胡燊地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、目錄第一章課程設(shè)計任務(wù)概述11.1.課程設(shè)計目的11.2.設(shè)計規(guī)范及參考書11.3.課程設(shè)計方案11.4.課程設(shè)計基本流程3第二章平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及荷載計算42.1.平面結(jié)構(gòu)計算簡圖42.2.荷載計算5第三章結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算63.1.車站橫斷面荷載簡圖63.2.內(nèi)力計算73.3.計算結(jié)果9第四章結(jié)構(gòu)（墻、板、柱）配筋計算114.1.車站頂板、中板、底板、側(cè)墻配筋計算114.2.車站中柱配筋計算14第一章 課程設(shè)計任務(wù)概述1.1. 課程設(shè)計目的初步掌握地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本流程；通過課程設(shè)計學(xué)習(xí)，熟悉地下工程“荷載結(jié)構(gòu)”法的有限元計算過程；掌握平面簡化模型的計算簡圖、主動荷載及荷載的組合方式、地

2、層抗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、施加荷載的方法；掌握地下矩形框架結(jié)構(gòu)的內(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)計及今后的實際工作做理論和實踐上的準(zhǔn)備。1.2. 設(shè)計規(guī)范及參考書1、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范2、地下鐵道（高波主編，西南交通大學(xué)出版社）3、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理教材4、計算軟件基本使用教程相關(guān)的參考書（推薦用ANSYS）1.3. 課程設(shè)計方案1、工程概況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)。車站埋深3m，地下水位距地面3m，縱向柱間距8m。車站橫斷面尺寸如圖1-1所示，結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)詳見表1-1。圍巖為均一土體，土體物理參數(shù)詳見表

3、1-2，采用水土分算。路面荷載為（超載系數(shù)1.1），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(biāo)準(zhǔn)組合用于正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。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、柱的配筋。圖1-1車站橫斷面示意圖（單位：mm）表1-1結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)（單位：m）編號跨度L頂板厚h1中板厚h2底板厚h3墻厚T中柱B16.50.60.40.60.60.8×0.8表1-2地層物理力學(xué)參數(shù)編號重度/浮重度彈性反力系數(shù)內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力A519/2230024表1-3荷載組合表組合永久荷載可變荷載水土壓力水浮力人防荷載地震荷

4、載基本組合1.351.41.351.3500標(biāo)準(zhǔn)組合1.01.01.01.0002、主要材料混凝土：板、墻用C30，柱子C40；彈性模量和泊松比查規(guī)范。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)計基本流程1、根據(jù)提供的尺寸，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)一用朗金主動土壓力公式。荷載組合本次課程設(shè)計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)行計算以及計算結(jié)果的提取。注意土層約束簡化為土彈簧，需滿足抗壓不抗拉的特性，即彈簧軸力不能為正。另要求計算結(jié)果必須包括結(jié)構(gòu)變

5、形、彎矩、軸力、剪力。4、根據(jù)上述計算結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。先根據(jù)基本組合的計算結(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)（內(nèi)力采用標(biāo)準(zhǔn)組合計算結(jié)果）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、完成計算說明書。第二章 平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及荷載計算1.5. 平面結(jié)構(gòu)計算簡圖1、中柱的簡化中柱簡化采用剛度等效法，是基于考慮地鐵車站的長度遠(yuǎn)大于其寬度，可作為平面應(yīng)變問題來考慮，框架結(jié)構(gòu)沿縱向取一延米來進(jìn)行計算。由于中柱在縱上的不連續(xù)性，將中柱按照剛度等效的原則換算為墻進(jìn)行計算。然后以等效的墻厚為b的墻代替柱來進(jìn)行平面框架有限元計算，所求得的“墻”內(nèi)力

