地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說明

./地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)〔地下矩形框架結(jié)構(gòu)西南交通大學(xué)地下工程系目錄第一章課程設(shè)計(jì)任務(wù)概述21.1課程設(shè)計(jì)目的21.2設(shè)計(jì)規(guī)及參考書21.3課程設(shè)計(jì)方案21.4課程設(shè)計(jì)的基本流程4第二章平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖及荷載計(jì)算52.1平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖52.2.荷載計(jì)算52.3荷載組合6第三章結(jié)構(gòu)力計(jì)算103.1建模與計(jì)算10本課程設(shè)計(jì)采用ANSYS進(jìn)行建模與計(jì)算,結(jié)構(gòu)模型如下圖：103.2基本組合103.2標(biāo)準(zhǔn)組合13第四章結(jié)構(gòu)〔墻、板、柱配筋計(jì)算164.1車站頂板上緣的配筋計(jì)算164.2負(fù)一層中柱配筋計(jì)算214.3頂縱梁上緣的配筋計(jì)算224.4頂縱梁上緣裂縫寬度驗(yàn)算24課程設(shè)計(jì)任務(wù)概述1.1課程設(shè)計(jì)目的初步掌握地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本流程；通過課程設(shè)計(jì)學(xué)習(xí),熟悉地下工程"荷載—結(jié)構(gòu)"法的有限元計(jì)算過程；掌握平面簡化模型的計(jì)算簡圖、荷載分類及荷載的組合方式、彈性反力及其如何在計(jì)算中體現(xiàn)；通過實(shí)際操作,掌握有限元建模、劃分單元、施加約束、施加荷載的方法；掌握地下矩形框架結(jié)構(gòu)的力分布特點(diǎn),并根據(jù)結(jié)構(gòu)力完成配筋工作。為畢業(yè)設(shè)計(jì)及今后的實(shí)際工作做理論和實(shí)踐上的準(zhǔn)備。1.2設(shè)計(jì)規(guī)及參考書1、《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)》2、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)》3、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)》4、《地下鐵道》〔高波主編,西南交通大學(xué)5、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》教材6、計(jì)算軟件基本使用教程相關(guān)的參考書〔推薦用ANSYS1.3課程設(shè)計(jì)方案1.3.1方案概述某地鐵車站采用明挖法施工,結(jié)構(gòu)為矩形框架結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)詳見表1-1。車站埋深3m,地下水位距地面3m,中柱截面的橫向〔即垂直于車站縱向尺寸固定為0.8m〔如圖1-1標(biāo)注,縱向柱間距8m。為簡化計(jì)算,圍巖為均一土體,土體參數(shù)詳見表1-2,采用水土分算。路面荷載為,鋼筋混凝土重度,中板人群與設(shè)備荷載分別取、。荷載組合按表1-3取用,基本組合用于承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì),標(biāo)準(zhǔn)組合用于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)?？v向〔縱梁計(jì)算要求分別計(jì)算頂縱梁、中縱梁、底縱梁受力及其配筋。頂縱梁尺寸：1000mm×1800mm〔寬×高；中縱梁尺寸：1000mm×1000mm〔寬×高；底縱梁尺寸：1000mm×2100mm〔寬×高。要求用電算軟件完成結(jié)構(gòu)力計(jì)算,并根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)》完成墻、板、梁、柱的配筋。圖1-1地鐵車站橫斷面示意圖〔單位：mm本人所做的計(jì)算工況是A2,B26,查表可得其地層物理力學(xué)參數(shù)如表1-1所示,結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)如表1-2所示,荷載組合如表1-3所示。