管片配筋計算書

蘇州市軌道交通3號線工程施工圖設計何山路站?蘇州樂園站區(qū)間管片配筋計算書專業(yè)負責人：峯走復核：計算：篇】:、中鐵第四勘探設計院集團有限公司2017年03月蘇州、設計依據(jù)《蘇州市軌道交通3號線工程施工圖設計文件編制統(tǒng)一規(guī)定》（中鐵第四勘探設計院集團有限公司）《蘇州市軌道交通3號線施工圖設計技術要求》（中鐵第四勘探設計院集團有限公司）《蘇州市軌道交通3號線工程施工圖設計文件組成與內容》（中鐵第四勘探設計院集團有限公司）《蘇州市軌道交通3號線工程初步設計》及專家評審意見（中鐵第四勘探設計院集團有限公司）《蘇州市軌道交通3號線工程何山路站?蘇州樂園站區(qū)間巖土工程詳細勘探報告》（天津市市政工程設計研究院）《提供3號線華山路站?何山路站?蘇州樂園站變更后線路縱斷面圖》（中鐵第四勘探設計院集團有限公司ZTB?3HX?S聯(lián)［2015］第081號）《蘇州市軌道交通3號線東段工程沿線綜合管線探測及地下建（構）筑物調查項目III-WTC標段地下建（構）筑物探測功效報告及補充功效》（天津市市政工程設計研究院）《蘇州市軌道交通3號線工程地形圖》（江蘇省測繪院）《蘇州市軌道交通3號線盾構工程規(guī)畫》（）《按照新版牽引計算及線路圖更新3號線全線曲線超高及限速表的函》（北京院?XTSJ05標?3HX?S聯(lián)［2014］第004號）（）整體組相關文件及相關會議記要其它相關技術工作聯(lián)系單及會議記要國家和地域現(xiàn)行規(guī)范與規(guī)程:《城市軌道交通工程項目建設標準》 （建標104-2008）《城市軌道交通技術規(guī)范》 （GB50490-2009）《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范》（GB50652-2011）《軌道交通工程人民防空設計規(guī)范》（RFJ02-2009）《地鐵設計規(guī)范》 （GB50157-2013）《地鐵限界標準》 （CJJ96-2003）地鐵雜散電流侵蝕防護技術規(guī)程》（CJJ49-92）

地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》工程結構靠得住性設計統(tǒng)一標準》建筑結構靠得住度設計統(tǒng)一標準》建筑結構荷載規(guī)范》建筑工程抗震設防分類標準》建筑抗震設計規(guī)范》混凝土結構設計規(guī)范》混凝土結構耐久性設計規(guī)范》鋼結構設計規(guī)范》地下工程防水技術規(guī)范》建筑地基基礎設計規(guī)范》盾構法隧道施工及驗收規(guī)范》預制混凝土襯砌管片》盾構隧道管片質量檢測技術標準》GB地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》工程結構靠得住性設計統(tǒng)一標準》建筑結構靠得住度設計統(tǒng)一標準》建筑結構荷載規(guī)范》建筑工程抗震設防分類標準》建筑抗震設計規(guī)范》混凝土結構設計規(guī)范》混凝土結構耐久性設計規(guī)范》鋼結構設計規(guī)范》地下工程防水技術規(guī)范》建筑地基基礎設計規(guī)范》盾構法隧道施工及驗收規(guī)范》預制混凝土襯砌管片》盾構隧道管片質量檢測技術標準》GB50299-1999)(2003版)(GB50153-2008)(GB50068-2001)GB50009-2012)GB50223-2008)GB50011-2010)(2016年局部修訂)GB50010-2010)(2015年局部修訂)GB/T50476-2008)GB50017-2003)GB50108-2008)GB50007-2011)GB50446-2008)GB/T22082-2008)CJJ/T164-2011)預制混凝土襯砌管片生產(chǎn)工藝技術規(guī)程》(JC/T2030-2010)城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》(GB50911-2013)其它相關規(guī)范、規(guī)程二、主要技術標準主體結構設計利用年限為100年，自成結構體系且不直接影響運營的內部構件設計利用年限為50年。