6、即為柱的內(nèi)力并以此來進(jìn)行配筋及強(qiáng)度驗算。本設(shè)計中有：,即0.8×0.8=8×b,得b=0.08m。2、墻、板的簡化由于墻和板在空間上是連續(xù)結(jié)構(gòu)，故不需簡化。計算簡圖取中心線，平面結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖2-1。圖2-1平面結(jié)構(gòu)計算簡圖1.6. 荷載計算1、垂直荷載（1）頂板垂直荷載。頂板垂直荷載由路面活載及垂直土壓力組成。路面均布荷載取：垂直土壓力為：頂板垂直荷載設(shè)計值為：（2）中板垂直荷載。中板垂直荷載由人群及設(shè)備荷載組成，其設(shè)計值為：2、側(cè)向荷載，側(cè)壓力系數(shù)：側(cè)墻頂板處側(cè)壓力：側(cè)墻底板處土壓力：側(cè)墻底板處水壓力：將荷載乘以各分項系數(shù)：側(cè)墻頂板處側(cè)壓力：側(cè)墻底板處側(cè)壓力：3、水浮

7、力4、彈簧取值第三章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算1.7. 車站橫斷面荷載簡圖地基對結(jié)構(gòu)的彈性反力用彈簧代替。由于結(jié)構(gòu)與荷載均對稱，結(jié)構(gòu)的中軸在水平方向上沒有位移，所以對中軸底端位移進(jìn)行水平方向約束u=0。作用在主體結(jié)構(gòu)上的荷載如圖3-1所示。107.8 kPa45.0 kPa16.8 kPa314.7 kPa179.0kPa圖3-1荷載計算簡圖1.8. 內(nèi)力計算使用ANSYS10.0計算主體結(jié)構(gòu)橫斷面的內(nèi)力。內(nèi)力計算命令：/PREP7ET,1,3ET,2,10KEYOPT,2,3,1R,1,1*0.6,1*0.6*0.6*0.6/12,0.6R,2,1*0.4,1*0.4*0.4*0.4/12,0.4R,3

8、,1*0.08,1*0.08*0.08*0.08/12,0.08R,4,1*0.5MP,EX,1,3e10MP,PRXY,1,0.2MP,DENS,1,2500MP,EX,2,3.25e10MP,PRXY,2,0.2MP,DENS,2,2500MP,EX,3,1.5e8*DO,I,1,27N,I,0.5*I-0.5,0N,I+150,0.5*I-0.5,-1N,I+27,0.5*I-0.5,12.66*ENDDO*DO,I,1,24N,I+54,0,0.5*IN,I+178,-1,0.5*IN,I+78,13,0.5*IN,I+204,14,0.5*I*ENDDON,178,-1.0,0.00

9、 N,203,-1.0,12.66 N,204,14.0,0.00 N,229,14.0,12.66 *DO,I,1,25N,I+102,0.5*I,7.5*ENDDO*DO,I,1,14N,I+127,6.5,0.5*I*ENDDO*DO,I,1,9N,I+141,6.5,7.5+0.5*I*ENDDO*DO,I,1,25N,I+102,0.5*I,7.5*ENDDOTYPE,1REAL,1MAT,1*DO,I,1,26E,I,I+1*ENDDO*DO,I,28,53E,I,I+1*ENDDOE,1,55*DO,I,55,77E,I,I+1*ENDDOE,78,28E,27,79*DO,I,

10、79,101E,I,I+1*ENDDOE,102,54TYPE,1REAL,2MAT,1E,69,103*DO,I,103,126E,I,I+1*ENDDOE,127,93TYPE,1REAL,3MAT,2E,14,128*DO,I,128,140E,I,I+1*ENDDOE,141,115E,115,142*DO,I,142,149E,I,I+1*ENDDOE,150,41TYPE,2REAL,4MAT,3*DO,I,1,27E,I,I+150*ENDDOE,1,178*DO,I,55,78E,I,I+124*ENDDOE,28,203E,27,204*DO,I,79,102E,I,I+12

11、6*ENDDOE,54,229NSEL,S,151,229D,ALL,ALLNSEL,ALLESEL,S,1,26SFBEAM,ALL,1,PRES,-179000ESEL,S,27,52SFBEAM,ALL,1,PRES,107800ESEL,S,103,128SFBEAM,ALL,1,PRES,16800ESEL,ALL*DO,I,1,24SFBEAM,I+52,1,PRES,336003-10652*I,314700-10652*I*ENDDOSFBEAM,77,1,PRES,59052,45000*DO,I,1,24SFBEAM,I+77,1,PRES,10652*I-336003,1

