地下综合管廊结构设计体会-隆佳

地下综合管廊结构设计体会2016年10月中国华西设计-----描绘美好未来2一、综合管廊结构的特点二、综合管廊设计条件的确定三、选择结构分析计算的工具四、判断和使用计算结果五、软件改进建议在此，仅针对本人参与的一个常规工程做简要的介绍，欢迎大家指正。31.综合管廊属于地下结构。2.综合管廊属于特种结构。3.综合管廊的截面有矩形、圆形、异形。从制造方式上有现浇、预制、拼装。4.综合管廊结构体系可分为纯板壳结构、无梁楼盖结构、梁板柱结构等。5.综合管廊结构本质上可划分为二维平面模型（一般直线段）和三维平面模型（节点段，如交叉口等）。现浇矩形管廊预制矩形管廊预制圆形管廊预制异形管廊预制异形管廊预制异形管廊4综合管廊结构分析《城市综合管廊工程技术规范》《给水排水埋地矩形管道结构设计规程》计算模型的合理简化综合管廊截面设计《混凝土结构设计规范》配筋、构造要求综合管廊抗震验算《建筑抗震设计规范》《城市轨道交通结构抗震设计规范》地震效应、抗震措施结构设计应遵循或参考的相关规范综合管廊其它规范《工程结构可靠性设计统一标准》《混凝土结构耐久性设计规范》《建筑结构荷载规范》《建筑地基基础设计规范》设计使用年限重要性系数保护层厚度荷载取值基础设计…………51.对于混凝土强度和保护层厚度的看法（以一般工程为例）《城市综合管廊工程技术规范》结构设计使用年限应为100年《混凝土结构耐久性设计规范》一般工程环境类别Ⅰ级《混凝土结构耐久性设计规范》Ⅰ－C级（有地下水）Ⅰ－B级（无地下水）①②③61.对于混凝土强度和保护层厚度的看法（以一般工程为例）《混凝土结构耐久性设计规范》一般工程砼最低强度：C40（有地下水）C35（无地下水）④《混凝土结构耐久性设计规范》一般工程保护层厚度：40mm（有地下水）30mm（无地下水）⑤以上是由于结构使用年限不同对混凝土强度和保护层厚度的影响，另外对混凝土材料的规定，如氯离子含量、水胶比等也应在设计文件中表述。72.对于管廊上部荷载取值的看法（1）开槽施工情况下，竖向土压力系数的取值《给水排水埋地矩形管道结构设计规程》临界槽宽公式中的系数不是竖向土压力的分项系数，是指开挖沟槽宽度超过临界槽宽时上部覆土沉降对结构产生的附加影响，该数值将会使顶板荷载增大，对顶板受力影响较大。设计中应根据实际的情况考虑，新规范一律取1.2，若有设计优化的需要，可参照老版规范。（2）对车辆荷载的取值《给水排水埋地矩形管道结构设计规程》考虑压力扩散和扩散重叠影响8以上是工程的一个算例，计算中首先考虑管廊埋设的位置，根据管廊的宽度确定并行车辆的数量；其次，根据管廊的埋深，确定车辆轮重的扩散以及扩散重叠区域；然后计算出重叠区域扩散后的压强；最后，与规范规定的地面堆载（10Kpa）对比取最大值。主要注意的是，若管廊覆土较小，此时需计入动力系数，而且车辆荷载压强可能会占主导地位。9（3）施工荷载问题一般情况下，管廊顶板覆土不小于2.5m。但是由于道路路基施工的需要，往往在顶板覆土1.0m后即进入路基施工环节。此时，为保证路基设计压实度的需要，施工方式将采用压路机。不同吨位的压路机，在开启振动模式下的激振力将会对顶板造成巨大影响。在相关试验资料中显示，顶板覆土1.0m情况下，压路机造成的激振力压强可达80—200kPa。该荷载远大于顶板覆土重量，该条件下结构计算极为不经济。为解决此矛盾，有必要在管廊内部采用临时支撑的方式，设计中应予以重视。3.对于管廊基础计算模型的选择《给水排水埋地矩形管道结构设计规程》弹性地基梁推荐采用底板弹簧的计算模型模拟弹性地基梁，并与顶板、侧墙做整体计算。底板弹簧的取值可参照岩土勘察资料或PKPM软件JCCAD说明书中推荐的表格。104.对于管廊抗震验算的方法选择《城市轨道交通结构抗震设计规范》反应位移法由于《城市综合管廊工程技术规范》中没有明确的抗震验算方法，《建筑抗震设计规范》中抗震计算又无法考虑土的动力特性，故参照《城市轨道交通结构抗震设计规范》中的“反应位移法”进行抗震验算。此时，管廊抗震设防类别取重点设防类，且应根据《建筑抗震设计规范》对抗震等级做相应规定。