在設計利用年限內未經(jīng)技術鑒定或設計許可，不得改變結構的用途和利用環(huán)境。結構安全品級為一級，結構重要性系數(shù)為。結構抗震設防烈度為7度，設防分類為乙類，抗震品級為四級。主體結構按6級人防抗力品級的人防荷載進行結構強度驗算。結構裂痕控制品級為三級，鋼筋混凝土管片最大裂痕寬度不大于。結構防水品級為二級。結構耐火品級為一級。結構環(huán)境類別與作用品級為I-B。結構按最不利情況進行抗浮穩(wěn)定驗算。在不計側壁阻力時，抗浮安全系數(shù)不得小于；當計入側壁摩阻力時，其抗浮安全系數(shù)不得小于。三、工程概況本區(qū)間設計范圍：何山路站?蘇州樂園站區(qū)間，右線設計起訖里程：右DK9+?右DK10+,右線隧道全長，長鏈；左線起訖里程：左DK9+?左DK10+，左線隧道全長，短鏈；區(qū)間左右線總長；包括盾構區(qū)間隧道主體部份、聯(lián)絡通道1處、端頭井加固、區(qū)間疏散平臺。區(qū)間隧道從何山路站南端動身，穿越何山公園處碎石土、中~強風化凝灰?guī)r段，左右線均以2000m半徑向西南方向直行，側穿蘇地-2014-G-34號地塊荷蘭庭小區(qū)別墅及配電房，繼而左右線均以450m半徑向東南方向前行，下穿鄧尉路、金山浜和中化藥業(yè)有限公司后，線路左右線均以450m半徑向東南方向前進，下穿有軌電車1號線蘇州樂園站地下通道以后抵達蘇州樂園站。區(qū)間左右線均采用兩段曲線，最小曲線半徑為450m,線線路間距為14m~17m。區(qū)間隧道兩頭的何山路站為地下兩層、蘇州樂園站為地下三層站，區(qū)間隧道縱坡呈單向坡，最大坡度％0，最小坡度％0，豎曲線半徑為3000m及5000m。隧道埋深6?。本區(qū)間沿線建（構）筑物較多，主要側穿了蘇州市委黨校團干培訓樓、高新區(qū)培訓中心、高達熱電有限公司，下穿了鄧尉路、金山浜、中化藥業(yè)有限公司和有軌電車1號線蘇州樂園站地下通道。沿線道路地下管線密集，計有給水、雨水、污水、天然氣、電力電纜、路燈、信息等多種管線。按照沿線工程地質與水文地質條件、地層特性、地面環(huán)境等因素，區(qū)間隧道采用復合式土壓平衡盾構施工，聯(lián)絡通道采用礦山法施工（地層采用凍結法加固）。盾構管片參數(shù)如下表所示。表1盾構管片結構參數(shù)管片內徑管片外徑管片厚度管片分塊螺栓類型環(huán)向螺栓縱向螺栓混凝土等級抗?jié)B等級拼裝方式5500mm6200mm350mm6塊彎螺栓12套16套C50P10錯縫拼裝按照整體組下發(fā)的管片結構及配筋參考圖，采用淺埋、中埋、深埋和超深埋四種配筋型式。四、工程地質條件詳見本區(qū)間施工圖《第一分冊隧道平縱斷面變更圖》。五、計算方式本次采用n-Z法（修正慣用法）進行設計計算。首先將單環(huán)以勻質圓環(huán)計算，但考慮環(huán)向接頭存在，圓環(huán)整體的彎曲剛度降低，取

圓環(huán)抗彎剛度為nEi（n為vi的彎曲剛度有效率，本次計算n取計算），算出圓環(huán)水平直徑處變位y后，計入雙側抗力PP=k?y（如圖1）。圖1計算簡圖然后考慮錯縫拼裝后整體補強效果，進行彎矩的重分派（見圖2）。圖2錯縫拼裝彎矩傳遞及分派示用意接頭處內力：M=(1圖1計算簡圖然后考慮錯縫拼裝后整體補強效果，進行彎矩的重分派（見圖2）。圖2錯縫拼裝彎矩傳遞及分派示用意接頭處內力：M=(1—g)M,N=Njiijii管片內力：Ms廣（*）叫"廣N式中，g為彎矩提高率，按照國內外經(jīng)驗，在初步肯定盾構隧道管片參數(shù)時，g取。六、荷載及荷載組合永久荷載永久荷載包括水土壓力、結構自重、地面建筑物超載。豎向水土壓力按全覆土考慮，水平向水土壓力采用水土分算。水土壓力主要計算計算參數(shù)取值：土層重度、地基抗力系數(shù)、靜止側壓力系數(shù)均按土層厚度取加權平均值；地下水位取最不利水位(最低潛水位絕對標高)。頂部水土壓力：P=工丫-h+yhy1 iiwwY 水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；ih——隧道頂部的水頭高度w拱背處平均水土壓力：P=(1--)R?