同济大学混凝土结构课程设计(地下通道)

混凝土结构课程设计地下通道结构设计学院土木工程学院学号10xxxx姓名xxx指导教师柳献日期2013年6月6日目录前言..............................................................11.设计资料........................................................11.1基本设计资料.....................................................................................................11.2基本计算假定.....................................................................................................12.设计构思..........................................................................................................22.1结构选型.............................................................................................................22.2横截面尺寸选择.............................................................................................33.结构内力分析和横断面设计................................................................33.1荷载计算.............................................................................................................33.2荷载组合及最不利荷载布置.......................................................................53.3内力分析...............................................................................................................63.4抗浮验算.............................................................................................................113.5配筋计算.............................................................................................................123.6裂缝宽度验算...................................................................................................134.构造要求...........................................................................................................1511.设计资料1.1基本设计资料为了联通两幢建筑的地下室，设计浅埋地下通道设计。周围环境条件如图1，横断面情况如图2。图1图2基本资料如下：1、本地下通道结构为重要结构，设计使用年限为100年，耐久性等级为一级。22、通道外轮廓尺寸要求6.611.6mm，埋置深度4.4m。地下水位位于地面以下1.0m；3、土层1：粉质粘土，重度、内摩擦角和粘聚力分别为3118/kNm，2110/ckNm，115；4、土层2：淤泥质粘土，重度为3217/kNm,计算时考虑内摩擦角和粘聚力分别在一定范围内变化：2210~15/ckNm,28~15；5、土层厚度以埋置深度为界；6、地面超载：230/qkNm；7、地面超载荷载分项系数为1.2，水土压力分项系数为1.28、混凝土强度等级：C30，重度325/ckNm，弹性模量41.410cEMPa，泊松比0.167c；9、钢筋采用HPB335级；10、地基变形模量50gEMPa，泊松比0.3g。1.2基本计算假定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2.设计构思2.1结构选型根据题目要求，该地下通道外轮廓尺寸要求6.6m×11.6m，埋置深度4.4m。地下水位位于地面以下1m。而且通道上密布各种管道，在这样的条件下若采用明挖法修建地下通道将会有占地多、交通干扰大、地下管线拆迁量大、易造成环境污染等弊端。故应采取暗挖施工工法，但是由于该地下通道总长只有55。8m，不便于展开盾构施工。综上分析，我们决定采用浅埋暗挖施工工法，可尽可能的避免上述弊端，最大限度的减少对周边单位、居民生活和出行的影响。通道采用复合式衬砌支护，由钢格栅加喷射混凝土初期支护和二次模筑混凝土衬砌组成。32.2横断面尺寸选择采用矩形通道截面，顶板、底版、侧墙厚度均取600mm，中间隔墙厚度取400mm。边角做450倾角支托，取S=400mm。