地下浅埋通道设计汇总

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°。

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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 1.4 10 MPa；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》——JTG D62-2004 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》——JTG D60-2004 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：

q土rihi183174(17.510)4.8158KN/m2

2、水压力：

q水rwhw104.848KN/m2

3、顶板自重：qd250.5513.75KN/㎡ 4、底面超载：q12.64KN/m2

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5、综上所述，

q顶1.2（1584813.7512.64）278.9KN/㎡

（2）板底荷载计算

p（0.550.550.4）3.6325/8.3298.5KN/㎡qq1.2L278.91.2底顶

（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。

q反q1.2d315KN/㎡

底 (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

pa（zq）ka2cka

其中ka为主动

2katan(452)土压力系数



1.土的侧向压力 顶板处土的侧向压力

e(rihi)tan2(45)40（1831747.54.8）0.5484046.6KN/m2

2i底板处土的侧向压力

e(rihi)tan2(45)40（1831747.59.53）0.5484066KN/m2 2i2、侧向水压力

顶板处水压力

ewwh0.7104.833.6KN/m2

底板处水压力

ewwh0.7109.5366.7KN/m2

综上所述,顶板侧压力为：

q侧1.2(eew）1.2(46.633.6)104.2KN/m2

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底板侧压力为

q侧1.2(eew）1.2(6666.71)167.2KN/m2

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，

EI1.4101010.5531194104KN*m2。对中隔墙,EI认为是0，EA=1.4×1010×120.55×1=7700000 kN。

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

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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

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剪力图

轴力图

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（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

M上MpQpb254.5509.90.275114.3KN*m 2M侧MpQpQ上Qpqb254.5257.10.275183.8KN*m 2b509.9104.20.275481.2KN*m 2bQ侧Qpq257.06104.20.275228.4KN*m

22、顶板与中隔墙交点；

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Mb上MpQp2372.5570.80.2258.3KN*m Qb上Qpq2570.8104.20.2550KN*m 3、底板与侧墙交点；

Mb下MpQp2260.6558.60.275107KN*m MMQb侧pp2260.6303.40.275177.2KN*m

Qb下Qpq2558.63150.275472KN*m

Qb侧Qpq2303.4167.20.275257.4KN*m

4、底板与中隔墙交点；

Mb底MpQp24616620.2328.6KN*m Q上底Qbpq26623150.2599KN*m （4）抗浮验算

取1m宽板带，进行验算。

Q浮gv1000108.34.73392.6KN

Q自重gv250010（8.30.5523.6320.553.6310.4）364.4KNQ上覆土gh（18003170047504.8）8.3131.1KN

所以；KQ重Q364.4131.161.241.1 浮392.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》——JTG D62-2004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

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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

b0.56

b控制内力Nbfcbho13.810004950.563825.36KN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；

对E点，M210KN*m；N257.1KN对F点，M31.8KN*m；N509.9KN 对G点，M230.5KN*m；N303.4KN3、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

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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

111400e(l0)2120/h0h如下；0.22.7e01h1.0

0e011.150.01h1.00其中；

eM0N Lo为构件计算长度，对两端固定的构件取0.51. 1E截面

e0MN210257.11000816.8mm 由于lo/h＞5，考虑放大系数；

eeh02a1.01816.8192.51018mm 由于想、xNf25710019mm＜2cb13.81000as110mm 111400e(l0h)211937.521211400816.8/495(550)1.010/h0.22.7e0816.810h0.22.74951.0取10e

.01011.150h1.0，取10e’eh02a’s821192.5628.4mmA’Ne’257100628.4sAsf'4401311mm2 yd（h0as）280As,mins,minbh0.25％10005501375mm2

实际配筋取20@200.A1572mm2s.

