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8 结构设计 8.1 一般规定 8.2 材料 8.3 结构上的作用 8.4 现浇混凝土综合管廊结构 8.5 预制拼装综合管廊结构 8.6 构造要求

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-01-01  来源:8 结构设计 8.1 一般规定 8.2 材料 8.3 结构上  浏览次数:352
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中国给水排水2024年城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十五届)邀请函 (同期召开固废渗滤液大会、工业污泥大会、高浓度难降解工业废水处理大会)

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8 结构设计


8.1 一般规定

8.1 一般规定


8.1.1 综合管廊土建工程设计应采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,应以可靠指标度量结构构件的可靠度。除验算整体稳定外,均应采用含分项系数的设计表达式进行设计。
8.1.2 综合管廊结构设计应对承载能力极限状态和正常使用极限状态进行计算。
8.1.3 综合管廊工程的结构设计使用年限应为100年。
8.1.4 综合管廊结构应根据设计使用年限和环境类别进行耐久性设计,并应符合现行国家标准《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476的有关规定。
8.1.5 综合管廊工程应按乙类建筑物进行抗震设计,并应满足国家现行标准的有关规定。
8.1.6 综合管廊的结构安全等级应为一级,结构中各类构件的安全等级宜与整个结构的安全等级相同。
8.1.7 综合管廊结构构件的裂缝控制等级应为三级,结构构件的最大裂缝宽度限值应小于或等于0.2mm,且不得贯通。
8.1.8 综合管廊应根据气候条件、水文地质状况、结构特点、施工方法和使用条件等因素进行防水设计,防水等级标准应为二级,并应满足结构的安全、耐久性和使用要求。综合管廊的变形缝、施工缝和预制构件接缝等部位应加强防水和防火措施。
8.1.9 对埋设在历史最高水位以下的综合管廊,应根据设计条件计算结构的抗浮稳定。计算时不应计入综合管廊内管线和设备的自重,其他各项作用应取标准值,并应满足抗浮稳定性抗力系数不低于1.05。
8.1.10 预制综合管廊纵向节段的长度应根据节段吊装、运输等施工过程的限制条件综合确定。

条文说明
8.1 一般规定
8.1.2 综合管廊结构设计应对承载能力极限状态和正常使用极限状态进行计算。
    1 承载能力极限状态:对应于管廊结构达到最大承载能力,管廊主体结构或连接构件因材料强度被超过而破坏;管廊结构因过量变形而不能继续承载或丧失稳定;管廊结构作为刚体失去平衡(横向滑移、上浮)。
    2 正常使用极限状态:对应于管廊结构符合正常使用或耐久性能的某项规定限值;影响正常使用的变形量限值;影响耐久性能的控制开裂或局部裂缝宽度限值等。
8.1.3 本条为强制性条文。根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001第1.0.4、1.0.5条规定,普通房屋和构筑物的结构设计使用年限按照50年设计,纪念性建筑和特别重要的建筑结构,设计年限按照100年考虑。近年来以城市道路、桥梁为代表的城市生命线工程,结构设计使用年限均提高到100年或更高年限的标准。综合管廊作为城市生命线工程,同样需要把结构设计年限提高到100年。
8.1.6 根据国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001第1.0.8条规定,建筑结构设计时,应根据结构破坏可能产生的后果(危及人的性命、造成经济损失、产生社会影响等)的严重性,采用不同的安全等级。综合管廊内容纳的管线为电力、给水等城市生命线,破坏后产生的经济损失和社会影响都比较严重,故确定综合管廊的安全等级为一级。
8.1.7 国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第3.3.3、3.3.4条将裂缝控制等级分为三级。根据国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008第4.1.6条明确规定,裂缝宽度不得大于0.2mm,并不得贯通。
8.1.8 根据国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008第8.2.1条规定,综合管廊防水等级标准应为二级。综合管廊的地下工程不应漏水,结构表面可有少量湿渍。总湿渍面积不应大于总防水面积的1/1000;任意100m²防水面积上的湿渍不超过1处,单个湿渍的最大面积不得大于0.1m²。综合管廊的变形缝、施工缝和预制接缝等部位是管廊结构的薄弱部位,应对其防水和防火措施进行适当加强。
8.1.10 预制综合管廊纵向节段的尺寸及重量不应过大。在构件设计阶段应考虑到节段在吊装、运输过程中受到的车辆、设备、安全、交通等因素的制约,并根据限制条件综合确定。