综上，该浅埋地下通道结构布置尺寸示意图如图3。图33.结构内力分析和横断面设计3.1荷载计算3.1.1顶板荷载1.无超载覆土压力：2q=181+(18-10)3.4=45.2kN/m土水压力：2水34kN/m=3.4×10=q顶板自重：215kN/m6.025q顶合计2113.04kN/m=15)34+(45.2×1.2=q2.有超载合计2149.04kN/m=30)+1534+(45.2×1.2=q3.1.2地基反力1.无超载42155.04kN/m=/11.6）0.4/2×0.4×8+5.4×0.4+34×0.625×1.2+95.04=q（反2.有超载2191.04kN/m=/11.6）0.4/2×0.4×8+5.4×0.4+34×0.625×1.2+131.04=q（反3.1.3底板荷载1.无超载2kN/m04.1376.0251.2-qq）（反底2.有超载2kN/m04.1736.0251.2-qq）（反底3.1.4侧墙荷载（不考虑超载影响）主动土压力：aaaKcKqzP2)(主动土压力系数：)2/45(tanK2a顶板处土压力：aaaaaaaKcKKcKKcKqzP23.472)3.074.38118(2)(底板处土压力：aaaaaaaKcKKcKKcKqzP23.892)3.674.38118(2)(考虑内摩擦角和粘聚力分别在一定范围内变化：2210~15/ckNm,28~15，0.59~0.76ak通过对土压力荷载函数的线性分析，得出结论为土压力ap值在2c及2的取值范围内都为单调递减，即当2c、2取最小值时ap取得最大值，当2c、2取最大值时，ap得最小值。综合上述分析，可知：顶板处土压力：)8=φ、kN/m10=(C22.21kN/m=1.2×18.51=P2222amax)15=φ、kN/m15=(C5.83kN/m=1.2×4.86=P2222amin底板处土压力：)8=φ、kN/m10=(C60.52kN/m=21.×50.43=P2222amax)15=φ、kN/m15=(C35.57kN/m=1.2×29.64=P2222amin5顶板处水压力：2w44.4kN/m=1.2×3.7×10=P底板处水压力：2w116.4kN/m=21.×9.7×10=P3.1.5车辆荷载查阅《公路桥涵设计通用规范》，取车辆荷载为轮跨1.8m，每处轮子集中荷载70kN，作用在车道中间。3.2荷载组合及最不利荷载布置综上我们可以得出四种不同的基本荷载组合：1、假定不存在超载，且22210/8ckNm，既侧墙荷载取到最大值：顶板荷载为113.04kN/m2、侧墙荷载（顶板处66.61kN/m2底板处176.92kN/m2）、底板荷载为137.04kN/m22、假定存在超载，且22210/8ckNm，既侧墙荷载取到最大值：顶板荷载为149.04kN/m2、侧墙荷载（顶板处66.61kN/m2底板处176.92kN/m2）、底板荷载为173.04kN/m23、假定不存在超载，且22215/15ckNm，既侧墙荷载取到最小值：顶板荷载为113.04kN/m2、侧墙荷载（顶板处50.23kN/m2底板处151.97kN/m2）、底板荷载为137.04kN/m24、假定存在超载，且22215/15ckNm，既侧墙荷载取到最小值：顶板荷载为149.04kN/m2、侧墙荷载（顶板处50.23kN/m2底板处151.97kN/m2）、底板荷载为173.04kN/m2在此基础上，再分别在通道内布置全部两边通道的车辆荷载，或单边通道的车辆荷载，或不布置。由于车辆荷载在全部两边通道布置对结构有利，故不予考虑。而单边布置产生的附加荷载如下：6图4mkNmkNbeFNP/03.6/17.30)61(maxmin相比已得的最不利荷载，其带来的影响（不利部分）微乎其微，改变量不足5%，故车辆荷载可不予考虑。3.3内力分析3.3.1基本计算假定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。3.3.2采用荷载结构法计算内力1.计算简图如图5图52.采用清华大学结构力学求解器计算内力取1m板带宽，分别求得各荷载组合下的内力图，如图5至图16：7图6荷载组合1的弯矩图（单位：kN/m）图7荷载组合1的剪力图（单位：kN）图8荷载组合1的轴力图（单位：kN）8图9荷载组合2的弯矩图(单位：kN/m)图10荷载组合2的剪力图（单位：kN）图11荷载组合2的轴力图（单位：kN）9图12荷载组合3的弯矩图（单位：kN/m）图13荷载组合3的剪力图（单位：kN）图14荷载组合3的轴力图（单位：kN）10图15荷载组合4的弯矩图图16荷载组合4的剪力图（单位：kN）图17荷载组合4的轴力图（单位：kN）把上列所有内力组合进行对比分析，可知除了中间隔墙为轴心受压构件外，11其余均为偏心受压构件，且弯矩和轴力之比均很大，可判定为大偏心受压构件，经进一步计算检验，确实为大偏心受压构件，故应选取最大弯矩、最小轴力进行正截面配筋设计。各截面的控制内力如图17、18。（弯矩图轴力图单位分别为kN/m、kN）3.4抗浮验算取1m板带宽进行验算。kNvgQ4.6264.56.11101000浮kNQkNFQ04.6981.146.179816.1104.155浮地基反力自重在安全范围内图18（单位：kN/m）图19（单位：kN）123.5配筋计算考虑提高在动载作用下的构件抗冲击动力性能，构件断面一律配置双筋（对称配筋）。混凝土保护层厚度取50mm。设计荷载取值应取最不利截面（相邻构件边缘）处计算荷载。如图：图20构件计算长度的取值按两段固定的的约束情况计算，取0.5l。0.101.015.10.17.22.0)(/1400110201212000hlhehlheo其中NMe0、ll5.00。对于长细比5.17/0il的构件，无