距梁两端的换算长度均不小于2.75时,称为无限长梁；仅距梁一端的换算长度不小于2.75时,称为半无限长梁;当换算长度λ ≤ 1时，属于刚性梁。

地下结构计算方法大致可分为两类：1）荷载——结构法；主要包括：地层的合理化模拟、结构模拟、施工过程模拟以及施工过程中结构与周围地层的相互作用、地层与结构相互作用的模拟。

2）地层——结构法。

地下结构可分为五大类：（1）拱形结构（2）圆形和矩形管状结构,分为整体式和装配式（3）框架结构（4）薄壳结构（5）异形结构中国隧道及地下工程设计模型:经验类比模型,荷载——结构模型,地层——结构模型,收敛限制模型新奥法（简称NATM），基本原则是尽量利用地下工程周围围岩的自承载能力。

具体做法是先用柔性支护（通常为喷锚，称为—次支护）控制围岩的变形及应力重分布，使之达到新的平衡，然后再进行永久性支护（通常为整体模筑钢筋混凝土衬砌）。

复合衬砌支护,基本原理在于：1）充分利用或发挥围岩的自承能力；2）增强围岩的强度，均衡围岩应力的分布，允许围岩有一定程度的变形，以减小对支护的围岩压力；3）利用现场的监测值进行反馈施工。

可靠度分析划分为四个层次（一）“半经验半概率法”（二）“近似概率设计法”（三）“全概率法”（四）“广义可靠性分析”可靠指标的近似计算方法,即中心点法、验算点法、JC法、随机变量相关时的可靠度的分析方法以及蒙特卡罗模拟结构体系的失效模型：串联模型、并联模型和串-并联模型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,施工能力,技术、经济、安全、环境浅埋式结构形式：直墙拱、矩形框架和梁板式结构矩形闭合框架的荷载，可分为静载、活载、特载以及地震等偶然荷载荷载计算1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2底板上的荷载3土层侧向压力侧向水压力抗浮验算构造要求: 1 配筋型式 2 混凝土保护层.3 横向受力钢筋.4 分布钢筋.5 箍筋.6 刚性节点构造.7 变形缝的设置及构造(变形缝的构造方式：嵌缝式、贴附式、埋入式。

)附建式地下结构选型的依据：上部地面建筑的类型、战时防护能力的要求、地质及水文地质条件、战时与平时使用的要求、建筑材料的供应情况、施工条件等等。

附建式地下结构的型式和特点1）梁板结构顶盖为钢筋混凝土梁板结构。

跨度小，采用无梁体系。

2）板柱结构满足平时使用要求，顶板采用无梁钢筋混凝土板式结构。

3）箱形结构钢筋混凝土空间结构。

4）其他结构选择考虑的因素：1上部结构的类型2战时防护能力的要求3地质及水文地质条件4战时与平时使用的要求5建筑材料的供应情况6施工条件等优点：（1）节省建设用地和投资；（2）便于平战结合，人员和设备容易在战时迅速转入地下；（3）增强上层建筑的抗地震能力，在地震时防空地下室可作为避震室；4上层建筑对战时核爆炸冲击波、光辐射、早期核辐射以及炮（炸）弹有一定的防护作用；（5）结合基本建设同时施工，便于施工管理，同时也便于维护。

构造要求:（一）建筑材料的最低强度等级（二）结构的最小厚度（三）保护层最小厚度（四）变形缝的设置（五）圈梁的设置（六）构件相接处的锚固梁板式结构:主要用作人员掩蔽工事的防空地下室；顶盖常采用整体式钢筋混凝土梁板结构或无梁结构。

附建式地下结构7.2.1 顶板荷载1．核爆炸冲击波超压所产生的动载2．顶板以上的静荷载3．顶板自重计算简图中应表示出：荷载的形式、位置和数量；板的跨数、各跨的跨度尺寸，板的支承条件等。

整体式梁板结构，可分为单向板梁板结构和双向板梁板结构。

7.2.2 侧墙荷载1. 压缩波形成的水平方向动载，按等效静载考虑。

2.顶板传来的动荷载与静荷载3.上部地面建筑自重4.侧墙自重5.土体侧压力及水压力，分算考虑7.2.3 基础（一）条形基础（二）整体基础: 7.2.4 承重内墙（柱）第一种情况大量性防空地下室底板的荷载组合第二种情况，防护等级更高防空地下室底板的荷载组合7.3 口部结构7.3.1 室内出入口7.3.2 室外出入口(有阶梯式与竖井式两种形式)7.3.3 通风采光洞保证地下室防核爆炸冲击波和早期核辐射的能力。

通风采光洞设计的一般原则1．仅大量性防空地下室才开设通风采光洞。

等级稍高的防空地下室不宜开设通风采光洞，而以采用机械通风为好。

2．外墙开设的洞口宽度，不应大于地下室开间尺寸的1/3，且不应大于1.0m。

3．临战前必须用粘性土将通风采光井填土。

4．在通风采光洞上，应设防护挡板一道。

5．洞口的周边应采用钢筋混凝土柱和梁予以加强，使侧墙的承强力不因开洞而降低。

6．在洞口上缘的圈梁应按过梁进行验算。

沉井结构设计的主要环节(一) 沉井建筑平面布置的确定；(二) 沉井主要尺寸的确定和下沉系数的验算。

1．参考已建类似沉井结构，初定沉井的几个主要尺寸，如沉井平面尺寸、沉井高度、井孔尺寸及井壁厚度等，并估算下沉系数，以控制沉速；2．估算沉井的抗浮系数，以控制底板的厚度等。

(三) 施工阶段强度计算1．井壁板的内力计算；2．刃脚的挠曲计算；3．底横梁、顶横梁的内力计算，4．其它。

(四) 使用阶段的强度计算(包括承受动载) 1．按封闭框架(水平方向的或垂直方向的)或圆池结构来计算井壁并配筋；2．顶板及底板的内力计算及配筋。

旱地沉井施工的主要工序1 制作第一节沉井2 挖土下沉：抽垫、挖土3 接高沉井4 筑井顶围堰5 地基检验和处理6 封底沉箱结构一般由侧壁、隔墙、顶板、刃脚、吊桁、工作室顶板、内部充填混凝土、胸墙和止水壁等构成。

优点: 1)埋置深度大，整体性强、稳定性好，能承受较大荷载；2)下沉过程中无需设置坑壁支撑或板桩围壁，简化了施工；3)沉井施工时对邻近建筑物影响较小。

缺点: 1)施工期较长；2)施工技术要求高；3)施工中易发生流砂造成沉井倾斜或下沉困难等。

刃脚计算,悬臂作用,必须验算刃脚部分向外和向内挠曲的悬臂状态受力情况计算步骤1计算井壁自重G 2计算刃脚自重g 3计算刃脚上的水、土压力E 4在计算刃脚向外挠曲时，作用在刃脚外侧的计算土压力和水压力的总和5计算刃脚上的土对井壁的摩擦力,计算刃脚下土的反力，即踏面上土反力V1和斜面上土反力R6确定刃脚内侧竖直钢筋地下连续墙:利用挖槽机械，借助于泥浆的护壁作用，在地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注混凝土而形成一道具有防渗(水)、挡土和承重功能的连续的地下墙体，称为地下连续墙。