安徽理工大学地下建筑结构.docx
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安徽理工大学地下建筑结构
地下建筑结构复习资料
第一章绪论
1.地下建筑
定义：
修建在土层和岩层中的各种工程建筑物，统称为地下建筑。
分类：
一类是修建在土层中的地下建筑结构；另一类是修建在岩层中的地下建筑结构
2.衬砌
定义：
修建地下建筑物时，首先按照使用要求在地层中开挖空间（洞室），然后沿洞室周边修建永久性支护结构——即衬砌（与岩、土层直接接触的结构），或称为被覆。
作用：
衬砌结构主要是起承重和围护两方面的作用。
承重，就是承受岩土体压力、结构自重及其他荷载作用；围护就是防止岩土体风化、坍塌、防水、防潮等
3.地下建筑结构的形式
--地下建筑结构的形式主要有使用功能、地质条件和施工技术等因素确定。
--结构形式首先由受力条件来控制，即在一定的条件下的围岩压力、水土压力和一定的爆炸与地震等荷载下求出的最合理和经济的结构形式。
地下建筑结构常见的横断面形状主要有如下几种：
矩形结构：
适用于工业、民用、交通等建筑物。
但直线构件不利于材料抗弯，故在地质条件较好、跨度较小或埋深较浅时常被采用。
圆形结构：
当受到均匀径向压力时，截面内弯矩为零，这就能充分发挥混凝土结构拉压强度高的特性，故在淤泥质土层等类似承受静水压力的地质条件下应优先采用。
直墙拱形结构：
当顶压较大时采用直墙拱形结构受力较为合理。
当底压较大时，底部可做成仰拱结构。
曲墙拱形结构：
当顶压和侧压都较大时宜采用曲墙拱形结构。
地下结构断面形式：
矩形、梯形、多边形、直墙拱形、曲墙拱形、扁圆形、圆形
4.综合地质条件、使用要求、技术条件等因素，地下建筑结构形式根据地质情况的差异可以分为土层和岩层内的两种形式
土层中地下建筑结构：
浅埋式结构、附建式结构、沉井结构（沉箱结构）、地下连续墙结构、盾构结构、沉管结构、其他结构
岩石地下建筑结构：
常用的是几种拱形结构、锚喷结构、穹顶结构
一、拱形结构
1.贴壁式拱形结构：
是指衬砌结构与围岩之间的超挖部分应进行回填的衬砌结其包括半衬砌结构、厚拱薄壁墙衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙拱形衬砌结构
2.离壁式衬砌结构：
是指与岩壁相离，其间空隙不做回填，仅拱脚处扩大延伸与岩壁紧贴的衬砌结构
二、锚喷支护、穹顶结构、连拱衬砌结构、复合衬砌结构
5.初步设计内容大体是：
〈1〉工程防护等级〈2〉确定埋置深度与施工方法〈3〉初算荷载值〈4〉选择建筑材料〈5〉选定结构型式和布置〈6〉估算结构跨度、高度、顶底板及边墙厚度等主要尺寸。
〈7〉绘制初步设计结构图〈8〉估算工程材料数量及财务概算。
6.填空：
技术设计主要是解决结构的承载力、刚度和稳定、抗裂性的问题，并提供施工时结构各部件的具体细节尺寸及连接大样
第二章地下建筑结构的荷载（重点）
1.荷载种类：
按存在状态可分为：
静、动、活荷载
永久荷载又称静载。
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、岩土体压力和地下水压力等
可变荷载又称活载，是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随时间变化。
如使用活载、车辆活载、风载、雪载。
偶然荷载又称动载，是指在结构物施工和使用期间不一定会出现，一旦出现，其值很大且持续时间很短的荷载。
如撞击荷载、爆炸荷载、地震荷载。
2.荷载的确定方法：
荷载的确定一般是按其所在的行业的规范和设计标准确定
3.荷载的计算是工程结构计算的先决条件。
