地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計（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)計任務(wù)概述 21、1課程設(shè)計目得 21、2設(shè)計規(guī)范及參考書 21、3課程設(shè)計方案 21、4課程設(shè)計得基本流程 4第二章 平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及荷載計算 52、1平面結(jié)構(gòu)計算簡圖 52、2、荷載計算 52、3荷載組合 6第三章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 103、1 建模與計算 10本課程設(shè)計采用ANSYS進行建模與計算，結(jié)構(gòu)模型如下圖： 103、2 基本組合 103、2標準組合 13第四章 結(jié)構(gòu)（墻、板、柱）配筋計算 164、1車站頂板上緣得配筋計算 164、2負一層中柱配筋計算 214、3頂縱梁上緣得配筋計算 224、4頂縱梁上緣裂縫寬度驗算 24課程設(shè)計任務(wù)概述1、1課程設(shè)計目得初步掌握地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計得基本流程；通過課程設(shè)計學(xué)習(xí)，熟悉地下工程“荷載—結(jié)構(gòu)”法得有限元計算過程；掌握平面簡化模型得計算簡圖、荷載分類及荷載得組合方式、彈性反力及其如何在計算中體現(xiàn)；通過實際操作，掌握有限元建模、劃分單元、施加約束、施加荷載得方法；掌握地下矩形框架結(jié)構(gòu)得內(nèi)力分布特點，并根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力完成配筋工作。為畢業(yè)設(shè)計及今后得實際工作做理論與實踐上得準備。1、2設(shè)計規(guī)范及參考書1、《地鐵設(shè)計規(guī)范》2、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》3、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》4、《地下鐵道》（高波主編，西南交通大學(xué)出版社）5、《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》教材6、計算軟件基本使用教程相關(guān)得參考書（推薦用ANSYS）1、3課程設(shè)計方案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，中柱截面得橫向（即垂直于車站縱向）尺寸固定為0、8m（如圖1-1標注），縱向柱間距8m。為簡化計算，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，標準組合用于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計?？v向（縱梁）計算要求分別計算頂縱梁、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)內(nèi)力計算，并根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》完成墻、板、梁、柱得配筋。圖1-1地鐵車站橫斷面示意圖（單位：mm）本人所做得計算工況就是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)內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力17、525021-注：飽與重度統(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、0）1、4×0、7標準組合1、01、0注：括號中數(shù)值為荷載有利時取值。1、3、2主要材料1、混凝土：墻、板、梁用C30，柱子C40；彈性模量與泊松比查規(guī)范。2、鋼筋根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》選用。1、4課程設(shè)計得基本流程1、根據(jù)提供得尺寸，確定平面計算簡圖（重點說明中柱如何簡化）；2、荷載計算。包括垂直荷載與側(cè)向荷載，采用水土分算；不考慮人防荷載與地震荷載。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)計只考慮基本組合與標準組合兩種工況。3、有限元建模、施加約束、施加荷載、運行計算以及計算結(jié)果得提取。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，應(yīng)撤掉該“彈性鏈桿”重新計算。另要求計算結(jié)果必須包括結(jié)構(gòu)變形、彎矩、軸力、剪力。4、根據(jù)上述計算結(jié)果進行結(jié)構(gòu)配筋。先根據(jù)基本組合得計算結(jié)果進行承載能力極限狀態(tài)得配筋，然后根據(jù)此配筋結(jié)果檢算正常使用極限狀態(tài)（內(nèi)力采用標準組合計算結(jié)果）得裂縫寬度就是否通過？