地下建筑结构课程设计 (1).doc
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地下建筑结构课程设计 (1).doc
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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144680201025
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(www.okok.org)。
8、《《城市桥梁设计荷载标准》》(CJJ77-98)
9、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
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4.0KN/m2,恒载为8.0KN/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
土层编号(从天然地面算起顺序编号)
天然重度(饱和重度)(kN/m3)
弹性模量(kN/m2)
内磨擦角(°)
粘聚力(kPa)
结构所处位置有无地下水
1粉质粘土
18(19.5)
-
15
10
无
2粘土
17.5(19)
5000
17
27
无
3粘土
17.5(19)
5000
17
27
有
天然地面
h1
h2
h3
H
L
1
2
3
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=1.5m
学号通道参数
土层参数
H=5m
H=5.5m
L=9m
L2=9.5m
L3=10m
L=9m
L2=9.5m
L3=10m
h3=1m
h1=2.0m
001
002
003
004
005
006
h1=3.2m
007
008
009
010
011
012
h3=2m
h1=3.0m
013
014
015
016
017
018
h1=2.5m
019
020
021
022
023
一、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
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
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。
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;
(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
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:
(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。
(4)中隔板配筋计算
对于轴心受压构件,其承载力为:
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%
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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