地下建筑结构上所承受的荷载有结构自重、地层压力、弹性抗力、地下水静水压力、车辆和设备重量及其他使用荷载等
地层压力（包括土压力和围岩压力）对大多数地下工程而言，是至关重要的荷载。
4.土压力：
被>静>主
分类：
静止土压力、主动土压力、被动土压力
主动土压力最小（土挤压墙、泄压）
被动土压力最大（土被挤压，压力变大）
静止土压力介于两者之间。
静止土压力：
如果墙的刚度很大，墙身不产生任何移动和转动，这时墙后土对樯背所产生的土压称为静止土压力
5.侧向土压力的经典理论主要是库伦土压力理论和朗肯土压力理论
6.侧向土压力计算公式、静止土压力的计算公式，静止土压力系数、静止土压力的作用点等---见课本12页
7.静止土压力系数K。
与土的种类有关，二同一种土的K。
还与其孔隙比、含水量、加压条件、压缩程度有关
8.库伦土压力理论的基本假定：
1.墙后的填土是理想散粒体
2.滑动破坏面为通过墙踵的平面
3.滑动土楔为一刚塑性体，本身无变形
9.朗坤土压力理论的基本假定
„1.挡土墙背垂直、光滑
„2.填土表面水平
„3.墙体为刚性体
10.主动土压力系数Ka、被动土压力系数Kp的公式、侧向主动土压力、侧向被动土压力公式见课本19页
11.围岩压力：
定义：
指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。
分类：
围岩垂直压力、围岩水平压力、围岩底部压力
影响围岩压力的因素：
岩体的结构、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、洞室的埋深和支护时间等
12.围岩压力有关公式：
P332-742-862-922-942-95
第三章弹性地基梁理论
1.弹性地基梁
定义：
指搁置在具有一定弹性地基上，各点与地基紧密相贴的梁。
如铁路枕木、钢筋混凝土条形基础梁等等。
弹性地基梁可将其上面的荷载分布到较大面积的地基上，即使承载能力较低的地基，也能承受较大的荷载，又能使梁的变形减小，提高刚度降低内力。
2.弹性地基梁的计算模型----局部弹性地基模型的假设
温克尔对地基提出的假设：
温克尔对地基提出如下假设：
地基表面任一点的沉降与该点单位面积上所受的压力成正比。
半无限体弹性地基模型
为了消除温克尔假设中没有考虑地基连续性这个缺点，后来又提出了另一种假设：
把地基看作一个均质、连续、弹性的半无限体（所谓半无限体是指占据整个空间下半部的物体，即上表面是一个平面，并向四周和向下方无限延伸的物体）。
弹性地基梁的计算理论中，需要满足的假设
™基本假设
局部弹性地基模型假设;
地基梁在外荷载作用下产生变形的过程中，梁底面与地基表面始终紧密相贴，即地基的沉陷或隆起与梁的挠度处处相等；
地基反力处处与接触面相垂直；
地基梁的高跨比较小，符合平截面假设。
2.短梁、刚性梁、长梁（无限长梁、半无限长梁）
看课本61页
第四章地下建筑结构的计算方法
按照多年来地下建筑结构设计的实践，我国采用的设计方法似可分属以下四种设计模型：
一、荷载结构模型
二、地层结构模型
三、经验类比模型
四、收敛限制模型
第五章不考
第六章浅埋式结构
1.浅埋式结构：
定义：
是指其覆盖土层较薄，不满足压力拱成拱条件（H土≤（2~2.5）h1，h1为压力拱高）或软土地层中覆盖层厚度小于结构尺寸的地下结构。
分类：
直墙拱形结构、矩形框架结构、梁板式结构、或者是上述形式的组合
2.决定深（浅）埋式结构的因素：
建筑物的使用要求、环境条件、地质条件、防护等级以及施工能力等。
埋设在土层中的建筑物，按其埋置深、浅可划分为深埋式结构和浅埋式结构。
3.直墙拱形结构的拱形部分按照其轴线形状可以分为：
