一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，該結(jié)構(gòu)包括加固部，所述加固部包括由上至下依次連接設(shè)置的吸能層、鋼板層、軟弱墊層和鋼筋混凝土層，所述鋼筋混凝土層用于連接于地下空間結(jié)構(gòu)頂部。通過(guò)所述吸能層、所述鋼板層、所述軟弱墊層和所述鋼筋混凝土層豎向逐段漸進(jìn)式承受荷載并消耗能量，有效加強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高頂層結(jié)構(gòu)抗荷載能力，防止地下結(jié)構(gòu)上部地段抗荷載時(shí)變形過(guò)大，可以有效加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)安全屏障，節(jié)省結(jié)構(gòu)體系施做時(shí)間，方便安裝與拆除，提升施工效率，能夠有效地保障地下空間的應(yīng)急避難問(wèn)題，增加地下空間的安全。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
本專利技術(shù)涉及應(yīng)急避難領(lǐng)域，特別是涉及一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)介紹
在以往城市地下空間結(jié)構(gòu)體系中，對(duì)應(yīng)急避難空間的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)城市防空能力和城市應(yīng)急疏散能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，未將城市防護(hù)與防災(zāi)功能統(tǒng)一起來(lái)，尚未形成一個(gè)統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下的城市綜合防空、防災(zāi)體制，實(shí)現(xiàn)城市防空、防災(zāi)綜合化和一體化。這樣一來(lái)嚴(yán)重影響了城市地下空間的安全性，需要找到一種有效的地下空間頂層結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有城市地下空間頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有待改進(jìn)的問(wèn)題，提供一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，可以有效的保障城市地下空間的安全問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)，包括加固部，所述加固部包括由上至下依次連接設(shè)置的吸能層、鋼板層、軟弱墊層和鋼筋混凝土層，所述鋼筋混凝土層用于連接于地下空間結(jié)構(gòu)頂部。采用本專利技術(shù)所述的一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述吸能層、所述鋼板層、所述軟弱墊層和所述鋼筋混凝土層豎向逐段漸進(jìn)式承受荷載并消耗能量，加強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高頂層結(jié)構(gòu)分抗荷載能力，防止地下結(jié)構(gòu)上部地段抗荷載時(shí)變形過(guò)大，可以有效加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)安全屏障，節(jié)省結(jié)構(gòu)體系施做時(shí)間，方便安裝與拆除，提升施工效率，能夠有效地保障地下空間的應(yīng)急避難問(wèn)題，增加地下空間的安全。優(yōu)選地，地下空間結(jié)構(gòu)包括消能部和防護(hù)部，所述防護(hù)部連接于所述消能部底部，所述消能部連接于所述鋼筋混凝土層底部。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述防護(hù)部包括腔體，所述腔體用于應(yīng)急避難。本專利技術(shù)還提供了一種如以上任一項(xiàng)所述地下空間頂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括：步驟1，確定意外打擊荷載產(chǎn)生的能量w；基于豎向逐段漸進(jìn)式能量消耗比例根據(jù)所述w依次確定所述吸能層消耗能量w1、所述鋼板層消耗能量w2、所述軟弱墊層消耗能量w3、以及所述鋼筋混凝土層消耗能量w4；其中，(60％～70％)w＝w1+w2+w3+w4，且滿足w1>w2>w3>w4；步驟2，根據(jù)所述吸能層消耗能量w1確定所述吸能層的結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)所述鋼板層消耗能量w2確定所述鋼板層的結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)所述軟弱墊層消耗能量w3確定所述軟弱墊層的結(jié)構(gòu)參數(shù)；以及，根據(jù)所述鋼筋混凝土層消耗能量w4確定所述鋼筋混凝土層的結(jié)構(gòu)參數(shù)。