地下建筑结构浅埋式矩形地下结构课程设计计算书.docx

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地下建筑结构浅埋式矩形地下结构课程设计计算书

浅埋式闭合框架结构设计计算书

设计资料

根据学号位数为016，选择的尺寸序号为（7）即

，选择荷载序号为

即

。

由于设计资料中明确了荷载以考虑最不利组合（含恒荷载），故在该荷载值即为设计值。

考虑到闭合框架在长度方向上的尺寸较大，计算中视其为平面应变问题，取1m长的框架为计算单元。

施工材料的性质如表1-1

材料明细表

材料名称

等级

抗压强度（Mpa）

抗拉强度（Mpa）

弹性模量（Mpa）

混凝土

C30

14.3

1.43

3.0*10^4

钢筋

HRB335

300

300

2.0*10^5

HRB300

270

270

2.0*10^5

HRB335作为受力钢筋，

。

HRB300作为箍筋。

地基弹性压缩系数

，弹性模量

一、截面尺寸确定及内力计算

设S为400mm,则有h1=S+h=400+360=760mm）,可得

h+S/3≤760mm,

1计算弯矩M

1.1.结构的计算简图和基本结构如下图。

图-2计算简图和基本结构

1.2典型方程

弹性地基梁上的平面框架的内力计算可以采用结构力学中的力法，只是需要将下侧（底板）按弹性地基梁考虑。

由图-1的基本结构可知，此结构是对称的，所以就只有X1和X2，即可以得出典型方程为：

系数是指在多余力xi的作用下，沿着xi方向的位移，△iP是指在外荷载的作用下沿xi的方向的位移，按下式计算：

δij=δ’ij+bij

△ij=△’iP+bip

δ’ij=

δij---框架基本结构在单位力的作用下产生的位移（不包括地板）。

bij---底板按弹性地基梁在单位力的作用下算出的切口处xi方向的位移；

’iP---框架基本结构在外荷载的作用下产生的位移；

bip---底板按弹性地基梁在外荷载的作用下算出的切口处xi方向的位移。

1.3求δ’ij和△’iP：

图-5

M1=1（kN.m）

M2=3.3（kN.m）

MP上=53.235（kN.m）

MP下=260.145（kN.m）（摘自excel文件；）

根据结构力学的力法的相关知识由图乘法可以得到：

惯性矩:

设EI=1，可得各系数如下：

δ’11=

=23.958

δ’22=

=10.5

δ’12=δ’21=

=-10.89

△’1p=

=1706.3541

△’2p=

=-875.7585

（摘自excel文件）

1.4求bij和bip

α=

接下来要用弹性地基梁的知识，求的相应的θ值。

对于受x1x2，xp的的情况进行讨论。

λ处x=l代入公式：

φ1λ=chαxcosαx=-1.327276273

φ2λ=chαxsinαx+shαxcosαx=2.056158107

φ3λ=shαxsinαx=3.198600365

φ4λ=chαxsinαx-shαxcosαx=4.605376385

以X1=1时为例说明如何求θ。

:

因为MΛ=-3.23KNM,QΛ=0KN可以求出另两个未知初始值。

然后根据所有的初始值求出他的M和Q等值。

这可以得到：

MΛ=Aφ3λy0+Bθ0φ4λ+CM0φ1λ+DQ0φ2λ

QΛ=Ey0φ2λ+Fθ0φ3λ+GM0φ4λ+HQ0φ1λ

由软件可以计算得到，如下值：

θ0==3.73204E-05

y0==-2.37211E-05

同理可以得到当x2，xp时的θ0和y0。

又

b11=-2×Ly×θ10;

b12=b21=-2×θ10；

b22=-2×θ20；

b1p=-2×Lyθp0；

b2p=-2θp0

和

δ11=δ’11+b11

δ12=δ21=δ’12+b12

δ22=δ’22+b22

△1p=△’1P+b1p

△2p=△’2P+b2p

根据以上公式就可以求出相应的值，详细的情况见来自excel的表格：

b11

b12

b21

b22

b1p

b2p

0.000246

-7.464E-0

-7.464E-0

2.262E-0

0.01628

-0.00510

δ11

δ12

δ21

δ22

Δ1P

Δ2P

3.96E-04

-1.43E-04

-1.43E-04

8.82E-05

2.75E-02

-1.06E-02

1.5求X1和X2：

又由典型方程：

X1δ11+X2δ12+△1P=0，X1δ21+X2δ22+△2P=0可得，

X1=

=-62.889kN

X2=

=18.110kN

1.6其他：

对于底板的弹性地基梁，可以得到它的初始值，然后像前面所述的那样求出它的关于M和Q的方程。

可知：

M0=M1X1+M2X2+MP下=34.500kNm

Q0=-54.6kN

可以推得:

