地下的建筑结构课程设计
地下的建筑结构课程设计 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
遵义师范学院
本科生课程设计
题目浅埋矩形闭合框架结构设计
学生姓名黎进伟
学号
课程名称《地下建筑结构课程设计》
学院工学院
所学专业土木工程
指导教师欧光照
一、课题设计与分工要求
（一）设计课题
课题：浅埋矩形闭合框架结构设计
（二）课题分工与要求
课题：所有同学完成，每位同学参数不同。
二、目的和要求
1、掌握常见各地下结构的设计原则与方法，了解基本的设计流程；
2、综合运用地下工程设计原理、工程力学、钢筋混凝土结构学及工
程施工、工程技术经济的基本知识、理论和方法，正确地依据和使用现行技术规范，并能科学地搜集与查阅资料（特别希望各位同学能够充分利用好网络资源）；
3、掌握地下建筑结构的荷载的确定；矩形闭合框架的计算、截面设
计、构造要求；附建式地下结构的内力计算、荷载组合、截面设计及构造；基坑围护结构的内力计算、稳定性验算、变形计算及构造设计；地下连续墙结构的施工过程及计算要点。
4、掌握绘制地下结构施工图的基本要求、技能和方法；
5、要求同学们以课题为核心，即要求团结协作，培养和发扬团队精
神，又要求养成独立自主，勤奋学习，培养良好的自学能力和正确的学习态度。
三、应完成的设计工作量
（一）计算书一份
1、设计资料：任务书、附图及必要的设计计算简图；
2、荷载计算、尺寸的确定、内力计算、截面的设计及验算、稳定
性验算、抗浮的验算、基础承载力的计算等（根据各课题的要求不同选择计算内容）；
3、关键部位配筋的注意事项。
4、可能的情况下提供多施工方案（两个即可）比较。
5、依据施工要求的截面尺寸设计。
四、设计时间：两周（12月17日至12月28日）
五、主要参考资料
1、《地下建筑结构》（第一版），朱合华主编，中国建筑工业出版
社编，2005
2、《地下结构工程》，东南大学出版社，龚维明、童小东等编，
2004
3、《建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）》，中国建筑工业出版
社，1999
4、《基坑工程手册》，中国建筑工业出版社，刘建航、候学渊编，
1997
5、《钢筋混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），中国建筑工
业出版社，2002
6、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002），中国建筑工业
出版社，2002
7、中华钢结构论坛（）。
8、《《城市桥梁设计荷载标准》》（CJJ77-98）
9、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
六、设计资料
题目1：某浅埋地下通道，总长度30m，所处位置及地质剖面见图1及表1。采用钢筋砼矩形框架，地面活载为m2,恒载为m2。设计该框架通道，并分析其可靠性。
表1 题目1各土层资料
图1 地质剖面及设计断面样式
学生分组及参数对应表
指导教师：欧光照施工方法：地下连续墙 h2=
一、荷载计算.
（1）顶板荷载计算
1、覆土压力：
2i i /35.911)105.17(5.15.172.318q h r m KN =?-+?+?==∑土 2、水压力：
2w w m /N 10110h r q
=?==水
3、顶板自重：㎡/KN 85.1455.027d q =?==γ
4、底面超载：KN/m212q =
5、
综上所述，㎡顶/KN 2.1281285.141035.91q =+++=
（2）板底荷载计算
㎡
）（顶
底
/KN 35.1469/2563.34.055.055.02.12.128L
p 2.1q q
=??++?
+=?