丫y2 4Y取值同上，R――管片外半徑，取值為；頂部側向水土壓力：P=K(P+P-yh)+yhx1 0y0 y1wwwwK――土體靜止側壓力系數(shù)0y――水的重度w底部側向水土壓力：P=K(P+P+Sy'h-yh)+y(h+2R)x2 0y0y1 iiwwwwy',h――隧道頂至隧道底各土層的有效重度和土層厚度ii可變荷載地面可變荷載標準值按20KN/m2計算，下穿建筑物段按建筑物實際超載進行取值。偶然荷載人防荷載：按照人防單位文件，對覆土厚度大于，采用HRB335以上受力鋼筋的地下結構，人防可通過驗算，本區(qū)間覆土均大于，因此本次不做人防工況驗算。地震荷載：按照《蘇州市軌道交通3號線工程金雞湖西站?東方之門站區(qū)間巖土工程詳細勘探報告》，抗震設防烈度為7度，設計大體地震加速度值為，特征周期值。荷載組合結構設計采用以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計方式，別離進行承載力極限狀態(tài)計算和裂痕寬度驗算。(1)承載力極限狀態(tài)計算采用大體組合：X永久荷載標準值+X可變荷載標準值。裂痕寬度驗算采用準永久組歸并考慮長期作用影響：X永久荷載標準值+X可變荷載標準值。七、管片主筋配筋計算分析內力計算本區(qū)間沿線建（構）筑物較多，主要側穿了蘇州市委黨校團干培訓樓、高新區(qū)培訓中心、高達熱電有限公司，下穿了鄧尉路、金山浜、中化藥業(yè)有限公司和有軌電車1號線蘇州樂園站地下通道。沿線道路地下管線密集，計有給水、雨水、污水、天然氣、電力電纜、路燈、信息等多種管線。左右線別離擬選4個斷面進行配筋驗算，里程別離為右DK09+515、右09+704、右DK10+054、右DK10+、左DK09+、左DK09+524、左DK09+96—、左DK10+。各斷面主要計算參數(shù)匯總見表2。表2主要計算參數(shù)計算斷面右DK09+515右DK9+704右DK10+054右DK10+上覆土厚度（m）靜止側壓力系數(shù)（加權平均）水平基床系數(shù)（MPa/m）（加權平均）地下水位（m）（距離地表）重度（加權平均）計算斷面左DK9+左DK9+524左DK9+961左DK10+上覆土厚度（m）靜止側壓力系數(shù)（加權平均）水平基床系數(shù)（MPa/m）（加權平均）地下水位（m）（距離地表）重度（加權平均）計算得各斷面荷載標準值匯總見表3。表3荷載標準值（單位：kN/m）

Px1Px2計算斷面左DK9+左DK9+524左DK9+961左DK10+PyOPylPy2PxlPx2采用n-Z法（修正慣用法）計算得管片內力如圖3所示，各斷面大體組合和準永久組合下每環(huán)（）盾構管片內力匯總詳見表4。表4每環(huán)管片內力設計值統(tǒng)計表（彎矩單位：kN?m；軸力單位：kN）計算斷面承載力極限狀態(tài)計算（基本組合，已乘重要性系數(shù)）裂縫寬度驗算（準永久組合）MlN1M2N2M3N3Ml'N1'M2'N2'M3'N3'右DK09+515右DK9+704右DK10+054右DK10+左DK9+左DK9+524左DK9+961左DK10+Nl(Nl')-AN2(N2')N2(N2')N3(N3')”Nl(Nl')-AN2(N2')N2(N2')N3(N3')”圖3管片內力示用意配筋計算按照內力計算結果，別離進行承載力極限狀態(tài)計算和裂痕寬度驗算。配筋計算控制條件：管片混凝土強度品級C50；管片主筋外側混凝土保護層厚度51mm；內側混凝土保護層厚度40mm；管片最小配筋率%；最大計算裂痕寬度允許值；裂痕寬度驗算主筋混凝土保護層厚度取30mm。以右DK09+515斷面為例，配筋進程如下：(1)管片內側a、承載力極限狀態(tài)配筋計算：大體資料大體資料工程名稱：工程一軸向壓力設計值N=,M=0kN?m,M=M=0kN?m,1x2x1yM=0kN?m；構件的計算長度L=4000mm,L=4000mm；2ycxcy構件的計算長度L=4000mm,L=4000mm；結構構件的重要性系數(shù)Y0=0x0y0矩形截面，截面寬度b=1200mm，截面高度h=350mm采用對稱配筋即A'=Ass混凝土強度品級為C50,f=mm2；鋼筋抗拉強度設計值f=360N/mm2，cy鋼筋抗壓強度設計值f'=360N/mm2，鋼筋彈性模量E=200000N/mm2；ys相對界限受壓區(qū)高度Zb二縱筋的混凝土保護層厚度c二40mm；全數(shù)縱筋最小配筋率pmin二%軸心受壓構件驗算鋼筋混凝土軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)甲L/i=Max{L/i,L/i}=Max{4000/101,4000/346}=Max{,}0 