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、完成計算書平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及荷載計算2、1平面結(jié)構(gòu)計算簡圖地基對結(jié)構(gòu)得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)計算簡圖，如圖2-1所示。圖2-12、2、荷載計算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與垂直土壓力組成。路面荷載：q垂直土壓力由公式q2=γi2、中板垂直荷載：中板人群荷載：q設(shè)備荷載：q3、底板垂直荷載：底板處水浮力：q2、2、2側(cè)向荷載1、側(cè)向土壓力：土得浮重度γ側(cè)向壓力系數(shù)λ=土壓力在頂板產(chǎn)生得側(cè)向土壓力：e土壓力在底板產(chǎn)生得側(cè)向土壓力：e路面荷載在頂板產(chǎn)生得側(cè)向壓力e路面荷載在底板產(chǎn)生得側(cè)向壓力e2、側(cè)向水壓力側(cè)墻頂板處得水壓力為零。側(cè)墻底板處得水壓力：e2、3荷載組合2、3、1基本組合1、頂板垂直荷載：q2、中板垂直荷載：q3、底板垂直荷載：q4、頂板側(cè)向荷載：e5、底板側(cè)向荷載：e6、頂縱梁荷載：縱梁計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與，即縱梁荷載為兩個半跨頂板上得荷載及頂板自重之與。頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q8、底縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q2、3、2標準組合1、頂板垂直荷載：q2、中板垂直荷載：q3、底板垂直荷載：q4、頂板側(cè)向荷載：

e5、底板側(cè)向荷載：e底板=1、0×92、77+132、398+1、0×9、44=234、608kN/6、頂縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q8、底縱梁荷載：頂板垂直荷載設(shè)計值：q頂板自重：q頂縱梁承受得荷載：q結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算建模與計算本課程設(shè)計采用ANSYS進行建模與計算，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)件單元截面得尺寸特性如表3-1：表3-1構(gòu)件單元截面尺寸表截面面積（b×h）/m2慣性矩/m4單元類型材料頂板1×0、800、04266667Beam3C30中板1×0、50、01041667Beam3C30底板1×0、750、03515625Beam3C30側(cè)墻1×0、70、02858333Beam3C30中柱0、7×0、80、02986667Beam3C40彈簧1×0、5——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準組合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標準組合橫斷面變形圖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標準組合橫斷面軸力圖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標準組合橫斷面剪力圖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標準組合橫斷面彎矩圖結(jié)構(gòu)（墻、板、柱）配筋計算要進行結(jié)構(gòu)斷面配筋，選用得彎矩與軸力就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)就是反映連續(xù)梁內(nèi)力重分布能力得參數(shù)。調(diào)幅過后實際配筋內(nèi)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負一層側(cè)墻迎土面436、101549、017302、6631000*700負一層側(cè)墻背土面0549、017302、6631000*700負二層側(cè)墻迎土面920861、454888、321000*700負二層側(cè)墻背土面694、113861、454888、321000*700負一層中柱06489、860800*700負二層中柱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車站頂板上緣得配筋計算截面尺寸b×h=1000×800，αs=αs‘=50mm，計算長度l0=7m，h0=800-50=750mm，彎矩設(shè)計值M=400、98kN?m，軸力設(shè)計值N=286、564kN?m，混凝土等級C30，1、求偏心距e附加偏心距：e初始偏心距：e因為本設(shè)計不考慮二階效應(yīng)，故不需要計算偏心距增大系數(shù)。2、判斷大小偏心計算偏心距：e所以屬于大偏心受壓構(gòu)件。3、求受壓區(qū)鋼筋面積Ae=取ξ=ξAρ取AS選用7Φ20（As4、求受拉鋼筋面積A受壓區(qū)高度：x=h-=750-=9、75x=9、75mm<2則受拉區(qū)鋼筋面積：Ae故