采用本專利技術(shù)所述的一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，能夠通過(guò)豎向逐段漸進(jìn)式能量消耗比例，逐段確定每層結(jié)構(gòu)所消耗能量，從而根據(jù)每層結(jié)構(gòu)消耗的能量有效確定各層的結(jié)構(gòu)參數(shù)(強(qiáng)度、數(shù)量等)，通過(guò)這樣的頂層設(shè)計(jì)有效加強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止地下結(jié)構(gòu)上部地段抗荷載時(shí)變形過(guò)大，可以有效加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)安全屏障，節(jié)省結(jié)構(gòu)體系施做時(shí)間，方便安裝與拆除，提升施工效率，能夠有效地保障地下空間的應(yīng)急避難問(wèn)題，增加地下空間的安全。優(yōu)選地，，通過(guò)以下公式確定所述意外打擊荷載產(chǎn)生的能量w：式中，w—所述意外打擊荷載產(chǎn)生的能量，M—所述意外打擊荷載值，g—重力加速度，v—所述意外打擊荷載加速后產(chǎn)生的速度。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述吸能層包括若干個(gè)吸能塊，所述吸能塊為泡沫金屬；所述吸能塊的結(jié)構(gòu)參數(shù)由以下公式確定：w1＝n·w0＝n·f1·abc其中，w1—所述吸能層消耗能量，n—所述吸能塊的個(gè)數(shù)，w0—所述吸能塊消耗能量，f1—所述吸能塊的強(qiáng)度，a、b、c—所述吸能層的長(zhǎng)、寬、高?？紤]到吸能層作為最上層直接與打擊荷載接觸，會(huì)耗散掉大部分能量，因此在吸能層采用高強(qiáng)度的泡沫金屬材料；泡沫金屬是一種以金屬或金屬合金為基體，包含大量胞孔的輕質(zhì)多孔材料；泡沫金屬以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，它兼有結(jié)構(gòu)材料和功能材料的特性：作為結(jié)構(gòu)材料，它具有輕質(zhì)和高強(qiáng)度的特點(diǎn)。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鋼板層的結(jié)構(gòu)參數(shù)由以下公式確定：w2＝f2·abc式中，w2—所述鋼板層消耗能量，f2—所述鋼板層的強(qiáng)度，a、b、c—所述鋼板層的長(zhǎng)、寬、高。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述軟弱墊層由土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成，其中所述軟弱墊層的結(jié)構(gòu)參數(shù)由以下公式確定：w3＝f3·abc式中，w3—所述軟弱墊層消耗能量，f3—所述軟弱墊層的強(qiáng)度，a、b、c—所述軟弱墊層的長(zhǎng)、寬、高。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述鋼筋混凝土層消耗能量w4由以下公式確定：w4＝f4·abc式中，w4—所述鋼筋混凝土層消耗能量，f4—所述鋼筋混凝土層的強(qiáng)度，a、b、c—所述鋼筋混凝土層的長(zhǎng)、寬、高。進(jìn)一步優(yōu)選地，根據(jù)所述地下空間頂層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)、寬、高確定所述吸能層、鋼板層、軟弱墊層和鋼筋混凝土層的長(zhǎng)、寬、高；且所述吸能層、鋼板層、軟弱墊層和鋼筋混凝土層的長(zhǎng)、寬、高相等。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)的有益效果是：1、本專利技術(shù)所述的一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述吸能層、所述鋼板層、所述軟弱墊層和所述鋼筋混凝土層豎向逐段漸進(jìn)式承受荷載并消耗能量(其中，吸能層作為最上層直接與打擊荷載接觸，在豎向第一段耗散掉大部分能量，一般采用泡沫金屬，具有輕質(zhì)和高強(qiáng)度的特點(diǎn)；鋼板層對(duì)剩余的能量進(jìn)行耗散；軟弱墊層為儲(chǔ)備作用，對(duì)鋼板層耗散剩下的能量剩進(jìn)行耗散，一般由土工合成材料加筋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)組成；鋼筋混凝土層為應(yīng)急避難空間頂部結(jié)構(gòu)，能承擔(dān)一部分能量，應(yīng)急避難空間的最后防御措施，從而形成豎向逐段漸進(jìn)式承受荷載的頂層結(jié)構(gòu))，從而有效加強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提高頂層結(jié)構(gòu)分抗荷載能力，防止地下結(jié)構(gòu)上部地段抗荷載時(shí)變形過(guò)大，可以有效加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)安全屏障，節(jié)省結(jié)構(gòu)體系施做時(shí)間，方便安裝與拆除，提升施工效率，能夠有效地保障地下空間的應(yīng)急避難問(wèn)題，增加地下空間的安全。