半圆拱、割圆拱、抛物线拱等多种形式
4.矩形闭合框架结构的计算包括三方面的内容，即：
荷载计算、内力计算、截面设计
第七章附建式地下结构
1.附建式结构：
定义：
修筑于坚固的建筑物下的地下室
结构优越性
（1）节省建设用地，这对大城市区尤为重要；
（2）便于平战结合；
（3）人员和设备容易在战时迅速转入地下；
（4）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；
（5）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；防空地下室的造价比单建式的要低；
（6）便于施工管理，采用新技术，保证工程质量，同时也便于维护。
2.口部结构：
定义：
防空地下室的口部，是整个建筑物的一个重要部分。
在战时它比较容易被摧毁，造成口不得堵塞，影响整个工事的使用和人员的安全。
（逃生用途）
分类：
室内出入口（阶梯式、竖井式）、室外出入口（阶梯式、竖井式）、通风采光洞
第八章沉井与沉箱结构
1.沉井（沉箱）结构
定义：
不同断面形状（如圆形、矩形、多边形等）的井筒或箱体，按边排土边下沉的方式使其沉入地下，即沉井或沉箱。
沉井也称为开口沉箱，沉箱也称为闭口沉箱。
由于闭口
沉箱下沉施工时采用压气排水的施工方法，故通常称其为压气沉箱。
应用场合：
在市政工程中，沉井（沉箱）常用于桥梁墩台基础、取水构筑物、排水泵站、大型排水窨井、盾构或顶管的工作井等工程。
沉井（沉箱）结构的特点：
（1）躯体结构刚性大，断面大，承载力高，抗渗能力强，耐久性能好，内部空间可有效利用；
（2）施工场地占地面积较小，可靠性良好；
（3）适用土质范围广（淤泥土、砂土、黏土、砂砾等土层均可施工）；
（4）施工深度大；
（5）施工时周围土体变形较小，因此对邻近建筑（构筑）物的影响小，适合近接施工，尤其是压气沉箱施工法对周围地层沉降造成的影响极小，目前在日本已有离开箱体边缘30cm以外的地层无沉降的压气沉箱施工实例；
（6）具有良好的抗震性能。
沉井的类型：
按照其构造形式可分为：
连续沉井（多用于隧道工程井）
单独沉井（多用于工业、民防地下建筑）
按平面形状：
圆形沉井、矩形沉井、方形沉井、多边形沉井
2.课本171页图8-2连续沉井图8-4沉井构造要记
3.沉井结构施工时，必须要有足够的强度和刚度。
4.下沉系数和什么有关系？
P176公式
5.沉箱结构
定义：
见1
施工方法：
压气沉箱施工法是在沉箱结构的最下端设置一个高刚度、高强度的气密性工作室。
为了防止地下水渗入工作室，保证施工能够在无水环境下进行，通过气压自动调节装置向工作室内注入压缩空气，保持刃脚处工作室内气压与地下水压平衡。
工作人员可以在无水环境的工作室内挖土排土，破坏力的平衡促使沉箱下沉。
按照设计，重复地上或施工栈台上箱体分段浇筑、工作室内挖排土、箱体在自身重力及上部附加荷载等作用下下沉。
下沉到指定深度后，进行持力层载荷实验，最后在底部工作室内填筑砼构成底板。
第九章地下连续墙结构
1.地下连续墙
定义：
利用各种挖槽机械（如水平多轴铣槽机），借助于泥浆的护壁作用，在
地下挖出窄而深的沟槽，并在其内浇注适当的材料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。
优点：
1.施工时，没有噪音、无振动、不必放坡、省去支模、井点排水
2.对相邻的工程结构和地下设施影响极微；
3.对地面交通影响较小；
4.适用于多种地质情况；
5.单体造价有时可能高些，但在密集建筑群的城市中采用该法，可减少对附近建筑物的加固费用。
这样，其总造价可能反而降低；
6.具有多功能，适用多种用途等。