表1-1地層物理力學(xué)參數(shù)重度彈性反力系數(shù)摩擦角聚力17.525021-注：飽和重度統(tǒng)一取"表中重度+3"表1-2結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)〔單位：m跨度L頂板厚h1中板厚h2底板厚h3墻厚T中柱70.80.50.750.70.8×0.7表1-3荷載組合表組合工況永久荷載可變荷載基本組合1.35〔1.01.4×0.7標(biāo)準(zhǔn)組合1.01.0注：括號中數(shù)值為荷載有利時(shí)取值。1.3.2主要材料1、混凝土：墻、板、梁用C30,柱子C40；彈性模量和泊松比查規(guī)。2、鋼筋根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)》選用。1.4課程設(shè)計(jì)的基本流程1、根據(jù)提供的尺寸,確定平面計(jì)算簡圖〔重點(diǎn)說明中柱如何簡化；2、荷載計(jì)算。包括垂直荷載和側(cè)向荷載,采用水土分算；不考慮人防荷載和地震荷載。側(cè)向荷載統(tǒng)一用朗金靜止土壓力公式。荷載組合本次課程設(shè)計(jì)只考慮基本組合和標(biāo)準(zhǔn)組合兩種工況。3、有限元建模、施加約束、施加荷載、運(yùn)行計(jì)算以及計(jì)算結(jié)果的提取。注意土層約束簡化為彈簧,滿足溫克爾假定,且只能受壓不能受拉,即彈簧軸力為正時(shí),應(yīng)撤掉該"彈性鏈桿"重新計(jì)算。另要求計(jì)算結(jié)果必須包括結(jié)構(gòu)變形、彎矩、軸力、剪力。4、根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。先根據(jù)基本組合的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)的配筋,然后根據(jù)此配筋結(jié)果檢算正常使用極限狀態(tài)〔力采用標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算結(jié)果的裂縫寬度是否通過？若通過,則完成配筋；若不通過,則調(diào)整配筋量,直至檢算通過。5、完成計(jì)算書平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖及荷載計(jì)算2.1平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖地基對結(jié)構(gòu)的彈性反力用彈簧代替,結(jié)構(gòu)縱向長度取1米,采用水土分算,其平面結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖,如圖2-1所示。圖2-12.2.荷載計(jì)算2.2.1垂直荷載1、頂板垂直荷載：頂板垂直荷載由路面荷載和垂直土壓力組成。路面荷載：垂直土壓力由公式,可得2、中板垂直荷載：中板人群荷載：設(shè)備荷載：3、底板垂直荷載：底板處水浮力：2.2.2側(cè)向荷載1、側(cè)向土壓力：土的浮重度側(cè)向壓力系數(shù)土壓力在頂板產(chǎn)生的側(cè)向土壓力：土壓力在底板產(chǎn)生的側(cè)向土壓力：路面荷載在頂板產(chǎn)生的側(cè)向壓力路面荷載在底板產(chǎn)生的側(cè)向壓力2、側(cè)向水壓力側(cè)墻頂板處的水壓力為零。側(cè)墻底板處的水壓力：2.3荷載組合2.3.1基本組合1、頂板垂直荷載：2、中板垂直荷載：3、底板垂直荷載：4、頂板側(cè)向荷載：5、底板側(cè)向荷載：6、頂縱梁荷載：縱梁計(jì)算位置考慮最不利位置,取縱梁兩側(cè)相鄰頂板半跨荷載之和,即縱梁荷載為兩個(gè)半跨頂板上的荷載及頂板自重之和。頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：8、底縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：2.3.2標(biāo)準(zhǔn)組合1、頂板垂直荷載：2、中板垂直荷載：3、底板垂直荷載：4、頂板側(cè)向荷載：5、底板側(cè)向荷載：6、頂縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：8、底縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計(jì)值：頂板自重：頂縱梁承受的荷載：結(jié)構(gòu)力計(jì)算建模與計(jì)算本課程設(shè)計(jì)采用ANSYS進(jìn)行建模與計(jì)算,結(jié)構(gòu)模型如下圖：圖3-1結(jié)構(gòu)模型圖模型中各構(gòu)件單元截面的尺寸特性如表3-1：表3-1構(gòu)件單元截面尺寸表截面面積〔/m2慣性矩/m4單元類型材料頂板0.04266667Beam3C30中板0.01041667Beam3C30底板0.03515625Beam3C30側(cè)墻0.02858333Beam3C30中柱0.02986667Beam3C40彈簧——Link10土基本組合3.2.1橫斷面變形圖結(jié)構(gòu)橫斷面變形圖如圖3-2。