8.2 材料

8.2 材料


8.2.1 综合管廊工程中所使用的材料应根据结构类型、受力条件、使用要求和所处环境等选用,并应考虑耐久性、可靠性和经济性。主要材料宜采用高性能混凝土、高强钢筋。当地基承载力良好、地下水位在综合管廊底板以下时,可采用砌体材料。
8.2.2 钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C30。预应力混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C40。
8.2.3 地下工程部分宜采用自防水混凝土,设计抗渗等级应符合表8.2.3的规定。
表8.2.3 防水混凝土设计抗渗等级
表8.2.3 防水混凝土设计抗渗等级
8.2.4 用于防水混凝土的水泥应符合下列规定:
    1 水泥品种宜选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥;
    2 在受侵蚀性介质作用下,应按侵蚀性介质的性质选用相应的水泥品种。
8.2.5 用于防水混凝土的砂、石应符合现行国家标准《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52的有关规定。
8.2.6 防水混凝土中各类材料的氯离子含量和含碱量(Na2O当量)应符合下列规定:
    1 氯离子含量不应超过凝胶材料总量的0.1%。
    2 采用无活性骨料时,含碱量不应超过3kg/m³;采用有活性骨料时,应严格控制混凝土含碱量并掺加矿物掺合料。
8.2.7 混凝土可根据工程需要掺入减水剂、膨胀剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂及水泥基渗透结晶型材料等,其品种和用量应经试验确定,所用外加剂的技术性能应符合国家现行标准的有关质量要求。
8.2.8 用于拌制混凝土的水,应符合现行国家标准《混凝土用水标准》JGJ 63的有关规定。
8.2.9 混凝土可根据工程抗裂需要掺入合成纤维或钢纤维,纤维的品种及掺量应符合国家现行标准的有关规定,无相关规定时应通过试验确定。
8.2.10 钢筋应符合现行国家标准《钢筋混凝土用钢  第1部分:热轧光圆钢筋》GB 1499.1、《钢筋混凝土用钢  第2部分:热轧带肋钢筋》GB 1499.2和《钢筋混凝土用余热处理钢筋》GB 13014的有关规定。
8.2.11 预应力筋宜采用预应力钢绞线和预应力螺纹钢筋,并应符合现行国家标准《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224和《预应力混凝土用螺纹钢筋》GB/T 20065的有关规定。
8.2.12 用于连接预制节段的螺栓应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的有关规定。
8.2.13 纤维增强塑料筋应符合现行国家标准《结构工程用纤维增强复合材料筋》GB/T 26743的有关规定。
8.2.14 预埋钢板宜采用Q235钢、Q345钢,其质量应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T 700的有关规定。
8.2.15 砌体结构所用材料的最低强度等级应符合表8.2.15的规定。
表8.2.15 砌体结构所用材料的最低强度等级
表8.2.15 砌体结构所用材料的最低强度等级
8.2.16 弹性橡胶密封垫的主要物理性能应符合表8.2.16的规定。
表8.2.16 弹性橡胶密封垫的主要物理性能
表8.2.16 弹性橡胶密封垫的主要物理性能
    注:以上指标均为成品切片测试的数据,若只能以胶料制成试样测试,则其伸长率、拉伸强度的性能数据应达到本规定的120%。
8.2.17 遇水膨胀橡胶密封垫的主要物理性能应符合表8.2.17的规定。
表8.2.17 遇水膨胀橡胶密封垫的主要物理性能
表8.2.17 遇水膨胀橡胶密封垫的主要物理性能
    注:1 *硬度为推荐项目。
           2 成品切片测试应达到标准的80%。
           3 接头部位的拉伸强度不低于上表标准性能的50%。

条文说明
8.2 材料
8.2.6 综合管廊结构长期受地下水、地表水的作用,为改善结构的耐久性、避免碱骨料反应,应严格控制混凝土中氯离子含量和含碱量,在国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第3.5节中,有关于混凝土中总碱含量的限制。国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008第4.1.14条中,对防水混凝土总碱含量予以限制。主要是由于地下混凝土工程长期受地下水、地表水的作用,如果混凝土中水泥和外加剂中含碱量高,遇到混凝土中的集料具有碱活性时,即有引起碱骨料反应的危险,因此在地下工程中应对所用的水泥和外加剂的含碱量有所控制。控制的标准同国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108-2008第4.1.14条和《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50476附录8.2的有关规定。
 