y0

θ0

0.00076

-2.30E-06

1.7弹性地基梁的M

对地基上取若干个点，来计算它们的φ1φ2φ4φ3，为接下来的弯矩的计算做好准备，另外这些数据在计算剪力时也是需要的。

所以是比较的重要，如果他们都计算错了，那么，其他的也就不会正确，具体的数据见来自excel得下表：

地基x取值

αLx

ψ1x

ψ2x

ψ3x

ψ4x

0

0

1

0

0

0

0.39

0.195

0.999759017

0.389981203

0.038024389

0.004943216

0.78

0.39

0.996144477

0.779398524

0.152060904

0.039541644

1.17

0.585

0.980485784

1.165433108

0.3417797

0.133393319

1.56

0.78

0.938362603

1.540761594

0.605898517

0.315810467

1.95

0.975

0.849709321

1.891330487

0.941086642

0.615248443

2.34

1.17

0.68907802

2.194198932

1.340440551

1.058223262

2.73

1.365

0.426175741

2.415533264

1.791551955

1.667554203

3.12

1.56

0.026822722

2.508887932

2.274210039

2.459779795

3.51

1.755

-0.545494118

2.413970156

2.757811867

3.441617719

3.9

1.95

-1.327276273

2.056158107

3.198600365

4.605376385

然后由MΛ=Aφ3λy0+Bθ0φ4λ+CM0φ1λ+DQ0φ2λ

地基x取值

M（x）

0

34.50035592

0.39

15.49734753

0.78

0.999435542

1.17

-9.164011005

1.56

-15.17358156

1.95

-17.16086821

2.34

-15.17358156

2.73

-9.164011005

3.12

0.999435542

3.51

15.49734753

3.9

34.50035592

1.8两侧和上侧的M.

又Mx=M1X1+M2X2+MP下,可以得到以下表格：

顶板x取值

M（x）

0

-35.12477188

0.39

-15.96017188

0.78

-1.054371883

1.17

9.592628117

1.56

15.98082812

1.95

18.11022812

2.34

15.98082812

2.73

9.592628117

3.12

-1.054371883

3.51

-15.96017188

3.9

-35.12477188

得到弯矩图如下：

2．求框架的Q：

2.1弹性地基梁的Q：

因为Qx=Ey0φ2x+Fθ0φ3x+GM0φ4x+HQ0φ1x,所以可得：

地基x取值

Q（x）

0

-54.6

0.39

-42.88878183

0.78

-31.53598838

1.17

-20.66393841

1.56

-10.2120942

1.95

0

2.34

10.2120942

2.73

20.66393841

3.12

31.53598838

3.51

42.88878183

3.9

54.6

2.2其他的Q

有结构力学可解得，如图所示

3.框架的轴力N;

3.1对于地基N=q2Ly-X1则有：

地基x取值

N（x）

0

70.8

0.39

70.8

0.78

70.8

1.17

70.8

1.56

70.8

1.95

70.8

2.34

70.8

2.73

70.8

3.12

70.8

3.51

70.8

3.9

70.8

3.2对于上侧，两侧由结构力学计算

二、截面配筋计算

在此我们给出上述计算过程得到的弯矩图、轴力图如下

分析弯矩、轴力图我们可以发现最大轴力出现在上部结构顶板出为62.9kN,若采取对称配筋可以计算出此时偏心构件的

，故整个闭合框架均可按大偏心受压构件进行配筋计算。

在混凝土构件设计中对于大偏心受压构件，在轴力相同的情况下弯矩越大越危险，在弯矩相同的情况下轴力越小越危险。

在此原则的指导下我们比较上部结构各截面的弯矩、轴力值，发现侧墙底部的截面对整个上部结构起控制作用，故只需要计算此处截面的配筋情况，这样的做法只是在确保安全的前提下简化了计算。

1、侧墙底部截面的配筋计算

已知：

弯矩

，轴力

；截面性质（

，

，

，

）；材料性质（

，

，

）

求

（对称配筋）

解：

，可以确定此构件为大偏心受压构件，且

，取

。

再

，故初始偏心距

考虑弯矩增大系数

的影响，对受压区钢筋取矩可求得

。

故按构造要求配筋即

，选配钢筋7

12@200，实际钢筋面积791mm^2

2、底板的配筋计算

考虑到底板的的轴力较小，为简化计算忽略轴力的作用，将底板作为受弯构件计算，这做是在确保安全的前提下简化计算。

已知：

弯矩

；截面性质（

，

，

，

）；材料性质（

，

，

）

求

（对称配筋）

解：

由于采用对称配筋，受压区的钢筋肯定不能屈服，故用下式计算

验算满足最小配筋率要求，选配9

12@100，实际钢筋面积1017mm^2

3、折角处箍筋的计算

根据《GB50010-2010》的构造要求，折角出的箍筋应能承受未在受压区锚固的纵向受力钢筋的合力，且在任何情况下不得小于全部纵向受力钢筋合力的0.35倍。

由箍筋承受的纵向受拉钢筋的合力按下列公式计算

未在受压区锚固的纵向受拉钢筋的合力

全部纵向受力钢筋合力的0.35倍

故取

，配筋范围

。

选配

8,n=6。

4、分布钢筋

按照构造要求分布钢筋的配筋面积不小于受力昂金面积的15%，且配筋率不小于0.15%,综合考虑施工等因素影响选配分布钢筋

12@200，角部钢筋加密间距为100

三、参考资料

[1]张誉，建筑混凝土结构设计，北京：

机械工业出版社，2006.1

[2]张誉，混凝土结构基本原理，北京：

机械工业出版社，2006.1

[3]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）

[4]人民防空地下室设计规范（GB50038-2005）

[5]建筑结构制图标准（GB/T50105-2010）

[6]04CJ01-3变形缝建筑构造

（一）