圖3-2基本組合橫斷面變形圖3.2.2橫斷面軸力圖結(jié)構(gòu)橫斷面軸力圖如圖3-3。圖3-3基本組合橫斷面軸力圖3.2.3橫斷面剪力圖結(jié)構(gòu)橫斷面剪力如圖3-4。圖3-4基本組合橫斷面剪力圖3.2.3橫斷面彎矩圖結(jié)構(gòu)橫斷面彎矩如圖3-5。圖3-5基本組合橫斷面彎矩圖標(biāo)準(zhǔn)組合3.3.1橫斷面變形圖結(jié)構(gòu)橫斷面變形圖如圖3-6。圖3-6標(biāo)準(zhǔn)組合橫斷面變形圖3.2.2橫斷面軸力圖結(jié)構(gòu)橫斷面軸力圖如圖3-7。圖3-7標(biāo)準(zhǔn)組合橫斷面軸力圖3.2.3橫斷面剪力圖結(jié)構(gòu)橫斷面剪力如圖3-8。圖3-8標(biāo)準(zhǔn)組合橫斷面剪力圖3.2.3橫斷面彎矩圖結(jié)構(gòu)橫斷面彎矩如圖3-9。圖3-9標(biāo)準(zhǔn)組合橫斷面彎矩圖結(jié)構(gòu)〔墻、板、柱配筋計(jì)算要進(jìn)行結(jié)構(gòu)斷面配筋,選用的彎矩和軸力是在考慮最不利位置處。對于梁端彎矩采用彎矩調(diào)幅系數(shù),彎矩調(diào)幅系數(shù)是反映連續(xù)梁力重分布能力的參數(shù)。調(diào)幅過后實(shí)際配筋力見表4-1表4-1構(gòu)件彎矩軸力剪力尺寸頂板上緣400.98286.564387.691000*800頂板下緣350.032286.564387.691000*800中板上緣237.731070127.041000*500中板下緣107.5821070127.041000*500底板上緣413.6911030749.251000*750底板下緣9201030749.251000*750負(fù)一層側(cè)墻迎土面436.101549.017302.6631000*700負(fù)一層側(cè)墻背土面0549.017302.6631000*700負(fù)二層側(cè)墻迎土面920861.454888.321000*700負(fù)二層側(cè)墻背土面694.113861.454888.321000*700負(fù)一層中柱06489.860800*700負(fù)二層中柱081600800*700頂縱梁上緣4640-35301000*1800頂縱梁下緣2410-35301000*1800中縱梁上緣1300-10201000*1000中縱梁下緣734.131-10201000*1000底縱梁上緣2680-42001000*2100底縱梁下緣5730-42001000*21004.1車站頂板上緣的配筋計(jì)算截面尺寸,,計(jì)算長度,,彎矩設(shè)計(jì)值,軸力設(shè)計(jì)值,混凝土等級,,,采用三級鋼筋〔,。1、求偏心距附加偏心距：初始偏心距：因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不考慮二階效應(yīng),故不需要計(jì)算偏心距增大系數(shù)。2、判斷大小偏心計(jì)算偏心距：所以屬于大偏心受壓構(gòu)件。3、求受壓區(qū)鋼筋面積取。則受壓區(qū)鋼筋面積：取。選用〔。4、求受拉鋼筋面積受壓區(qū)高度：則受拉區(qū)鋼筋面積：故取。選用〔。所以非超筋。5、箍筋計(jì)算〔1驗(yàn)算限制條件混凝土等級為,所以,屬于一般梁所以,非斜壓破壞。〔2、檢查是否需要按計(jì)算配置箍筋頂板承受均布荷載,則,軸力只需要構(gòu)造配筋按構(gòu)造進(jìn)行配筋,選取六肢箍筋〔箍筋直徑滿足最小直徑要求,間距s取250mm6、裂縫寬度驗(yàn)算根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)》〔GB50010-2002,當(dāng)時(shí)需要驗(yàn)算裂縫寬度。所以使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)。軸向壓力作用點(diǎn)至縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)的距離：縱向受拉鋼筋合力點(diǎn)至截面受壓合力點(diǎn)的距離：按有效受拉混凝土截面面積計(jì)算的縱向受拉鋼筋配筋率：按荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合計(jì)算的軸向力：鋼筋混凝土構(gòu)件受拉區(qū)縱向鋼筋的應(yīng)力：裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)：故取。