12、0652*I-314700*ENDDOSFBEAM,102,1,PRES,-59052,-45000ESEL,ALL/PREP7ALLSACEL,0,10,0NROPT,FULLALLSELOUTRES,ALL,ALL/SOLSOLVEFINISHSAVE/POST1ESEL,S,1,153PLDISP,1ETABLE,FNI,SMISC,1ETABLE,FNJ,SMISC,7ETABLE,FQI,SMISC,2ETABLE,FQJ,SMISC,8ETABLE,MI,SMISC,6ETABLE,MJ,SMISC,12PLLS,FNI,FNJ,1PLLS,FQI,FQJ,1PLLS,MI,MJ,

13、-11.9. 計算結(jié)果車站頂板、底板、側(cè)墻、中柱計算結(jié)果如圖3-2圖3-4所示。圖3-2軸力圖（單位：N）圖3-3剪力圖（單位：N）圖3-4彎矩圖（單位：N·m）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。斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力值見表3-1。表3-1標(biāo)準(zhǔn)斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力構(gòu)件彎矩M/（kN·m）軸力N/kN剪力V/kN尺寸b×h/(mm×mm)頂板上緣432.6288.4417.81000×600頂板下緣277.5288.4417.81000×600中板上緣250.21200126.21000×400中板下緣46.212001

14、26.21000×400底板上緣225.11030724.11000×600底板下緣10601030724.11000×600側(cè)墻迎土面1060733.810301000×600側(cè)墻背土面727.8733.810301000×600中柱0882.30800×800第四章 結(jié)構(gòu)（墻、板、柱）配筋計算1.10. 車站頂板、中板、底板、側(cè)墻配筋計算C30混凝土：，HRB335鋼筋：，1、偏心距計算見表4-1表4-1標(biāo)準(zhǔn)截面偏心距計算頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣底板上緣底板下緣側(cè)墻上緣側(cè)墻下緣50505050505050505505503

15、5035055055055055010.8 10.8 16.3 16.3 10.8 10.8 12.5 12.5 3033031931933033033033031537 986 209 39 219 1029 1445 992 20202020202020201557 1006 229 59 239 1049 1465 1012 2、判斷大小偏心受壓見表4-2。表4-2大小偏心受壓判斷頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣底板上緣底板下緣側(cè)墻上緣側(cè)墻下緣15.2取1.015.2取1.02.4取1.02.4取1.04.2取1.04.2取1.05.8取1.05.8取1.01.01.00.990.991

16、.01.01.00 1.001.030 1.046 1.285 2.114 1.193 1.044 1.042 1.061 1651651051051651651651651603 1052 294 124 285 1095 1526 1073 由表4-2可知各截面位置都屬于大偏心受壓。2、鋼筋面積計算見表4-3表4-3鋼筋計算表頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣底板上緣底板下緣側(cè)墻上緣側(cè)墻下緣18531302444274535134517761323-10115-11149-4152-6419-9921-4355-4903-7118120012008008001200120012001200選

17、取受壓鋼筋520420520420420520520520受壓鋼筋面積15711257157112571257157115711571受壓區(qū)高度x45.324.2109.055.749.3184.1168.7112.01353802-263525391505-3512382764691371664463選取受拉鋼筋82552010205205208409401032受拉鋼筋面積39271571314215711571100531131080420.1370.0550.1320.0820.0550.3520.3950.2810.00650.00260.00630.00390.00260.01680.01880.0134由表4-3可知截面各位置非超筋、非少筋。3、裂縫寬度驗算根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50010-2002），當(dāng)時需要驗算裂縫寬度，計算過程見表4-4。表4-4裂縫寬度驗算表頂板上緣頂板下緣中板上緣底板下緣側(cè)墻上緣側(cè)墻下緣178712363591279169512424724652644664724660.01310.00520.01570.03350.03770.0268216.4216.4880.2762.9605.4605.4153.5228.199.6132.3138.8125.50.45