+=∑
（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。
㎡底
反
/164.17N d 2.1q q
=+=γ
(4) 侧墙荷载计算
根据朗肯主动土压力计算方法，计算土中侧向土压力。并且用土水分算法，计算侧向水压力。 1、侧向土压力 主动土压力
k
k a
a c q 2z p
a
-+=）（γ
其中??ka 为主动)2
45(tan 2?-=?
k a
土压力系数
1.土的侧向压力 顶板处土的侧向压力
2
2m /KN 05.1040548.015.75.15.172.31840)245(tan )(=-??+?+?=--=?∑）（?
i
i i h r e
底板处土的侧向压力
22m /KN 55.2840548.05.55.75.15.172.31840)245(tan )(=-??+?+?=--=?∑）（?
i
i i h r e
2、侧向水压力 顶板处水压力
2/71107.0m KN h e w w =??==ψγ
底板处水压力
2/5.385.5107.0m KN h e w w =??==ψγ
综上所述,顶板侧压力为：
2/46.20)705.10(2.1(2.1m KN e e q w =+?=+?=）侧 底板侧压力为
2/46.80)5.3855.28(2.1(2.1m KN e e q w =+?=+?=）侧
二、内力计算
（1）弯矩分配法计算内力
1、计算简图
其计算简图如下；内力计算
弯矩图
剪力图
轴力图
（3）设计弯矩、剪力、轴力，
考虑到安全因素，在基数按设计弯矩、剪力、轴力，以及之后的配筋过程中，均按照弯矩分配法算得内力进行计算。
易知，最大弯矩均出现在中轴线处。然而，底板与顶板与侧墙与中隔墙现浇在一起。截面刚度相对较大，危险截面一般出现在支座边缘。
所以，要计算设计弯矩、剪力和轴力。 1、顶板与侧墙交点 5
m *KN 1.389275.02.3561.2912
b
Q M p p =?+=?
-=上M m *KN 2.242275.08.1771.2912
b
Q M p p =?=?-=—侧M m *KN 8.361275.046.202.356-2b
q Q p =?-=?
-=上Q m KN Q *2.172275.046.208.1772b
q Q p =?=?-=—侧
2、顶板与中隔墙交点；
m KN M *4.292.065.2221.15-2
b
Q M p p =?+=?-=上 m KN Q *7.2262.046.2065.222-2
b
q Q p =?-=?
-=上 3、底板与侧墙交点；
m KN M *7.169275.078.5931.1532b
Q M p p =?+=?-=下 m KN M *2.117-275.073.99-77.89-2b
Q M p p =?=?-=侧
m KN Q *9.104275.017.16478.592b
q Q p =?--=?-=下
m KN Q *9.121-275.046.8073.99-2b
q Q p =?-=?-=侧
4、底板与中隔墙交点；
m *KN 0.3002.028.6411.2872
b
Q M p p =?+=?-=底M m *KN 1.97-2.017.16428.64-2
b
q Q p =?-=?
-=上底Q （4）抗浮验算
取1m 宽板带，进行验算。
KN 0.4955.59101000gv =???==ρ浮Q
KN 75.4534.015.555.025.5255.09102500gv =??+??+????==）（自重ρQ
KN 2.82917505.117502.31800gh =??+?+?==）（上覆土ρQ
所以；1.108.10
.4952
.8275.453Q <=+==
浮重Q K 在不安全范围内。
三、配筋计算
（1）跨中正截面配筋计算（除中隔墙外）
1、截面尺寸
考虑到结构为地下建筑物，钢筋保护层厚度一般至少要增大10mm,取保护层厚度ｃ＝40mm ，取a s ＝55mm 。 2、确定小偏心还是大偏心
对于C30等级混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高度
ξ
ξ
b
o c b b
bh f N ==控制内力56
.0
在内力计算中得到的轴力都远小于控制内力，构件认为是大偏心构件。 3、配筋计算（采用对称配筋）
给据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定。计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比lo/i ＞的构件，应考虑构件在弯矩作用平