最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離。受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑。故最大裂縫寬度：故滿足裂縫寬度。地鐵結(jié)構(gòu)其他截面位置配筋過程同頂板上緣類似,均選取混凝土等級,,,采用三級鋼筋〔,。標(biāo)準(zhǔn)截面配筋計(jì)算詳見下表4-2及4-3。頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣底板上緣底板下緣尺寸1000*8001000*8001000*5001000*5001000*7501000*750彎矩設(shè)計(jì)值400.98350.032237.73107.582413.691920軸力設(shè)計(jì)值286.564286.56410701070749.25749.25偏心距1399.271221.479222.176100.54552.141227.895偏心距增大系數(shù)111111判斷大小偏心受壓大偏心大偏心大偏心小偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積219921991272127218841520數(shù)量及截面直徑7D207D205D185D186D204D22受拉鋼筋面積219921991272127218847125數(shù)量及截面直徑7D207D205D185D186D207D36剪力設(shè)計(jì)值387.69387.69127.04127.04749.25749.252681.252681.251608.751608.752502.52502.5750.75750.75450.45450.45700.7700.7如何配筋構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造構(gòu)造箍筋量六肢六肢六肢六肢六肢六肢裂縫寬度驗(yàn)算0.1450.1230.127不需要不需要0.191表4-2負(fù)一層側(cè)墻迎土面負(fù)一層側(cè)墻背土面負(fù)二層側(cè)墻迎土面負(fù)二層側(cè)墻背土面尺寸1000*7001000*7001000*7001000*700彎矩設(shè)計(jì)值436.1010920694.113軸力設(shè)計(jì)值302.663302.663888.32888.32偏心距1440.8801035.663730.72偏心距增大系數(shù)1111判斷大小偏心受壓大偏心小偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積1608188415201520數(shù)量及截面直徑8D166D204D224D22受拉鋼筋面積6434431064344310數(shù)量及截面直徑8D327D288D327D28剪力設(shè)計(jì)值302.663302.663888.32888.322323.752323.752323.752323.75650.65650.65650.65650.65如何配筋構(gòu)造構(gòu)造計(jì)算配筋計(jì)算配筋箍筋量六肢六肢六肢D六肢D裂縫寬度驗(yàn)算0.2不需要0.1920.194表4-34.2負(fù)一層中柱配筋計(jì)算4.2.1負(fù)一層中柱中柱尺寸,軸力設(shè)計(jì)值,混凝土等級,,,采用三級鋼筋〔,。式中,軸向壓力設(shè)計(jì)值〔;鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值〔構(gòu)件截面面積〔全部縱向鋼筋的截面面積〔故取。因此柱的配筋：故采用構(gòu)造配筋：縱筋選用4根20〔。箍筋選用10間距250配筋率驗(yàn)算：4.2.2負(fù)二層中柱中柱尺寸,軸力設(shè)計(jì)值,混凝土等級,,,采用級鋼筋〔,。配筋計(jì)算過程同負(fù)一層中柱配筋?？v筋選用4根20〔。箍筋選用六肢4.3頂縱梁上緣的配筋計(jì)算縱梁上緣,彎矩設(shè)計(jì)值,混凝土等級,,,采用三級鋼筋〔,。,。1、縱筋計(jì)算假定受拉鋼筋放2排,設(shè),則。故可以按照單筋截面配筋。則選用〔所以非超筋。所以非少筋。2、箍筋計(jì)算〔1驗(yàn)算限制條件混凝土等級為,所以,屬于一般梁所以,非斜壓破壞?！?、檢查是否需要按計(jì)算配置箍筋頂板承受均布荷載,則,軸力需要按計(jì)算配置箍筋?！?設(shè)計(jì)箍筋六肢箍筋〔箍筋直徑滿足最小直徑要求取,箍筋間距滿足要求。4.4頂縱梁上緣裂縫寬度驗(yàn)算按有效受拉混凝土截