2、F截面

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eM0N31.8509.9100062mm0.22.7e0h0.22.762104950.54，取0.54011.150.01lh1.150.011937.5495＞1.0，取101l0211937.5211400e()1211.070/h0h140062/4955502eeh02a1.07*62192.5259mm

由于xN509910fb13.81000mm37＜2as110mmce’eh2a’s1.0762192.50mmAANe’’2ssf'0mmy（dh0as）As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.A2s1572mm.3、G截面

eM230.50N303.41000760mm.22.7e0h0.22.776010＞1，取1049511.150.01l0h1.150.011937.5495＞1.0，取10111400e(l0)211937.5212121.010/h0h1400760/495550eeh02a1.01760192.5960mm

由于xN303400f.8100025mm＜2as110mmcb13e’eh2a’s192.5575mmA’Ne’303400575sAsf1416mm2'y（dh0as）280440As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.A2s1572mm.

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（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=6 m。 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

b0.56

b控制内力Nbfcbho13.810004950.563825.36KN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：

1l(0)121400e0/h0h1e010.22.7h1.0e01.0011.150.01其中：

h0

e0M NLo为构件计算长度，对两端固定的构件取0.51. 1、BA截面

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eM114.30N257.11000445mm.7e044510.22h0.22.7＞1，取1049511.150.01l0h1.150.011937.5495＞1.0，取1011l0211937.521400e()1211.010/h0h1400445/4955502eeh02a1.01445192.5642mm

由于xNf25706020mm＜2cb13.81000as110mme’eh2a’s256.5mmAA’Ne’256.52ssf'257060535mmy（dh0as）280440As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.As1572mm2.2、AB截面

eM0N183.8257.11000715mm.22.7e071510h0.22.7＞1，取0495111.150.01l0h1.150.011937.5495＞1.0，取1011l021400e/h()111400715/4951937.521255021.0100heeh02a1.01715192.5915mm

由于xNf25706013.8100019mm＜2as110mmcbA’Ne’A2570605302ssf'1106mmy（dh0as）280440As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.A2s1572mm.3、AD截面

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eM258.30N509.91000507mm7e050710.22.h0.22.7＞1，取1049511.150.01l0h1.150.012090495＞1.0，取10111400e/h(l0)211211400507/4952090255021.0100heeh02a1.01507192.5705mm

由于xN509900f100037mm＜2cb13.8as110mme’eh’2as319.5mmA’Ne’509900319.5sAsf'y（dh0as）2804401322mm2As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.As1572mm2.4、DA截面

eM0N107509.91000210mm0.22.7e0h0.22.72101＞10495，取111.150.01l0h1.150.0120900495＞1.0，取1111400e/h(l0)21120902121400210/49555021.02400heeh02a1.024210192.5408mm19

由于xNf50990037mm＜2cb13.81000as110mme’eh2a’s22.5mmANe’A’50990022.ssf'89mm2y（dh0as）280440As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.As1572mm2.5、DC截面

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eM0N177.2303.41000584mm22.7e0h0.22.758410.＞1，取1049511.150.01l0h1.150.011937.5495＞1.0，取1011l0211937.521400e()1211.010/h0h1400584/4955502eeha

021.01584192.5782mm由于xN3033800fb13.8100024mm＜2as110mmce’eh0a’smmA’Ne’3033805902sAsf'979mmy（dh0as）280440As,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@200.As1572mm2.6、CD截面

eM0N328.6303.410001083mm0.22.7e0h0.22.710831＞04951，取111.150.01l0h1.150.011937.5495＞1.0，取10111400e/h(l0)211937.521211.0100h14001083/4955502eeh0a1

2.011083192.51286mm由于xN303380f13.8100024mm＜2as110mmcbe’eh0a’smmA’Ne’30338011912sAsf（'dh0as）2804402461mmyAs,mins,minbh0.25％10005501375mm2实际配筋取20@125.As2513mm2.（4）斜截面抗剪配筋计算

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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Vmax0.51103fcubh01382.7KN

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：

V1.250.51032ftdbh0430KN

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：N0.9(fcdAfsdAs')

其中，由于构件的l/ho=3.63/0.55=6.6＜10，所以1。 实际轴心压力N1147KN远小于混凝土自身抗压承载力

Nu0.911.3840010004968KN,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%

As,mins,minbh0.25％10004001000mm2

采用对称配筋，左右两侧给实际配筋取18@200,As1272mm。

2五、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。

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地下建筑结构课程设计

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

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（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：

l520d（3875200275）520221120mm取1200mm

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