2、本專利技術(shù)所述的一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，能夠通過(guò)豎向逐段漸進(jìn)式能量消耗比例，逐段確定每層結(jié)構(gòu)所消耗能量，從而根據(jù)每層結(jié)構(gòu)消耗的能量有效確定各層的結(jié)構(gòu)參數(shù)(強(qiáng)度、數(shù)量等)，通過(guò)這樣的頂層設(shè)計(jì)有效加強(qiáng)頂層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，防止地下結(jié)構(gòu)上部地段抗荷載時(shí)變形過(guò)大，可以有效加強(qiáng)地下結(jié)構(gòu)安全屏障，節(jié)省結(jié)構(gòu)體系施做時(shí)間，方便安裝與拆除，提升施工效率，能夠有效地保障地下空間的應(yīng)急避難問(wèn)題，增加地下空間的安全。3、考慮到吸能層作為最上層直接與打擊荷載接觸，會(huì)耗散掉大部分能量，因此在吸能層采用高強(qiáng)度的泡沫金屬材料；泡沫金屬是一種以金屬或金屬合金為基體，包含大量胞孔的輕質(zhì)多孔材料；泡沫金屬以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而具有許多優(yōu)異的性能，它兼有結(jié)構(gòu)材料和功能材料的特性：作為結(jié)構(gòu)材料，它具有輕質(zhì)和高強(qiáng)度的特點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)所述地下空間頂層結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是所述加固部的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：1-加固部，11-吸能層，12-鋼板層，13-軟弱墊層，14-鋼筋混凝土層，2-消能部，3-防護(hù)部，4-意外打擊荷載。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖，對(duì)本專利技術(shù)作詳細(xì)的說(shuō)明。為了使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本專利技術(shù)，并不用于限定本本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括加固部(1)，所述加固部(1)包括由上至下依次連接設(shè)置的吸能層(11)、鋼板層(12)、軟弱墊層(13)和鋼筋混凝土層(14)，所述鋼筋混凝土層(14)用于連接于地下空間結(jié)構(gòu)頂部。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種地下空間頂層結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括加固部(1)，所述加固部(1)包括由上至下依次連接設(shè)置的吸能層(11)、鋼板層(12)、軟弱墊層(13)和鋼筋混凝土層(14)，所述鋼筋混凝土層(14)用于連接于地下空間結(jié)構(gòu)頂部。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下空間頂層結(jié)構(gòu)，其特征在于，地下空間結(jié)構(gòu)包括消能部(2)和防護(hù)部(3)，所述防護(hù)部(3)連接于所述消能部(2)底部，所述消能部(2)連接于所述鋼筋混凝土層(14)底部。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下空間頂層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述防護(hù)部(3)包括腔體，所述腔體用于應(yīng)急避難。


4.一種如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述地下空間頂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，
步驟1，確定意外打擊荷載(4)產(chǎn)生的能量w；基于豎向逐段漸進(jìn)式能量消耗比例根據(jù)所述w依次確定所述吸能層(11)消耗能量w1、所述鋼板層(12)消耗能量w2、所述軟弱墊層(13)消耗能量w3、以及所述鋼筋混凝土層(14)消耗能量w4；
其中，(60％～70％)w＝w1+w2+w3+w4，且滿足w1>w2>w3>w4；
步驟2，根據(jù)所述吸能層(11)消耗能量w1確定所述吸能層(11)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)所述鋼板層(12)消耗能量w2確定所述鋼板層(12)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；根據(jù)所述軟弱墊層(13)消耗能量w3確定所述軟弱墊層(13)的結(jié)構(gòu)參數(shù)；以及，根據(jù)所述鋼筋混凝土層(14)消耗能量w4確定所述鋼筋混凝土層(14)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過(guò)以下公式確定所述意外打擊荷載(4)產(chǎn)生的能量w：



式中，w—所述意外打擊荷載(4)產(chǎn)生的能量，M—所述意外打擊荷載(4)值，g—重力加速度，v—所述意外打...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：肖清華，雷升祥，熊強(qiáng)，李文勝，李慶，韓翔宇，袁文，朱洪江，丁猛，何亞濤，邱澤民，吳東宇，李聰明，陳喬楓，趙偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51