北京交通大学隧道本科毕业设计论文.docx

北京交通大学毕业设计（论文） 第 页第二部分 主体结构设计第一章 工程概况1.1站址环境亢山广场站位于昌平区府学路与亢山路十字路口西，车站沿府学路路中设置，位于道路交叉口西侧，现状府学路规划道路宽度50m，道路车流量一般。该道路两侧规划有城市绿化带，北侧为中国政法大学，南侧为石油大学。1.2车站概况亢山广场站为12m岛式车站，车站主体结构采用两层三跨双柱矩形框架结构，车站共设5个出入口通道、2个风道、2个无障碍口、1个安全出口；站中里程K5+701.000，起止里程K5+584.300K5+773.700（均为结构外皮里程），车站长189.4m，车站大、小里程端均设有盾构井。车站顶部覆土2.80m3.56m，车站主体采用明挖法施工，采用围护桩+内支撑支护形式。基坑标准段中心开挖深度17.200m，基坑宽度20.9m。大里程端头井处开挖深度约为18.794m，基坑宽度24.6m；小里程端头井处开挖深度约为18.788m，基坑宽度24.6m，车站围护结构采用 钻孔灌注桩。1.3围护结构与施工布序，围护结构与主体结构的关系 亢山广场站基坑开挖深度为17.2m，主体围护结构采用围护桩的支护体系方案。采用灌注桩，桩长为23m。施工布序图围护结构与车站主体结构之间设置防水层，复合墙形式1.4带地质柱状断面的结构剖面带地质柱状断面的结构剖面图1.5管线情况本车站主体基坑范围内有 雨水一条，管内底标高自西向东为62.960.11m，改移至车站北侧后距主体结构外皮最近4.04m；南侧有一条 电力沟，管底埋深4.432m6.162m，距主体结构外皮最近8.10m；车站南侧有 规划雨水一条管底埋深约59.16m，距车站主体结构外皮最近距离3.5m。第二章 设计依据及设计标准2.1设计依据（1）北京轨道交通长平线工程二期亢山广场站（站中里程：K5+701.000）岩土工程勘察报告（详勘阶段，勘察编号：2010勘察0234）（2）北京轨道交通昌平线二期工程初步设计2010年12月版（3）北京轨道交通昌平线二期工程初步设计专家评审意见2010年12月（4）北京轨道交通昌平线工程起点城南站（不含）、车辆段沿线管线详查报告（5）北京轨道交通昌平线（S2线）工程建设用地地质灾害危险性评估报告（6）北京轨道交通昌平线二期工程 施工图技术要求（7）北京轨道交通昌平线二期工程 文件组成与内容（8）北京轨道交通昌平线二期工程 施工图设计文件编制统一规定（9）北京轨道交通昌平线二期工程 施工图统一技术标准（10）北京轨道交通昌平线工程02合同段沿线周围建（构）筑物调查报告2.2设计标准（1）地铁结构中主要构件的设计使用年限为100年，主要构件是指结构的主体结构（梁、板、墙、柱、结构二次衬砌）、地铁内部构件（楼梯、站台板）以及基础结构。（2）地铁结构中永久构件的安全等级为一级，相应的结构构件重要性系数取1.1；临时构件的安全等级为三级，相应的结构构件重要性系数取0.9；在人防荷载或地震荷载作用下，相应的结构构件重要性系数取1.0。（3）地铁的地下工程及出入口、通风亭均按一级耐火等级设计，其他构件应满足室内建筑防火规范。（4）车站防水等级均为一级，车站设置全外包防水层。（5）地铁结构的地震作用按8度设防，设计基本地震加速度值为0.20g。设计应根据场地条件、结构类型和埋深等因素选用能较好反应其地震工作性状的分析方法，并采取相应的抗震构造措施，提高结构的整体抗震性能。地下结构框架构件的抗震等级为二级。（6）结构构件在永久荷载和基本荷载作用下，应按荷载短期效应组合并考虑长期效应组合的影响进行结构构件裂缝验算。根据混凝土结构耐久性设计规范（GB504762008）车站所处的环境类别为类，结构外侧与土直接接触面环境作用等级为C，构件的裂缝宽度（迎土面）应不大于0.2mm，结构内侧环境作用等级为B，非迎土面及内部混凝土构件的裂缝宽度均应不大于0.3mm。当计算地震或其他偶然荷载作用时，可不验算结构的裂缝宽度。（7）结构抗浮不计侧壁摩阻力，其抗浮安全系数1.05。