1、地下综合管廊结构设计体会2016年 10月中国华西设计 -描绘美好未来2一、 综合管廊结构的特点二、 综合管廊设计条件的确定三、 选择结构分析计算的工具四、 判断和使用计算结果五、 软件改进建议在此，仅针对本人参与的一个常规工程做简要的介绍，欢迎大家指正。31. 综合管廊属于地下结构。2. 综合管廊属于特种结构。3. 综合管廊的截面有矩形、圆形、异形。从制造方式上有现浇、预制、拼装。4. 综合管廊结构体系可分为纯板壳结构、无梁楼盖结构、梁板柱结构等。5. 综合管廊结构本质上可划分为二维平面模型（一般直线段）和三维平面模型（节点段，如交叉口等）。现浇矩形管廊预制矩形管廊预制圆形管廊预制异形管廊预
2、制异形管廊预制异形管廊4综合管廊结构分析 城市综合管廊工程技术规范 给水排水埋地矩形管道结构设计规程 计算模型的合理简化综合管廊截面设计 混凝土结构设计规范 配筋、构造要求综合管廊抗震验算 建筑抗震设计规范 城市轨道交通结构抗震设计规范 地震效应、抗震措施结构设计应遵循或参考的相关规范综合管廊其它规范 工程结构可靠性设计统一标准 混凝土结构耐久性设计规范 建筑结构荷载规范 建筑地基基础设计规范 设计使用年限重要性系数保护层厚度荷载取值基础设计51. 对于混凝土强度和保护层厚度的看法（以一般工程为例） 城市综合管廊工程技术规范 结构设计使用年限应为 100 年 混凝土结构耐久性设计规范 一般工程
3、环境类别 级 混凝土结构耐久性设计规范 C级（有地下水） B级（无地下水）61. 对于混凝土强度和保护层厚度的看法（以一般工程为例） 混凝土结构耐久性设计规范 一般工程砼最低强度：C40（有地下水）C35（无地下水） 混凝土结构耐久性设计规范 一般工程保护层厚度：40 mm（有地下水）30 mm（无地下水）以上是由于结构使用年限不同对混凝土强度和保护层厚度的影响，另外对混凝土材料的规定，如氯离子含量、水胶比等也应在设计文件中表述。72. 对于管廊上部荷载取值的看法（ 1）开槽施工情况下，竖向土压力系数的取值 给水排水埋地矩形管道结构设计规程 临界槽宽公式中的系数不是竖向土压力的分项系数，是指开
4、挖沟槽宽度超过临界槽宽时上部覆土沉降对结构产生的附加影响，该数值将会使顶板荷载增大，对顶板受力影响较大。设计中应根据实际的情况考虑，新规范一律取 1.2，若有设计优化的需要，可参照老版规范。（ 2）对车辆荷载的取值 给水排水埋地矩形管道结构设计规程 考虑压力扩散和扩散重叠影响8以上是工程的一个算例，计算中首先考虑管廊埋设的位置，根据管廊的宽度确定并行车辆的数量；其次，根据管廊的埋深，确定车辆轮重的扩散以及扩散重叠区域；然后计算出重叠区域扩散后的压强；最后，与规范规定的地面堆载（ 10Kpa）对比取最大值。主要注意的是，若管廊覆土较小，此时需计入动力系数，而且车辆荷载压强可能会占主导地位。9（
5、3）施工荷载问题一般情况下，管廊顶板覆土不小于 2.5m。但是由于道路路基施工的需要，往往在顶板覆土 1.0m后即进入路基施工环节。此时，为保证路基设计压实度的需要，施工方式将采用压路机。不同吨位的压路机，在开启振动模式下的激振力将会对顶板造成巨大影响。在相关试验资料中显示，顶板覆土 1.0m情况下，压路机造成的激振力压强可达 80 200kPa。该荷载远大于顶板覆土重量，该条件下结构计算极为不经济。为解决此矛盾，有必要在管廊内部采用临时支撑的方式，设计中应予以重视。3. 对于管廊基础计算模型的选择 给水排水埋地矩形管道结构设计规程 弹性地基梁推荐采用底板弹簧的计算模型模拟弹性地基梁，并与顶板
6、、侧墙做整体计算。底板弹簧的取值可参照岩土勘察资料或 PKPM 软件JCCAD 说明书中推荐的表格。104. 对于管廊抗震验算的方法选择 城市轨道交通结构抗震设计规范 反应位移法由于 城市综合管廊工程技术规范 中没有明确的抗震验算方法， 建筑抗震设计规范 中抗震计算又无法考虑土的动力特性，故参照 城市轨道交通结构抗震设计规范 中的“反应位移法”进行抗震验算。此时，管廊抗震设防类别取重点设防类，且应根据 建筑抗震设计规范 对抗震等级做相应规定。抗震性能仍然为小震（常遇地震）、中震（设计地震）、大震（罕遇地震）作三阶段验算。反应位移法左图中的图弹簧分为水平土弹簧和垂直土弹簧，该值不同于基础计算时的