0xx0yy=，取甲=矩形截面面積A=b?h=1200*350=420000mm2軸壓比U=N/(f?A)=1492900/*420000)=cc全數(shù)縱向鋼筋的最小截面面積A =A?pmin二420000*%二2310mm2s,min min一側縱向鋼筋的最小截面面積A =A?％=420000*%=840mm2s1,min全數(shù)縱向鋼筋的截面面積As'按下式求得：sNW?(fc?A+fy'?As') (混凝土規(guī)范式)As'=Wo"”g-f,]/?-fc)=[*1492900/**420000]/=-23171mm2VA=2310mm2，取A'=As,min s s,min考慮二階效應后的彎矩設計值彎矩設計值Mxxl/i=4000/101=cxx34-12(M/M)=34-12*(0/=341x2xl/i>34-12(M/M),應考慮軸向壓力產(chǎn)生的附加彎矩影響cxx1x2xzc=?A/N= >，取ZC=附加偏心距e=Max{20,h/30}=Max{20,12}=20mmnnsx二1 +(lcx/h?/[1300%IN+◎h。]=1+(4000/350)2*1/[1300*(/1492900+20)/289]=C= +/M=+*0/=mx 2xm=c?n?M=**=x mxnsx2x在Mx作用下正截面偏心受壓承載力計算x初始偏心距ei附加偏心距e=Max{20,h/30}=Max{20,}=20mma軸向壓力對截面重心的偏心距e0=M/N=/1492900=初始偏心距e=e+e=+20=i 0a軸力作用點至受拉縱筋合力點的距離e=e+h/2-a=+350/2-61=i混凝土受壓區(qū)高度x由下列公式求得：N<ajfjb*+fy'?As'-/"As(混凝土規(guī)范式)當采用對稱配筋時，可令f'?A'=os?As，代入上式可得：ysssx=y0"N/(ajfjb)=*1492900/(1**1200)=W務中。=，屬于大偏心受壓構件當xV2a'時，受拉區(qū)縱筋面積A可按混凝土規(guī)范公式求得：sN?e'Wf?A(h-a')sys0se'=e-h/2+a'=2+61=-80mmW0s i sA'=0mm2VA=840mm2，取A,=840mm2sx s1,min sx'按照隧道埋深選擇配筋形式為中埋配筋，即內側配筋為4①20+4①18，鋼筋面積為As=，知足要求。b、裂痕驗算按照配筋形式選擇中埋配筋，即內側配筋為4①20+4①18,鋼筋面積為As=,裂痕寬度驗算如下：大體資料工程名稱：工程一矩形截面偏心受壓構件，構件受力特征系數(shù)acr=，截面尺寸bXh=1200X350mm，受壓構件計算長度l0=4000mm縱筋根數(shù)、直徑：第1種：4020,第2種：4018，受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑d=E(n?d2)/E(n?U"di)=，eq ii i i帶肋鋼筋的相對粘結特性系數(shù)U=1受拉縱筋面積A=2275mm2，鋼筋彈性模量E=200000N/mm2ss最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離c=30mm，s縱向受拉鋼筋合力點至截面近邊的距離a=40mm,h=310mms0混凝土軸心抗拉強度標準值f=mm2tk按荷載準永久組合計算的軸向力值N二,q按荷載準永久組合計算的彎矩值M=?m,q軸向力對截面重心的初始偏心距e=M/N=1000*=123mm0qq對e/h= ＜的偏心受壓構件，可不驗算裂痕寬度。