2.3结构设计主要遵照的规范（1）地铁设计规范（GB50157-2003）（2）地下铁道工程施工及验收规范（GB50299-2003）（3）建筑结构荷载规范（GB500092012）（4）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（5）建筑结构可靠度设计统一标准（GB50068-2001）；（6）钢结构设计规范（GB50017-2003）；（7）建筑地基基础设计规范（GB50007-2011）；（8）建筑抗震设计规范（GB50011-2010）；（9）铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）；（10）建筑抗震设防分类标准（GB50223-2008）；第三章 工程地质及水文地质概况3.1工程地质概况本次勘察揭露底层最大深度为47m，根据钻探资料及室内土工试验结果，按底层沉积年代、成因类型，将本工程场地勘探深度范围内的土层划分为人工堆积层（ ）、新近沉积层（ ）、第四纪全新世冲洪积层（ ）、第四纪晚更新世冲洪积层（ ）、侏罗纪（ ）五大类。并按地层岩性及其物理力学性质进一步分为10个大层，各地层的地层参数自上而下依次见下表：地层编号岩性名称固结快剪静三轴（固结不排水剪）垂直基床系数水平基床系数静止侧压力系数黏聚力摩擦角黏聚力摩擦角粉土填土8101杂填土082卵石填土015粉土1522152520250.431粉质粘土2213271515200.463粉细砂02520250.424中粗砂02825300.405圆砾卵石03535400.33粉土1525152525300.431粉质粘土2514281520250.45卵石03870800.301中粗砂03235400.35粉质粘土2613301430350.432粉土2025202535400.43圆砾卵石03870750.331中粗砂03540450.355含粉质粘土砾沙203040450.38粉质粘土2815311730350.412粉土2025203033400.434含粉质粘土砾石253040450.38粉质粘土2713311835400.38粉质粘土2914351540450.361强风化凝灰质砾岩30301252250.30基坑底位于粉质粘土层，其地基承载力特征值为240kPa3.2水文地质（1）地下水位潜水（二）：详勘水位埋深11.413.8m，水位标高49.4352.20m，观测时间为2011年8月，含水层主要为卵石层、粉土2层，该层地下水分布较为连续，水位标高随含水层的起伏局部具有微承压性。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。承压水（三）：初勘水位埋深15.1m，水位标高47.7m，观测时间为2009年12月；详勘水头埋深11.912.5m，水头标高50.7351.93m，观测时间为2011年8月，含水层主要为圆砾卵石层、中粗砂1层、含粉质粘土砾砂5层，该层地下水分布较为连续。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。承压水（四）：初勘水头埋深18.3m，水头标高44.5m，观测时间为2009年12月；详勘水头埋深12.0m，水头标高51.8m，观测时间为2011年8月，含水层主要为粉土2层、含粉质粘土砾砂4层，该层地下水分布较为连续。主要接受侧向径流及越流补给，以侧向径流、向下越流补给的方式排泄。（2）地下水腐蚀性评价本场地详勘阶段共取水样2组，进行水质分析。同时利用坑山广场站水库路站区间KS09号孔水样两组，利用昌平站亢山广场站区间PK07号孔水样一组。按国家标准岩土工程勘察规范（GB500212001）（2009年版）相关条款进行评价。潜水（二）、承压水（四）：对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水的条件下具有微腐蚀性，在干湿交替条件下具有弱腐蚀性。