面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，将轴向力对截面重心轴的偏心距eo 乘以偏
心距增大系数n ，相关公式如下；0
.101
.015.10.17
.22.0)(/1400110
10
12
12000≤+=≤+=+
=h
h
h e e e h
l
ζζζζη
其中；N
M e =0
（2）节点正截面配筋计算
1、截面尺寸
考虑到结构为地下建筑物，钢筋保护层厚度一般至少要增大10mm,取保护层厚度ｃ＝40mm ，取a s ＝55mm 。 2、确定小偏心还是大偏心
由于由计算简图算出的内力为节点处内力，而实际的不利截面是侧墙边缘处的截面，对应此截面的弯矩即为设计弯矩，在之前已经求出。
对于C30等级混凝土，HPB335等级钢筋，界限相对受压区高ξ
ξ
b
o c b b
bh f N ==控制内力
56
.0
4、配筋计算（采用对称配筋）
给据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定。计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比lo/b ＞5的构件，应考虑构件在弯矩作用平面内的挠曲对轴向力偏心距的影响，将轴向力对截面重心轴的偏心距eo 乘以偏心距增大系数n ，相关公式 如下：
.101.015.10.17
.22.0)(/1400110
10
12
1000≤+=≤+=+
=h
h
h e e e h
l
ζζζζη
其中：N
M e =0
（3）斜截面抗剪配筋计算
跨中剪力值较小（≈0KN ），可不做斜截面承载力验算。
对于节点剪力，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定：
最大剪力为03max 1051.0bh f V cu ??=- 结构所有节点处剪力均满足要求。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定：
023105.025.1bh f V td α???≤-
上式中 为板式受弯构件提高系数.
除中隔板底部剪力略大于430KN 之外，其他截面均满足要求。但考虑到，配筋采用弯矩分配法。计算时，比较保守。同时，参考弹性地基梁计算中隔板底部的内力，认为也满足要求。由此说明断面厚度足够，不用配置箍筋。
(4)中隔板配筋计算
对于轴心受压构件，其承载力为：)(9.0''
s sd cd A f A f N +≤?
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定，轴心受压构件全部纵筋配筋率不得小于%；同时，一侧钢筋配筋率不得小于%。所
以，受拉区和受压区配筋率都取%
bh A s s min ,min ,ρ=
四、构造说明
（1）混凝土保护层厚度
地下结构的特点是外侧与土、水相接触，内测相对湿度较高。故受力钢筋保护层厚度最
小厚度比地面机构增加5~10mm 。 本结构设计中c=40mm 。
（2）横向受力钢筋
为便于施工，将横向受力钢筋与纵向分布钢筋制成焊网。 ①外侧横向钢筋制成为一闭合钢筋圈。 ②内侧钢筋则沿横向通长配置。
（3）纵向分布钢筋
由于考虑混凝土的收缩、温差影响、不均匀沉降等因素的作用，必须配置一定数量的纵向分布钢筋。
纵向分布钢筋的配筋率：顶、底板应大于%，对侧墙应大于%。 在本结构设计中，纵向分布钢筋采用：
①顶板（一侧）：×%×1000×600=450mm 2，配置φ12@250(A S =452mm 2)； ②底板（一侧）：×%×1000×600=450mm 2，配置φ12@250(A S =452mm 2)； ③侧墙（一侧）：×%×1000×600=600mm 2，配置φ14@250(A S =616mm 2)；
④中隔墙（一侧）：×%×1000×600=600mm2，配置φ14@250(A S=616mm2)。（4）纵向与横向分布网片
④在侧墙与中隔墙中，横向分布网片取φ12@400。
②在顶板与底板中，纵向分布网片取φ12@400。
（5）箍筋
断面厚度足够，不用配置箍筋。
（6）刚性节点构造
框架转角处的节点构造应保证整体性，根据此处钢筋的布置原则，此点构造说明如下：
①沿斜托单独配置斜向直线钢筋φ18@250。
②沿着框架转角处外侧的钢筋，其钢筋弯曲半径
R=200mm>10d=18×10=180mm。
③为避免在转角部分的内侧发生拉力时，内侧钢筋与外侧钢筋无联系，是表面混凝土容易脱落，故在外侧钢筋的周围，要加密纵向分布钢筋。故配置5φ14钢筋。
（7）锚固长度
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规范第条规定：