A取As選用7Φ20（Asξ=所以非超筋。5、箍筋計算（1）驗算限制條件混凝土等級為C30，所以βhw0、25V=387、69kN<0、25所以，非斜壓破壞。（2）、檢查就是否需要按計算配置箍筋頂板承受均布荷載，則λ=1、5，軸力N=286、564kN1、75=750、75kN>V=387、69kN只需要構(gòu)造配筋按構(gòu)造進行配筋，選取六肢D106、裂縫寬度驗算e根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2002），當e0l所以使用階段得軸向壓力偏心距增大系數(shù)ηs軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點得距離：e=縱向受拉鋼筋合力點至截面受壓合力點得距離：z=按有效受拉混凝土截面面積計算得縱向受拉鋼筋配筋率：ρ按荷載效應(yīng)得標準組合計算得軸向力：N鋼筋混凝土構(gòu)件受拉區(qū)縱向鋼筋得應(yīng)力：σ裂縫間縱向受拉鋼筋應(yīng)變不均勻系數(shù)：?=1、1-0、65故取?=0、2。最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊得距離c=50mm。受拉區(qū)縱向鋼筋得等效直徑deq故最大裂縫寬度：ω=1、9×0、2×故滿足裂縫寬度。地鐵結(jié)構(gòu)其她截面位置配筋過程同頂板上緣類似，均選取混凝土等級C30，fc=14、3N/mm2，ftk=2、01N/mm2，采用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b×h/mm1000*8001000*8001000*5001000*5001000*7501000*750彎矩設(shè)計值/(400、98350、032237、73107、582413、691920軸力設(shè)計值/286、564286、56410701070749、25749、25偏心距e1399、271221、479222、176100、54552、141227、895偏心距增大系數(shù)η111111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A219921991272127218841520數(shù)量及截面直徑/7D207D205D185D186D204D22受拉鋼筋面積A219921991272127218847125數(shù)量及截面直徑/7D207D205D185D186D207D36剪力設(shè)計值/387、69387、69127、04127、04749、25749、250、252681、252681、251608、751608、752502、52502、51、75750、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D六肢D六肢D六肢D六肢D六肢D裂縫寬度驗算0、1450、1230、127不需要不需要0、191表4-2負一層側(cè)墻迎土面負一層側(cè)墻背土面負二層側(cè)墻迎土面負二層側(cè)墻背土面尺寸b×h/mm1000*7001000*7001000*7001000*700彎矩設(shè)計值/(436、1010920694、113軸力設(shè)計值/302、663302、663888、32888、32偏心距e1440、8801035、663730、72偏心距增大系數(shù)η1111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A1608188415201520數(shù)量及截面直徑/8D166D204D224D22受拉鋼筋面積A6434431064344310數(shù)量及截面直徑/8D327D288D327D28剪力設(shè)計值/302、663302、663888、32888、320、252323、752323、752323、752323、751、75650、65650、65650、65650、65如何配筋構(gòu)造構(gòu)造計算配筋計算配筋箍筋量六肢D六肢D六肢D10@250六肢D10@250裂縫寬度驗算0、2不需要0、1920、194表4-34、2負一層中柱配筋計算4、2、1負一層中柱中柱尺寸800×700，軸力設(shè)計值N=6489、86kN，混凝土等級C40，fc=19、1N/mm2，ftk=2、39N/mmN≤0、9φ式中，N軸向壓力設(shè)計值（N）;Φ鋼筋混凝土構(gòu)件得穩(wěn)定系數(shù)fc混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值（N/A構(gòu)件截面面積（mm2As‘全部縱向鋼筋得截面面積（l故取φ=1。因此柱得配筋：A故采用構(gòu)造配筋：A縱筋選用4根20（As'=1256配筋率驗算：ρ4、2、2負二層中柱中柱尺寸800×700，軸力設(shè)計值N=8160kN，混凝土等級C40，fc=19、1N/mm2，ftk=2、39N/mm2,采用三級鋼筋（f4、3頂縱梁上緣得配筋計算縱梁上緣b×h=1000×1800,彎矩設(shè)計值M=4640kN?m，混凝土等級C30，fc=14、3N/mm2，ftk1、縱筋計算假定受拉鋼筋放2排，設(shè)αs=60mm，則αζ故可以按照單筋截面配筋。則γA選用12Φ40（Asε=所以非超筋。ρ=所以非少筋。2、箍筋計算（1）驗算限制條件混凝土等級為C30，所以βhw0、25V=3530kN<0、25所以，非斜壓破壞。（2）、檢查就是否需要按計算配置箍筋頂板承受均布荷載，則λ=1、5，軸力N=286、564kN1、75=1741、74kN>V=3530kN需要按計算配置箍筋。（3）設(shè)計箍筋六肢Φ10箍筋（箍筋直徑滿足最小直徑要求）As≤取s=120mm，箍筋間距滿足要求。ρ4、4頂縱梁上緣裂縫寬度驗算按有效受拉混凝土截面面積計算得縱向受拉鋼筋配筋率：ρ按荷載效應(yīng)得標準組合計算得彎矩：M鋼筋混凝