承压水（三）：对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋在长期浸水条件下具有微腐蚀性，在干湿交替条件下具有微腐蚀性。（3）抗浮设防水位根据历年最高水位及本次勘察水位，结合区域水文地质资料，建议本场地抗浮水位按58m考虑。3.3结构所处的环境类别及其作用等级（1）一般环境 根据混凝土结构耐久性设计规范（GB504762008）车站所处的环境类别为类，结构外侧与土直接接触面环境作用等级为C，结构内侧环境作用等级为B。（2）冻融环境根据北京地区1971年至2000年统计的最冷月平均气温为-3.7，位于冻融线以下，不属于冻融环境。（3）海洋氯化物环境本场地所处环境条件为大陆水下区或土中区，不属于海洋氯化物环境。（4）除冰盐等其他氯化物环境本段场地水中氯离子浓度较低，环境条件为接触较低浓度氯离子水体，且有干湿交替，除冰盐等其他氯化物环境环境作用等级为C。（5）化学腐蚀环境根据本场地水、土腐蚀性分析结果，本工程无化学腐蚀环境作用等级；本工程不属于大气污染环境。第四章 设计原则（1）结构设计应满足施工工艺、行车运营、城市规划、环境保护、防水、防灾、防迷流、防腐蚀和人民防空等要求，符合技术先进、安全适用、经济合理与确保质量的要求。（2）车站结构形式和施工方法的选定，应根据工程地质和水文地质条件、城市总体规划要求、周围构筑物分布情况、轨道交通状况、地下构筑物、管线等条件，通过对技术、经济、环保、及使用功能等方面的综合比较确定。同时，应考虑施工期间地面交通导流的处理方式、施工期间对邻近重要建筑物和地下管线的保护措施或处理加固办法及特殊地质情况的处理方法。（3）车站结构的净空尺寸应满足地下铁道建筑限界和其他使用及施工工艺的要求，并考虑施工误差、测量误差、结构变形和后期沉降等因素的影响。（4）结构计算模型应符合实际工况条件，充分考虑结构与地层的相互作用和施工中已形成的支护结构的作用。（5）车站结构设计应符合强度、刚度、稳定性、耐久性、抗浮和裂缝开展宽度验算的要求，并满足施工工艺的要求。（6）车站防水应遵循“以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则，以结构自防水为主，外防水（附加防水）为辅，关键是处理好施工缝、变形缝等薄弱环节的防水。（7）地铁地下结构须具有战时防护功能。地下车站的出入口和风道均设置防护段。在规定的设防部位，按6级人防设防。（8）车站结构按抗震进行设计，并采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震能力。（9）钢结构及刚连接件应进行防锈与防火处理。（10）车站所有的受力构件，尚应满足现行的“建筑设计防火规范”有关规定。（11）结构设计应考虑施工期间对邻近建筑物的影响并采取适宜的工程措施。（12）车站结构设计应采取防止杂散电流腐蚀的措施。（13）地下水对混凝土结构或钢结构有腐蚀的地段，尚应进行防腐处理。第五章 结构尺寸及材料拟定5.1车站结构形式车站为地下二层岛式车站，主体结构为二层三跨箱型结构，站台宽度12m。中柱为矩形柱，纵向间距9.75m，按面积等效为墙的厚度。5.2工程材料地下铁道结构物的工程材料根据结构类型、受力条件、使用要求和所处环境等因素选用，并考虑其经济性、可靠性和耐久性。5.2.1混凝土主体结构顶、中、底板及梁、墙：C40，P10主体结构中柱：C50主体结构端墙壁柱：C40后浇盾构井吊装孔处板、后浇盾构出土口处板：C40微膨胀混凝土楼梯板、站台板：C30防水层保护层：C20细石混凝土垫层：C15素混凝土5.2.2钢筋及焊条钢筋：HPB300、HRB400。钢筋、钢板、型钢等，其性能和质量必须符合国家现行标准和行业标准的规定，并应有各项性能的质量证明书或检查报告；预埋件：Q235-B。框架梁柱纵向受力钢筋的抗拉强度实测值与屈服强度实测值的比值不应小于1.25，且钢筋在最大拉力下的总伸长率实测值不应小于9%。钢筋接驳器：采用钢筋等强度滚扎直螺纹连接器或锥螺纹连接器，应符合钢筋机械连接技术规程（JGJ1072010）的要求，性能等级为级。