7、基床系数。若没有实测资料，可参照 城市轨道交通岩土工程勘察规范 取值，也可参照日本铁路抗震设计规范推荐的经验公式作为比较。反应位移法的三个要素土体约束 土体位移的剪切力 结构惯性力115. 对于管廊抗震等级对计算的影响根据抗震措施的要求，在 建筑抗震设计规范 中，需对结构进行抗震等级的划分。此时，在理论的计算结果上，需要实现“强节点弱杆件”、“强柱弱梁”等要求。故此时应对构件内力进行调整，内力调整系数参见上述规范。6. 对于管廊截面配筋时应考虑的内力管廊结构主要由板壳为主，框架梁柱为辅助。在配筋过程中，所有的构件都位于压弯 /拉弯条件下，此时基本不存在纯受弯构件，故截面设计时应考虑轴力影响。若
8、板壳平面尺寸较大，因无法配置抗剪箍筋，故还应对剪力进行复核。考虑到管廊防水要求极高，故个人建议在设计地震作用下，构件按照弹性工作阶段考虑（即不进行内力调幅）。7. 对于管廊截面裂缝的计算由于 混凝土结构设计规范 和 给水排水工程钢筋混凝土水池结构设计规程 中对裂缝的公式不同。总的来讲， 砼规 主要考虑的杆系结构， 水池 考虑的是板壳结构。 砼规 裂缝计算值大于 水池 裂缝计算值。个人认为，裂缝计算公式应选用 水池 规程计算更为合理。规范相关异同已有很多论文发表，可自行查阅。8. 对于管廊制图的问题由于管廊结构的受力特性，对板壳结构钢筋截断位置应特别注意。尤其不能采用民建平法制图的钢筋截断方式，
9、需根据构件实际反弯点位置进行钢筋的放样。12常用的结构计算软件有 PKPM、盈建科、通用有限元（ Midas、 Sap2000、 Strat、 Ansys）、特殊有限元（理正复杂水池、世纪旗云）、结构计算工具（力学求解器、理正钢框架） 。总结的特性如下：PKPM、盈建科等 对象：工民建结构操作简单，界面简洁、结果直观，与规范契合度高 地震计算主要考虑惯性力无法考虑土 管廊共同作用无法考虑土体地震位移效应Midas、 Sap2000对象：几乎所有结构类型通用性强，可随意定制，微调自由度高操作复杂、结果不直观、与规范契合度低、学习成本高Ansys 对象：不限通用性最强，可随意定制，微调自由度高操作
10、最复杂、结果不直观、与规范契合度低、学习成本最高特殊有限元 对象：钢筋砼水池操作简单，界面简洁、结果直观，与规范契合度高 地震计算主要考虑惯性力、动水（土）压力无法考虑土体地震位移效应结构计算工具 对象：辅助工具13实际工程中 Midas Gen的计算书整理示意：14常用 Midas Gen的计算书整理示意：15常用 Midas Gen的计算书整理示意：16由于软件的自由度较高，故计算结果受软件操作的影响较大，而往往不能第一时间发现错误。所以有必要采用两种以上的软件进行复核，或者采用二维平面模型和三维模型进行复核。下面是采用 Midas Gen对综合管廊二维 /三维进行的对比：1. 在对比的过
11、程中，建议取较大值作为计算结果。2. 由于三维模型的空间作用，其计算结果较规范计算方法或手算偏小。本工程对三维模型计算结果增加了 20% 30%进行配筋。3. 由于通用有限元操作界面、方式较为相近，在有条件的情况下，还是建议采用两种以上的软件复核， Sap2000是比较好的选择。17通过对 Midas、 Sap2000和 Strat等软件的使用，软件需改进的建议：1. 改进对有限元板块局部坐标系的定义，减少建模出错的概率；2. 有限元剖分虽然实现了自动剖分，但仍有改进空间；3. 对于反应位移法的边界约束输入和地震荷载输入，有没有插件可以更为简化，减少出错概率。4. 对于结算结果的阅读，软件虽然很详细，但仍然不直观。设计人员需要对 X向、 Y向等分别提取数据；5. 软件的后处理功能，例如重要性系数、抗震等级系数等能否有专门的模块实现；6. 软件能否实现初步的自动配筋、自动计算裂缝、自动计算弹塑性位移角等功能；7. 软件计算书功能如何满足施工图审查的需要。18