缺点：
1.对于岩溶地区中含承压水头很高的砂砾层或很软的粘土，如不采用其它辅助措施，目前尚难于采用地下连续墙工法；
2.如施工现场组织管理不善，可能会造成现场潮湿和泥泞，影响施工的条件，而且要增加对废弃泥浆的处理工作；
3.如施工不当或土层条件特殊，可能出现不规则超挖，倘不采用预制墙板，则给后来的墙面工作带来麻烦。
此外还有可能出现相邻单元墙间不能对齐的问题；
4.现浇地下连续墙的墙面通常较粗糙，如果对墙面要求较高，虽可使用喷浆或喷砂等方法进行表面处理或另作衬壁来改善，但增加工作量；
5.地下连续墙如用作施工期间的临时挡土结构，不如采用钢板桩尚可拔出重复使用来得经济。
6.需要专用施工机具和一定技术水平的专业施工队伍，技术推广受到一定限制。
2.槽幅：
是指地下连续墙一次开挖成槽的槽壁长度。
3.地下连续墙接头设计
第十章盾构隧道施工
1.盾构法隧道的设计内容基本上可以分为三个阶段进行：
第一阶段：
隧道的方案设计，以确定隧道的线路、线形、埋置深度以及隧道的横断面形状及尺寸等
第二阶段:
衬砌结构与构造设计，其中包括管片的分类、厚度、分块、接头形式、管片空洞、螺孔等
第三阶段：
管片的内切力计算及断面设计。
2.装配式钢筋混凝土管片的拼装形式：
圆环的拼装形式有通缝和错缝两种，所有衬砌环的纵缝环环对齐的称为通缝，而环间纵缝相互错开，犹如砖砌体一样的称为错缝。
环形衬砌采用错缝拼接较普遍，其优点在于能加强圆环接缝刚度。
3.荷载的确定：
荷载的分类：
基本荷载、附加荷载、特殊荷载
4.P245图10-9计算简图要看懂
第十一章沉管结构
沉管结构的类型：
钢壳沉管、钢筋混凝土沉管
第十二章不考
第十三章顶管结构
顶管技术的应用范围：
在特殊地质条件下的管道工程中：
①穿越江河、湖泊、港湾水体下的供水、输气、输油管道工程；
②穿越城市建筑群、繁华街道地下的上下水、煤气管道工程；
③穿越重要公路、铁路路基下的通讯、电力电缆管道工程；
④水库坝体涵管重建工程等。
第十四章整体式隧道结构
1.整体式隧道按照结构形式的不同，隧道结构一般可以分为：
半衬砌结构、厚拱薄墙衬砌结构、直墙拱形衬砌结构、曲墙衬砌结构、复合衬砌结构、连拱隧道结构。
2.直墙拱形结构的基本假定：
１直墙拱结构是一个空间结构，但其纵向长度远大于其跨度，可按平面应变问题处理；
２拱圈与边墙整体连接，地层压力、结构自重等以梯形分布，拱圈抗力区假定为二次抛物线规律或不考虑（回填不密实时）；
３边墙视为弹性地基梁，弹性抗力按局部变形理论确定；
４墙底和基岩间的摩擦力足够大，克服剪力作用，不产生水平移动，因此，边墙可视为绝对刚性的地基梁；
５实际工程中边墙与底板通常分别浇筑，计算中不予考虑。
3.直墙拱形的计算简图：
P382图14-10要明确每个方向的子荷载
第十五章锚喷支护
1.锚喷支护的定义：
锚喷支护是喷射混凝土、锚杆、钢筋网喷射混凝土等结构组合起来的支护形式。
可以根据不同围岩的稳定状况，采用锚喷支护的一种或几种结构的组合。
2.新奥法定义，要知道新奥法是干嘛的
锚喷支护的施工主要是运用新奥法施工原理。
新奥法的核心是充分调动岩体本身的自承能力，采用正确的设计施工方法，以达到最好的经济效果。
新奥法的要点是：
尽可能地防止岩体扰动，开挖后主动实施一次支护，以防止胃炎扰动或恶化，然后视需要再做二次支护；所有的支护应相当柔性，以适应围岩的变形；在施工过程中对变形、应力等进行监控检测，以利于调整支护措施，有效控制变形。
题型：
名词解释。
简答、叙述、填空。
不考计算题
1、2、3、6、8、9、10、14等章节是重点
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