焊条：焊条的性能和质量应符合国家现行标准的规定：Q235-B级型钢、HPB300钢筋采用E43系列焊条：HPB400钢筋采用E50系列焊条。5.2.3防水材料混凝土外加剂、结构防水层材料、施工缝及后浇带的材料及处理措施请详见防水设计图。5.2.4混凝土耐久性设计 结构的设计使用年限为100年，根据混凝土结构耐久性设计规范（GB504762008）车站所处的环境类别为类，结构外侧与土直接接触面环境作用等级为-C，结构内侧环境作用等级为-B。根据混凝土结构设计规范（GB500102010）和地铁设计规范 （1）主体结构采用C40、C50混凝土，混凝土应避免采用高水化热水泥，主体结构宜采用高性能补偿收缩防水混凝土。（2）在保证混凝土强度和其他耐久性指标的前提下，应尽量降低胶凝材料的总用量和水泥的用量；但C40混凝土胶凝材料最少用量（水泥、抗渗防水剂和掺合料）不应少于，C50混凝土胶凝材料最少用量（水泥、抗渗防水剂和掺合料）不应少于；当有抗渗要求时，水泥用量不应低于。（3）应严格控制控制水胶比的最大限制为0.45，C50混凝土水胶比的最大限值为0.36。（4）每立方米防水混凝土中各类材料总碱量（当量）不得大于3kg，混凝土中最大氯离子含量为。（5）合理选择骨料粒径及级配、砂率，并通过添加优质粉煤灰或磨细矿渣等活性掺合料及高效减水剂等措施，确保混凝土的和易性，提高混凝土结构的后期强度及耐久性。粗骨料的最大公称粒径不宜超过混凝土保护层厚度的2/3,且不大于30mm；不得使用碱活性骨料。（6）配置混凝土的骨料质地应均匀坚固，粒径和级配良好，空隙率小。（7）严格控制混凝土入模温度28，且不应小于15。（8）配置高性能混凝土所掺入的膨胀剂、减水剂、防水剂、密实剂、引气剂、复合型外加剂等外加剂，其品种和掺合量应经试验确定。5.3结构设计通过强度计算及裂缝验算确定结构主要构件参数下：车站结构主要构件参数表项目材料及规格结构尺寸备注盾构井标准段顶板C40防水钢筋混凝土，P100.7m0.7m中板C40钢筋混凝土0.4m0.4m底板C40防水钢筋混凝土，P100.9m0.8m边墙C40防水钢筋混凝土，P100.7m0.6m顶纵梁C40防水钢筋混凝土，P10中纵梁C40钢筋混凝土底纵梁C40防水钢筋混凝土，P10框架柱C50钢筋混凝土变形缝处：第六章 计算工况及计算简图6.1近期使用阶段的计算简图采用降水施工，不考虑水对主体结构的影响；开挖过程对土体扰动较大，侧土压力取主动土压力。近期使用阶段计算简图6.2远期使用阶段的计算简图地下水位恢复，考虑地下水对主体结构的影响；主体结构与土体相互作用稳定，测土压力取静止土压力。远期使用阶段计算简图6.3地震工况的计算简图右侧水平弹簧代表水平地震作用下地层的水平抗力，此抗力不能大于地层的被动土压力。地震工况的计算简6.4梁计算简图 采用五跨连续梁模型对顶板梁、楼板梁、底板梁的内力进行计算，荷载取相应工况的柱子的轴力差产生的等效均布荷载，在柱支撑位置设置刚域，刚域长度为柱子沿纵向的长度。第七章 与计算简图相对应的荷载计算与荷载组合7.1计算原则（1）结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定性，变形及裂缝宽度验算。（2）受弯构件的最大挠度不应超过L/400L/300，悬臂构件的允许挠度取L/200L/150。（3）结构按8度（0.2g）地震烈度进行抗震验算，并在结构设计时采用相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能。（4）结构构件的设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计。（5）结构计算模式应符合结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用。7.2计算荷载结构设计所考虑的计算荷载主要有三种：永久荷载，可变荷载和偶然荷载。（1）永久荷载：结构自重，水土压力，设备重量等。（2）可变荷载：人群荷载，列车荷载，地面车辆荷载，施工荷载。（3）偶然荷载：8度（0.2g）地震作用。