車站結(jié)構(gòu)設計

1、目錄第一章 程設計任務概述21、課程設計目的22、設計規(guī)范及參考書23、課程設計方案23.1方案概述23.2主要材料54、課程設計基本流程5第二章 平面結(jié)構(gòu)計算簡圖及荷載計算61、中柱的簡化62、墻和板的簡化63、截面特性64、截面尺寸75、荷載計算75.1車站橫斷面計算簡圖75.2荷載基本組合計算85.3荷載標準組合計算9第三章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算101、有限元建模102、計算結(jié)果10第四章 結(jié)構(gòu)配筋計算141、車站頂板上緣的配筋計算142、中柱的配筋計算173、準截面配筋計算表194、配筋圖20第一章 課程設計任務概述1、 課程設計目的 初步掌握地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設計的基本流程；通過課程設計學習，

2、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)設計及今后的實際工作做理論和實踐上的準備。2、 設計規(guī)范及參考書1、混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范2、地下鐵道（高波主編，西南交通大學出版社）3、混凝土結(jié)構(gòu)設計原理教材4、計算軟件基本使用教程相關的參考書（推薦用ANSYS）3、課程設計方案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

3、位距地面3m，中柱尺寸0.8m×0.8m，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)設計，標準組合用于正常使用極限狀態(tài)設計。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)設計規(guī)范完成墻、板、柱的配筋。圖 1-1 地鐵車站橫斷面示意圖（單位：mm）表1-1 地層物理力學參數(shù)編號重度彈性反力系數(shù)內(nèi)摩擦角內(nèi)聚力A11730020A217.530021A31830022A418.530023A51930024A619.530025

4、A72030026表1-2 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B16.50.60.40.60.60.8×0.8B26.50.650.40.650.60.8×0.8B36.50.70.40.70.60.8×0.8B46.50.750.40.750.60.8×0.8B56.50.80.40.80.60.8×0.8B670.60.40.650.60.8×0.8B770.650.40.70.60.8×0.8B870.70.40.750.60.8×0.8B970.750.40.80.6

5、0.8×0.8B1070.80.40.850.60.8×0.8B117.50.650.40.70.60.8×0.8B127.50.70.40.750.60.8×0.8B137.50.750.40.80.60.8×0.8B147.50.80.40.850.60.8×0.8B157.50.850.40.90.60.8×0.8B1680.70.50.750.70.8×0.8B1780.70.50.80.70.8×0.8B1880.70.50.850.70.8×0.8B1980.70.50.90.70.

6、8×0.8B2080.70.50.950.70.8×0.8B218.50.750.50.750.70.8×0.8B228.50.750.50.80.70.8×0.8B238.50.750.50.850.70.8×0.8B248.50.750.50.90.70.8×0.8B258.50.750.50.950.70.8×0.8B2690.80.50.750.70.8×0.8B2790.80.50.80.70.8×0.8B2890.80.50.850.70.8×0.8B2990.80.50.90.70

7、.8×0.8B3090.80.50.950.70.8×0.8表1-3 荷載組合表組合工況永久荷載可變荷載水土壓力水浮力人防荷載地震荷載基本組合1.351.41.351.3500標準組合1.01.01.01.0003.2 主要材料 1、混凝土：板、墻用C30，柱子C40；彈性模量和泊松比查規(guī)范。 2、鋼筋根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范選用。4、課程設計基本流程 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計只考慮基本組合和標準組合兩種工況

8、。 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)基本組合的計算結(jié)果進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)力采用標準組合計算結(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、中柱的簡化考慮地鐵車站的長度遠大于其寬度，可作為平面應變問題來考慮，框架結(jié)構(gòu)沿縱向取一延米來進行計算。由于中立柱在縱上的不連續(xù)性，

9、將柱按照剛度等效的原則換算為墻進行計算。然后以等效的墻厚為b的墻代替柱來進行平面框架有限元計算，所求得的“墻”內(nèi)力即為柱的內(nèi)力并以此來進行配筋及強度驗算。本設計中有：,即,得b=0.08m.2、墻和板的簡化由于墻和板在空間是連續(xù)結(jié)構(gòu)，取其中心線，平面結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1平面結(jié)構(gòu)簡圖（單位mm）3、截面特性計算寬度沿縱向取1米，即B=1米1.頂板： C30砼 B=1m h=0.65m2.中板： C30砼 B=1m h=0.4m3.底板： C30砼 B=1m h=0.65m4.側(cè)墻： C30砼 B=1m h= 0.6m5.柱： C40砼 0.8m×0.8m6.結(jié)構(gòu)和圍巖的相互作用用l

10、ink10來實現(xiàn)，考慮到土體受力特性（不能受拉），將link10的option選項設置為compression only，B=1m，h=0.745m4、截面尺寸平面尺寸的截面尺寸如下2-2圖2-2橫斷面尺寸圖（單位m）5、荷載計算5.1車站橫斷面計算簡圖地基對結(jié)構(gòu)的彈性反力用彈簧替代。作用在主體結(jié)構(gòu)上的荷載如下圖2-3所示圖2-3 荷載計算簡圖5.2荷載基本組合值計算1、垂直荷載（1）頂板垂直荷載： 路面均布荷載：垂直土壓力：頂板垂直荷載設計值為：（2） 中板垂直荷載： 2、側(cè)向荷載本設計采用水土分算 側(cè)壓力系數(shù)：側(cè)墻頂板處壓力：側(cè)墻底處埋深：側(cè)墻底板處土壓力：水壓力：底板處側(cè)壓力：將荷載乘以

