地下浅埋通道设计汇总.doc
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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：
11.8m。
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，重度=17.5kN/m，c=27kN/m，，φ=17°
4、土层厚度以埋置深度为界。
5、地面超载：
12.64kN/m。
6、水土压力分项系数：
1.2。
7、地面超载荷载分项系数：
1.2。
8、混凝土强度等级为C30；重度为25kN/m；弹性模量为1.410MPa；泊松比为0.167。
9、钢筋等级为HPB335。
10、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》——GB50010-2010
2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》——JTGD62-2004
3、《公路桥涵地基与基础设计规范》——JTGD63-2007
4、《公路桥涵设计通用规范》——JTGD60-2004
5、《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：
2、水压力：
3、顶板自重：
4、底面超载：
5、综上所述，
（2）板底荷载计算
（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。
（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
其中ka为主动土压力系数
1.土的侧向压力
顶板处土的侧向压力
底板处土的侧向压力
2、侧向水压力
顶板处水压力
底板处水压力
综上所述,顶板侧压力为：
底板侧压力为
三、内力计算
（1）弯矩分配法计算内力
1、计算简图
地下通道纵向较长，横向较短，结构所受荷载沿纵向的大小近于不变，故在不考虑结构纵向不均匀变形的情况下，将此结构按照平面应变问题处理。
沿纵向取单位长度（1m）的截条，当做闭合框架计算，忽略加腋的影响。
忽略中隔墙面积稍小于其他墙体，将杆件简化为等截面杆。
同时，由于中隔墙刚度相对较小，侧向力并不十分大，认为中隔墙与上下板的连接方式为铰接，即只能承受轴力的二力杆。
计算跨度取中轴线中心至中心距离。
得，侧墙计算跨度4.13m，顶板与地板计算跨度为3.875m。
在弯矩分配时，不考虑线位移的影响，所以除中隔墙之外所有构件EA认为无穷大，。
对中隔墙,EI认为是0，EA=1.4×1010×0.55×1=7700000kN。
由荷载计算可见，顶板荷载和地基反力并不平衡，但由于侧壁摩阻力存在，使其保持平衡。
所以在侧壁下设置活动绞支座。
运用结构力学求解器，其代码如下；
结点,1,-3.875,0
结点,2,0,0
结点,3,3.875,0
结点,4,-3.875,4.13
结点,5,0,4.13
结点,6,3.875,4.13
单元,1,2,1,1,1,1,1,1
单元,2,3,1,1,1,1,1,1
单元,1,4,1,1,1,1,1,1
单元,4,5,1,1,1,1,1,1
单元,5,6,1,1,1,1,1,1
单元,6,3,1,1,1,1,1,1
单元,2,5,1,1,0,1,1,0
结点支承,1,1,0,0
结点支承,3,3,0,0,0
结点支承,2,1,0,0
单元荷载,4,3,278.9,0,1,90
单元荷载,5,3,278.9,0,1,90
单元荷载,1,-3,315,0,1,90
单元荷载,2,-3,315,0,1,90
单元荷载,6,5,104.2,167.2,0,1,90
单元荷载,3,5,167.2,104.2,0,1,90
单元材料性质,7,7,7700000,1,0,0,-1
单元材料性质,1,6,-1,194104,0,0,-1
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
2、顶板与中隔墙交点；
3、底板与侧墙交点；
4、底板与中隔墙交点；
（4）抗浮验算
取1m宽板带，进行验算。
所以；
在安全范围内。
四、配筋计算
（1）材料参数
根据《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》——JTGD62-2004中规定；
C30等级混凝土抗压强度设计值；fcd=13.8N/mm²
C30等级混凝土抗拉强度设计值；ftd=1.39N/mm²
HPB335等级钢筋强度设计值；fyd=280N/mm²
除中隔墙外均按照压弯构件进行配筋，中隔墙按照受压构件进行配筋。
采用对称配筋的形式，示意图如下；
（2）跨中正截面配筋计算（除中隔墙外）
1、截面尺寸
构件AB与CD长度为l=3.875m，构件AD长度为l=4.13m。
截面高度h=550mm。
截面宽度b=1000mm，
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as＝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
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。
选出下列情况；
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5.3.10条规定。
计算偏心受压构件正截面承载力时，对长细比lo/i＞17.5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；
其中；
Lo为构件计算长度，对两端固定的构件取0.51.
1E截面
由于lo/h＞5，考虑放大系数；
由于想、
实际配筋取
2、F截面
3、G截面
（3）节点正截面配筋计算
1、截面尺寸
构件AB与CD长度为l=6.2m，构件AD长度为l=6m。
截面高度h＝600mm。
截面宽度b＝1000mm，
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as＝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
选出下列情况
对BA点,M=114.3KN·m；N=257.1KN
对AB点,M=183.8KN·m；N=257.1KN
对AD点,M=258.3KN·m；N=509.9KN
对DA点,M=107KN·m；N=509.9KN
对DC点,M=177.2KN·m；N=303.4KN
对CD点,M=328.6KN·m；N=303.4KN
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5.3.10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：
其中：
Lo为构件计算长度，对两端固定的构件取0.51.
1、BA截面
2、AB截面
3、AD截面
4、DA截面
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5、DC截面
6、CD截面
（4）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5.2.9条规定：
最大剪力为
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5.2.10条规定：
上式中1.25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。
（5）中隔板配筋计算
对于轴心受压构件，其承载力为：
其中，由于构件的l/ho=3.63/0.55=6.6＜10，所以。
实际轴心压力远小于混凝土自身抗压承载力
按最小配筋率进行配筋。
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9.1.12条规定，轴心受压构件全部纵筋配筋率不得小于0.5%；同时，一侧钢筋配筋率不得小于0.2%。
所以，受拉区和受压区配筋率都取0.25%
采用对称配筋，左右两侧给实际配筋取。
五、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0.15%，对侧墙应大于0.20%。
在本结构设计中，纵向分布钢筋采用：
①顶板（一侧）：
0.5×0.15%×1000×600=450mm2，配置φ12@250（AS=452mm2）；
②底板（一侧）：
0.5×0.15%×1000×600=450mm2，配置φ12@250（AS=452mm2）；
③侧墙（一侧）：
0.5×0.2%×1000×600=600mm2，配置φ14@250（AS=616mm2）；
④中隔墙（一侧）：
0.5×0.2%×1000×600=600mm2，配置φ14@250（AS=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9.1.4条规定：
对于受压钢筋：
la≥25d=25×20=500mm
对于受拉钢筋（直端）：
la≥30d=30×20=600mm
对于受拉钢筋（弯钩段）：
la≥20d=25×20=500mm
（8）钢筋截断长度
顶板与底板在中隔墙处，横向受力钢筋要加密。
其截断长度（从支座边缘起算）取：
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