00管片外側a、承載力極限狀態(tài)配筋計算：大體資料工程名稱：工程一軸向壓力設計值N=,Mix=0kN?m,M2x=?m,M1y=0kN?m,M2y=0kN?m；構件的計算長度Lcx=4000mm,Ley=4000mm；構件的計算長度L0x=4000mm,L0y=4000mm；結構構件的重要性系數(shù)丫0=矩形截面，截面寬度b=1200mm，截面高度h=350mm采用對稱配筋，即：As'=As混凝土強度品級為C50,fe=mm2；鋼筋抗拉強度設計值fy=360N/mm2,鋼筋抗壓強度設計值fy'=360N/mm2，鋼筋彈性模量Es=200000N/mm2；相對界限受壓區(qū)高度Zb=縱筋的混凝土保護層厚度e=51mm；全數(shù)縱筋最小配筋率Pmin=%軸心受壓構件驗算鋼筋混凝土軸心受壓構件的穩(wěn)定系數(shù)巾L0/i=Max{L0x/ix,L0y/iy}=Max{4000/101,4000/346}=Max{,}=，取巾=矩形截面面積A=b?h=1200*350=420000mm2軸壓比Uc=N/(fe?A)=1492900/*420000)=全數(shù)縱向鋼筋的最小截面面積As,min=A?Pmin=420000*%=2310mm2一側縱向鋼筋的最小截面面積As1,min=A?％=420000*%=840mm2全數(shù)縱向鋼筋的截面面積As'按下式求得：NW巾(fc?A+fy'?As')(混凝土規(guī)范式)As'=[y0?N/巾-fe?A]/(fy'-fe)=[*1492900/**420000]/=-23171mm2VAs,min=2310mm2,取As'=As,min考慮二階效應后的彎矩設計值彎矩設計值Mxlex/ix=4000/101=34-12(M1x/M2x)=34-12*(0/=34lex/ix＞34-12(M1x/M2x),應考慮軸向壓力產(chǎn)生的附加彎矩影響Zc=?A/N= ＞，取Zc=附加偏心距ea=Max{20,h/30}=Max{20,12}=20mmnnsx=1+(lex/h)2Ze/[1300(M2x/N+ea)/h0]=1+(4000/350)2*1/[1300*(/1492900+20)/289]=Cmx= + /M2x=+*0/=Mx=Cmx?nnsx?M2x=**= ?m在Mx作用下正截面偏心受壓承載力計算初始偏心距ei附加偏心距ea=Max{20,h/30}=Max{20,}=20mm軸向壓力對截面重心的偏心距e0=M/N=/1492900=初始偏心距ei=e0+ea=+20=軸力作用點至受拉縱筋合力點的距離e=ei+h/2-a=+350/2-61=混凝土受壓區(qū)高度x由下列公式求得：NWa1?fc?b?x+fy'?As'-os?As(混凝土規(guī)范式)當采用對稱配筋時，可令fy'?As'=os?As，代入上式可得：x=y0?N/(a1?fc?b)=*1492900/(1**1200)=WEb?h0=，屬于大偏心受壓構件當xV2a'時，受拉區(qū)縱筋面積As可按混凝土規(guī)范公式求得：N?es'Wfy?As(h0-as')es'=ei-h/2+as'=2+61=-80mmW0Asx'=0mm2VAs1,min=840mm2，取Asx'=840mm2按照配筋形式選擇中埋配筋，即外側配筋為10①16，鋼筋面積為As=2011mm2，知足要求。b、裂痕驗算按照配筋形式選擇中埋配筋，即外側配筋為10①16，鋼筋面積為As=2011mm2,裂痕寬度驗算如下：大體資料工程名稱：工程一矩形截面偏心受壓構件，構件受力特征系數(shù)acr=，截面尺寸bXh=1200X350mm,受壓構件計算長度l0=4000mm縱筋根數(shù)、直徑：第1種：10016，受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑d=E(n?d2)/E(n?U"dj)=16mm，eq ii i i帶肋鋼筋的相對粘結特性系數(shù)U=1受拉縱筋面積A=2011mm2，鋼筋彈性模量E=200000N/mm2ss最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離c=30mm，s縱向受拉鋼筋合力點至截面近邊的距離a=38mm，h=312mms0混凝土軸心抗拉強度標準值f=mm2tk按荷載準永久組合計算的軸向力值N二，q按荷載準永久組合計算的彎矩值M=?m，q軸向力對截面重心的初始偏心距e=M/N=1000*=10mm0qq對e/h=W的偏心受壓構件，可不驗算裂痕寬度。00各斷面配筋計算結果和裂痕驗算結果詳見表5。表5配筋面積計算匯總表

（彎矩單位：kN