11、各分項系數(shù)：頂板處側(cè)壓力設計值：底板處側(cè)壓力設計值：3、水浮力：4、縱梁荷載： 頂板垂直荷載設計值： 頂板自重： 縱梁承受的荷載：5.3荷載標準組合1.垂直荷載（1）頂板垂直荷載：頂板垂直荷載標準值：中板垂直荷載標準值： 2.側(cè)向荷載側(cè)墻頂板處側(cè)壓力：側(cè)墻底板處土壓力： 水壓力：3.水浮力： 4.縱梁荷載縱梁承受的荷載：第三章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算1、有限元建模運用ansys計算主體結(jié)構(gòu)橫斷面的內(nèi)力2、計算結(jié)果 1基本組合計算結(jié)果如下圖3-1標準斷面結(jié)構(gòu)軸力圖（基本組合）圖3-2 標準斷面結(jié)構(gòu)剪力圖（基本組合）圖3-3 標準斷面結(jié)構(gòu)彎矩圖（基本組合）2標準斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力（基本組合）構(gòu)件彎矩/(kN.m)

12、軸力/kN剪力/kN尺寸 頂板上緣355.57177.86403.811000650頂板下緣303.66177.86403.811000650中板上緣238.531060283.261000400中板下緣40.321060283.261000400底板上緣270.951010690.431000650底板下緣11001010690.431000650側(cè)墻迎土面1100630.70896.31000600側(cè)墻背土面698.19630.7896.31000600中柱0940.810800800表3-1 標準斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力表（基本組合） 3 標準組合計算結(jié)果如下圖3-4 標準斷面結(jié)構(gòu)軸力圖（標準組合）

13、圖3-5 標準斷面結(jié)構(gòu)剪力圖（標準組合）圖3-6 標準斷面結(jié)構(gòu)彎矩圖（標準組合）4標準斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力（標準組合）構(gòu)件彎矩/(kN.m)軸力/kN剪力/kN尺寸 頂板上緣315.16129.9321.171000650頂板下緣225.61129.9321.171000650中板上緣167.1778.68211.6951000400中板下緣265.43778.68211.6951000400底板上緣245.81756374.511000650底板下緣862.42756374.511000650側(cè)墻迎土面862.42546.61672.171000600側(cè)墻背土面501546.61672.171000

14、600中柱0762.550800800表3-2 基本斷面結(jié)構(gòu)內(nèi)力表（標準組合）第四章 結(jié)構(gòu)（墻、板、柱）配筋計算1、車站頂板上緣的配筋計算截面尺寸彎矩設計值M=355.16kNm,軸力設計值N=177.68kN,混凝土等級C30，鋼筋采用HRB335,，（1）求偏心距：附加偏心距：（取20mm和h/30偏心方向截面最大尺寸中較大值）初始偏心距：（2）求偏心距增大系數(shù)： ，所以偏心距增大系數(shù)應修正。偏心受壓性質(zhì)對截面曲率修正系數(shù)：所以取所以構(gòu)件長細比相對對截面曲率影響的系數(shù)則偏心距增大系數(shù)：(3)判斷大小偏心：計算偏心距：所以屬于大偏心受壓構(gòu)件。(4)求受壓區(qū)鋼筋面積 取則受壓區(qū)面積取選用（1）

15、 求受拉鋼筋面積。 受壓區(qū)高度故則受拉區(qū)鋼筋面積：式中軸向力作用點至受壓區(qū)鋼筋合力作用點距離（mm）所以，選用受拉鋼筋所以非超筋。所以非少筋。（2） 裂縫寬度驗算。根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB50010-2002），當時需要驗算裂縫寬度。所以使用階段的軸向壓力偏心距增大系數(shù)軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力作用點的距離：縱向受拉鋼筋合力點到截面受壓合力點的距離：按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率：按荷載效應的標準組合計算的軸向力：鋼筋混凝土的構(gòu)件受拉區(qū)縱向鋼筋的應力：裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)：最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離：c=40mm受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑：

16、所以最大裂縫寬度：所以滿足裂縫要求。配筋圖如下：圖4-1 底板上緣的配筋圖（單位mm）2、中柱的配筋計算中柱尺寸800×800，軸力設計值940.81kN，混凝土等級C40，,采用HRB335級鋼筋（）式中 n軸向壓力設計值（n）；鋼筋混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)；fc混凝土軸心抗壓強度設計值（） A構(gòu)件截面面積（） 全部縱向鋼筋的截面面積（） 故?。ň€性插值）因此 柱的配筋：故采用構(gòu)造配筋：縱筋選用422（箍筋選用8250）配筋率驗算：滿足條件。柱的配筋圖如下：圖4-2 中柱的配筋圖3、準截面配筋計算表 截面位置配筋過程頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣尺寸彎矩設計值kN.m355.573

17、03.66238.5340.32軸力設計值kN177.86177.8610601060偏心距(mm)1999.21707.322538.04偏心距增大系數(shù)1.0311.0241.1551.653判斷大小偏心大偏心大偏心大偏心小偏心受壓鋼筋面積(mm2)1527152712561256數(shù)量及截面直徑618618420420受拉鋼筋面積(mm2)2199188412561256數(shù)量及截面直徑720620420420裂縫寬度驗算(mm)0.1930.1550.026不需驗算 截面位置配筋過程底板上緣底板下緣側(cè)墻迎土面?zhèn)葔Ρ惩撩娉叽鐝澗卦O計值kN.m270.9511001100698.19軸力設計值kN10101010630.7630.7偏心距(mm)268.31089.11744.11107偏心距增大系數(shù)1.2241.0581.0351.055判斷大小偏心大偏心大偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積(mm2)1527152715271527數(shù)量及截面直徑618618618618受拉鋼筋面積(mm2)15279652113105542