8.3 结构上的作用

8.3 结构上的作用


8.3.1 综合管廊结构上的作用,按性质可分为永久作用和可变作用。
8.3.2 结构设计时,对不同的作用应采用不同的代表值。永久作用应采用标准值作为代表值;可变作用应根据设计要求采用标准值、组合值或准永久值作为代表值。作用的标准值应为设计采用的基本代表值。
8.3.3 当结构承受两种或两种以上可变作用时,在承载力极限状态设计或正常使用极限状态按短期效应标准值设计时,对可变作用应取标准值和组合值作为代表值。
8.3.4 当正常使用极限状态按长期效应准永久组合设计时,对可变作用应采用准永久值作为代表值。
8.3.5 结构主体及收容管线自重可按结构构件及管线设计尺寸计算确定。常用材料及其制作件的自重可按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用。
8.3.6 预应力综合管廊结构上的预应力标准值,应为预应力钢筋的张拉控制应力值扣除各项预应力损失后的有效预应力值。张拉控制应力值应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定确定。
8.3.7 建设场地地基土有显著变化段的综合管廊结构,应计算地基不均匀沉降的影响,其标准值应按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB 50007的有关规定计算确定。
8.3.8 制作、运输和堆放、安装等短暂设计状况下的预制构件验算,应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB 50666的有关规定。

条文说明
8.3 结构上的作用
8.3.1 综合管廊结构上的作用,按性质可分为永久作用和可变作用。
    1 永久作用包括结构自重、土压力、预加应力、重力流管道内的水重、混凝土收缩和徐变产生的荷载、地基的不均匀沉降等。
    2 可变作用包括人群载荷、车辆载荷、管线及附件荷载、压力管道内的静水压力(运行工作压力或设计内水压力)及真空压力、地表水或地下水压力及浮力、温度作用、冻胀力、施工荷载等。
    作用在综合管廊结构上的荷载须考虑施工阶段以及使用过程中荷载的变化,选择使整体结构或预制构件应力最大、工作状态最为不利的荷载组合进行设计。地面的车辆荷载一般简化为与结构埋深有关的均布荷载,但覆土较浅时应按实际情况计算。
8.3.4 可变作用准永久值为可变作用的标准值乘以作用的准永久值系数。
8.3.7 综合管廊属于狭长形结构,当地质条件复杂时,往往会产生不均匀沉降,对综合管廊结构产生内力。当能够设置变形缝时,尽量采取设置变形缝的方式来消除由于不均匀沉降产生的内力。当由于外界条件约束不能够设置变形缝时,应考虑地基不均匀沉降的影响。


8.4 现浇混凝土综合管廊结构

8.4 现浇混凝土综合管廊结构


8.4.1 现浇混凝土综合管廊结构的截面内力计算模型宜采用闭合框架模型。作用于结构底板的基底反力分布应根据地基条件确定,并应符合下列规定:
    1 地层较为坚硬或经加固处理的地基,基底反力可视为直线分布;
    2 未经处理的软弱地基,基底反力应按弹性地基上的平面变形截条计算确定。
8.4.2 现浇混凝土综合管廊结构设计应符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010、《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608的有关规定。

条文说明
8.4 现浇混凝土综合管廊结构
8.4.1 现浇混凝土综合管廊结构一般为矩形箱涵结构。结构的受力模型为闭合框架。现浇综合管廊闭合框架计算模型见图9。
图9 现浇综合管廊闭合框架计算模型
图9 现浇综合管廊闭合框架计算模型
1-综合管廊顶板荷载;2-综合管廊地基反力;3-综合管廊侧向水土压力
 