抗震性能仍然为小震（常遇地震）、中震（设计地震）、大震（罕遇地震）作三阶段验算。反应位移法左图中的图弹簧分为水平土弹簧和垂直土弹簧，该值不同于基础计算时的基床系数。若没有实测资料，可参照《城市轨道交通岩土工程勘察规范》取值，也可参照日本铁路抗震设计规范推荐的经验公式作为比较。反应位移法的三个要素土体约束土体位移的剪切力结构惯性力115.对于管廊抗震等级对计算的影响根据抗震措施的要求，在《建筑抗震设计规范》中，需对结构进行抗震等级的划分。此时，在理论的计算结果上，需要实现“强节点弱杆件”、“强柱弱梁”等要求。故此时应对构件内力进行调整，内力调整系数参见上述规范。6.对于管廊截面配筋时应考虑的内力管廊结构主要由板壳为主，框架梁柱为辅助。在配筋过程中，所有的构件都位于压弯/拉弯条件下，此时基本不存在纯受弯构件，故截面设计时应考虑轴力影响。若板壳平面尺寸较大，因无法配置抗剪箍筋，故还应对剪力进行复核。考虑到管廊防水要求极高，故个人建议在设计地震作用下，构件按照弹性工作阶段考虑（即不进行内力调幅）。7.对于管廊截面裂缝的计算由于《混凝土结构设计规范》和《给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程》中对裂缝的公式不同。总的来讲，《砼规》主要考虑的杆系结构，《水池》考虑的是板壳结构。《砼规》裂缝计算值大于《水池》裂缝计算值。个人认为，裂缝计算公式应选用《水池》规程计算更为合理。规范相关异同已有很多论文发表，可自行查阅。8.对于管廊制图的问题由于管廊结构的受力特性，对板壳结构钢筋截断位置应特别注意。尤其不能采用民建平法制图的钢筋截断方式，需根据构件实际反弯点位置进行钢筋的放样。12常用的结构计算软件有PKPM、盈建科、通用有限元（Midas、Sap2000、Strat、Ansys）、特殊有限元（理正复杂水池、世纪旗云）、结构计算工具（力学求解器、理正钢框架）…………。总结的特性如下：PKPM、盈建科等对象：工民建结构操作简单，界面简洁、结果直观，与规范契合度高……地震计算主要考虑惯性力无法考虑土—管廊共同作用无法考虑土体地震位移效应Midas、Sap2000对象：几乎所有结构类型通用性强，可随意定制，微调自由度高操作复杂、结果不直观、与规范契合度低、学习成本高Ansys对象：不限通用性最强，可随意定制，微调自由度高操作最复杂、结果不直观、与规范契合度低、学习成本最高特殊有限元对象：钢筋砼水池操作简单，界面简洁、结果直观，与规范契合度高……地震计算主要考虑惯性力、动水（土）压力无法考虑土体地震位移效应结构计算工具对象：辅助工具13实际工程中MidasGen的计算书整理示意：14常用MidasGen的计算书整理示意：15常用MidasGen的计算书整理示意：16由于软件的自由度较高，故计算结果受软件操作的影响较大，而往往不能第一时间发现错误。所以有必要采用两种以上的软件进行复核，或者采用二维平面模型和三维模型进行复核。下面是采用MidasGen对综合管廊二维/三维进行的对比：1.在对比的过程中，建议取较大值作为计算结果。2.由于三维模型的空间作用，其计算结果较规范计算方法或手算偏小。本工程对三维模型计算结果增加了20%—30%进行配筋。3.由于通用有限元操作界面、方式较为相近，在有条件的情况下，还是建议采用两种以上的软件复核，Sap2000是比较好的选择。17通过对Midas、Sap2000和Strat等软件的使用，软件需改进的建议：1.改进对有限元板块局部坐标系的定义，减少建模出错的概率；2.有限元剖分虽然实现了自动剖分，但仍有改进空间；3.对于反应位移法的边界约束输入和地震荷载输入，有没有插件可以更为简化，减少出错概率。4.对于结算结果的阅读，软件虽然很详细，但仍然不直观。设计人员需要对X向、Y向等分别提取数据；5.软件的后处理功能，例如重要性系数、抗震等级系数等能否有专门的模块实现；6.软件能否实现初步的自动配筋、自动计算裂缝、自动计算弹塑性位移角等功能；7.软件计算书功能如何满足施工图审查的需要。18