8.5 预制拼装综合管廊结构

8.5 预制拼装综合管廊结构


8.5.1 预制拼装综合管廊结构宜采用预应力筋连接接头、螺栓连接接头或承插式接头。当场地条件较差,或易发生不均匀沉降时,宜采用承插式接头。当有可靠依据时,也可采用其他能够保证预制拼装综合管廊结构安全性、适用性和耐久性的接头构造。
8.5.2 仅带纵向拼缝接头的预制拼装综合管廊结构的截面内力计算模型宜采用与现浇混凝土综合管廊结构相同的闭合框架模型。
8.5.3 带纵、横向拼缝接头的预制拼装综合管廊的截面内力计算模型应考虑拼缝接头的影响,拼缝接头影响宜采用K-ζ法(旋转弹簧-ζ法)计算,构件的截面内力分配应按下列公式计算:
M=Kθ                            (8.5.3-1)
Mj=(1-ζ)M,Nj=N       (8.5.3-2)
Mz=(1+ζ)M,Nz=N     (8.5.3-3)
    式中:K——旋转弹簧常数,25000kN·m/rad≤K≤50000kN·m/rad;
          M——按照旋转弹簧模型计算得到的带纵、横向拼缝接头的预制拼装综合管廊截面内各构件的弯矩设计值(kN·m);
          Mj——预制拼装综合管廊节段横向拼缝接头处弯矩设计值(kN·m);
          Mz——预制拼装综合管廊节段整浇部位弯矩设计值(kN·m);
          N——按照旋转弹簧模型计算得到的带纵、横向拼缝接头的预制拼装综合管廊截面内各构件的轴力设计值(kN);
          Nj——预制拼装综合管廊节段横向拼缝接头处轴力设计值(kN);
          Nz——预制拼装综合管廊节段整浇部位轴力设计值(kN·m);
          θ——预制拼装综合管廊拼缝相对转角(rad);
          ζ——拼缝接头弯矩影响系数。当采用拼装时取ζ=0,当采用横向错缝拼装时取0.3<ζ<0.6。
    K、ζ的取值受拼缝构造、拼装方式和拼装预应力大小等多方面因素影响,一般情况下应通过试验确定。
8.5.4 预制拼装综合管廊结构中,现浇混凝土截面的受弯承载力、受剪承载力和最大裂缝宽度宜符合现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定。
8.5.5 预制拼装综合管廊结构采用预应力筋连接接头或螺栓连接接头时,其拼缝接头的受弯承载力(图8.5.5)应符合下列公式要求:
图8.5.5 接头受弯承载力计算简图
图8.5.5 接头受弯承载力计算简图
    式中:M——接头弯矩设计值(kN·m);
          fpy——预应力筋或螺栓的抗拉强度设计值(N/mm²);
          Ap——预应力筋或螺栓的截面面积(mm²);
          h——构件截面高度(mm);
          x——构件混凝土受压区截面高度(mm);
          a1——系数,当混凝土强度等级不超过C50时,a1取1.0,当混凝土强度等级为C80时,a1取0.94,期间按线性内插法确定。
8.5.6 带纵、横向拼缝接头的预制拼装综合管廊结构应按荷载效应的标准组合,并应考虑长期作用影响对拼缝接头的外缘张开量进行验算,且应符合下式要求:
    式中:△——预制拼装综合管廊拼缝外缘张开量(mm);
          △max——拼缝外缘最大张开量限值,一般取2mm;
          h——拼缝截面高度(mm);
          K——旋转弹簧常数;
          Mk——预制拼装综合管廊拼缝截面弯矩标准值(kN·m)。
8.5.7 预制拼装综合管廊拼缝防水应采用预制成型弹性密封垫为主要防水措施,弹性密封垫的界面应力不应低于1.5MPa。
8.5.8 拼缝弹性密封垫应沿环、纵面兜绕成框型。沟槽形式、截面尺寸应与弹性密封垫的形式和尺寸相匹配(图8.5.8)。
图8.5.8 拼缝接头防水构造
图8.5.8 拼缝接头防水构造
a-弹性密封垫材;b-嵌缝槽
8.5.9 拼缝处应至少设置一道密封垫沟槽,密封垫及沟槽的截面尺寸应符合下式要求:
A=1.0A0~1.5A0     (8.5.9)
    式中:A——密封垫沟槽截面积;
             A0——密封垫截面积。
8.5.10 拼缝处应选用弹性橡胶与遇水膨胀橡胶制成的复合密封垫。弹性橡胶密封垫宜采用三元乙丙(EPDM)橡胶或氯丁(CR)橡胶。
8.5.11 复合密封垫宜采用中间开孔、下部开槽等特殊截面的构造形式,并应制成闭合框型。
8.5.12 采用高强钢筋或钢绞线作为预应力筋的预制综合管廊结构的抗弯承载能力应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010有关规定进行计算。
8.5.13 采用纤维增强塑料筋作为预应力筋的综合管廊结构抗弯承载力能力计算应按现行国家标准《纤维增强复合材料建设工程应用技术规范》GB 50608有关规定进行设计。
8.5.14 预制拼装综合管廊拼缝的受剪承载力应符合现行行业标准《装配式混凝土结构技术规程》JGJ 1的有关规定。

条文说明
8.5 预制拼装综合管廊结构
8.5.2 预制拼装综合管廊结构计算模型为封闭框架,但是由于拼缝刚度的影响,在计算时应考虑到拼缝刚度对内力折减的影响。预制拼装综合管廊闭合框架计算模型见图10。
图10 预制拼装综合管廊闭合框架计算模型
图10 预制拼装综合管廊闭合框架计算模型
1-综合管廊顶板荷载;2-综合管廊地基反力;3-综合管廊侧向水土压力;4-拼缝接头旋转弹簧
8.5.3 估算拼缝接头影响的K-ζ法(旋转弹簧-ζ法)是根据本规范主编单位完成的上海世博会园区预制拼装综合管廊相关研究成果,并参考国际隧道协会(ITA)公布的《盾构隧道衬砌设计指南》(Proposed recommendation for design of lining of shield tun-nel)中关于结构构件内力计算的相关建议确定的。
    该方法用一个旋转弹簧模拟预制拼装综合管廊的横向拼缝接头,即在拼缝接头截面上设置一旋转弹簧,并假定旋转弹簧的弯矩-转角关系满足公式(8.5.3-1),由此计算出结构的截面内力。根据结构横向拼缝拼装方式的不同,再按公式(8.5.3-2、8.5.3-3)对计算得到的弯矩进行调整。
    参数K和ζ的取值范围是根据本规范主编单位的相关试验结果和国际隧道协会(ITA)的建议取值确定的。由于K、ζ的取值受拼缝构造、拼装方式和拼装预应力大小等多方面因素影响,其取值应通过试验确定。
8.5.6 带纵、横向拼缝接头的预制拼装综合管廊截面内拼缝接头外缘张开量计算公式以及最大张开量限值均根据本规范主编单位完成的相关研究成果(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司.上海世博园区预制预应力综合管廊接头防水性能试验研究[R].特种结构,2009,26(1):109-113.)确定。限于篇幅,本规范未列出公式(8.5.6)的推导过程。
    根据上海市工程建设规范《城市轨道交通设计规范》DGJ 08-109-2004第14.4.3条,拼缝张开值为2mm~3mm,错位量不应大于10mm。本规范结合试验结果取2mm。
8.5.7 预制拼装综合管廊弹性密封垫的界面应力限值根据本规范主编单位完成的相关研究成果[上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司.上海世博园区预制预应力综合管廊接头防水性能试验研究[R].特种结构,2009,26(1):109-113.]确定,主要为了保证弹性密封垫的紧密接触,达到防水防渗的目的。

8.6 构造要求

8.6 构造要求


8.6.1 综合管廊结构应在纵向设置变形缝,变形缝的设置应符合下列规定:
    1 现浇混凝土综合管廊结构变形缝的最大间距应为30m;
    2 结构纵向刚度突变处以及上覆荷载变化处或下卧土层突变处,应设置变形缝;
    3 变形缝的缝宽不宜小于30mm;
    4 变形缝应设置橡胶止水带、填缝材料和嵌缝材料等止水构造。
8.6.2 混凝土综合管廊结构主要承重侧壁的厚度不宜小于250mm,非承重侧壁和隔墙等构件的厚度不宜小于200mm。
8.6.3 混凝土综合管廊结构中钢筋的混凝土保护层厚度,结构迎水面不应小于50mm,结构其他部位应根据环境条件和耐久性要求并按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定确定。
8.6.4 综合管廊各部位金属预埋件的锚筋面积和构造要求应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定确定。预埋件的外露部分,应采取防腐保护措施。

条文说明
8.6 构造要求
8.6.1 本条规定参照了国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010第8.1.1条。由于地下结构的伸(膨胀)缝、缩(收缩)缝、沉降缝等结构缝是防水防渗的薄弱部位,应尽可能少设,故将前述三种结构缝功能整合设置为变形缝。
    变形缝间距综合考虑了混凝土结构温度收缩、基坑施工等因素确定的,在采取以下措施的情况下,变形缝间距可适当加大,但不宜大于40m:
    1 采取减小混凝土收缩或温度变化的措施;
    2 采用专门的预加应力或增配构造钢筋的措施;
    3 采用低收缩混凝土材料,采取跳仓浇筑、后浇带、控制缝等施工方法,并加强施工养护。
8.6.3 综合管廊迎水面混凝土保护层厚度参照国家标准《地下工程防水技术规范》GB 50108第4.1.6条和行业标准《电力电缆隧道设计规程》DL/T 5484-2013第4.3.2条的规定确定。
 

 
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