（4）荷载组合及各项分项系数如下表：荷载组合及分项系数表永久荷载可变荷载偶然荷载（地震）基本组合构件强度计算1.351.4标准组合构件裂缝验算1.00.8标准组合构件变形验算1.01.0抗震偶然组合构件强度验算1.20.51.37.3各工况下荷载组合计算只计算各工况荷载的标准值，荷载组合通过SAP84程序实现。荷载计算分为两个单元，分别是标准段和端头段7.3.1端头段（1）近期使用阶段恒载（标准值）活载（标准值）施工荷载为10kPa荷载组合 。（2）远期使用阶段土压力恒载（标准值） 设备荷载8kPa水压力恒载（标准值）活载（标准值） 人群荷载4kPa荷载组合（3）地震工况下的结构荷载顶板覆土恒载（标准值）水压力恒载（标准值）地震荷载（标准值）根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）6.1.5作用于挡土墙上的地震主动土压力，应按库伦理论公式计算。但土的内摩擦角或土的综合内摩擦角、墙背摩擦角、土的重度，受地震作用的影响，应根据地震角分别按下列公式进行修正：式中：修正后的土的内摩擦角（）；修正后的土的综合内摩擦角（）；修正后的墙背摩擦角（）；修正后的土的重度（）地震角（），应按表6.1.5采用。铁路工程抗震设计规范（GB501112006）表6.1.5 地震角 Ag地震角0.1g、0.15g0.2g0.3g0.4g 水上水下根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）8.1.3隧道衬砌和明洞上任一质点的水平地震力，应按下式计算：式中：计算质点的水平地震力（kN）；水平地震作用修正系数，岩石地基取值0.20，非岩石地基取值0.25；地震动峰值加速度（）；计算质点的构筑物质量或计算土柱质量（t）计算过程如下：北京的地铁主体结构按8度（Ag=0.2g）地震烈度进行抗震验算，地震角按规范取，。由于地震引起的侧土压力： 顶板覆土对顶板的摩擦力：顶板覆土地震力对顶板等效弯矩：侧墙水平地震力均布等效静荷载标准值：顶板水平地震力集中荷载标准值：楼板水平地震力集中荷载标准值：底板水平地震力集中荷载标准值：中柱水平地震力均布等效静荷载标准值：荷载组合7.3.2标准段恒载（标准值）活载（标准值）施工荷载为10kPa荷载组合 。（2）远期使用阶段土压力恒载（标准值） 设备荷载8kPa水压力恒载（标准值）活载（标准值） 人群荷载4kPa荷载组合（3）地震工况下的结构荷载顶板覆土恒载（标准值）水压力恒载（标准值）地震荷载（标准值）根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）6.1.5作用于挡土墙上的地震主动土压力，应按库伦理论公式计算。但土的内摩擦角或土的综合内摩擦角、墙背摩擦角、土的重度，受地震作用的影响，应根据地震角分别按下列公式进行修正：式中：修正后的土的内摩擦角（）；修正后的土的综合内摩擦角（）；修正后的墙背摩擦角（）；修正后的土的重度（）地震角（），应按表6.1.5采用。铁路工程抗震设计规范（GB501112006）表6.1.5 地震角 Ag地震角0.1g、0.15g0.2g0.3g0.4g 水上水下根据铁路工程抗震设计规范（GB501112006）8.1.3隧道衬砌和明洞上任一质点的水平地震力，应按下式计算：式中：计算质点的水平地震力（kN）；水平地震作用修正系数，岩石地基取值0.20，非岩石地基取值0.25；地震动峰值加速度（）；计算质点的构筑物质量或计算土柱质量（t）计算过程如下：北京的地铁主体结构按8度（Ag=0.2g）地震烈度进行抗震验算，地震角按规范取，。由于地震引起的侧土压力： 顶板覆土对顶板的摩擦力：顶板覆土地震力对顶板等效弯矩：侧墙水平地震力均布等效静荷载标准值：顶板水平地震力集中荷载标准值：楼板水平地震力集中荷载标准值：底板水平地震力集中荷载标准值：中柱水平地震力均布等效静荷载标准值：荷载组合第八章 结构内力及变形计算使用SAP84有限元分析软件对结构构件进行建模计算。8.1端头段内力及变形计算结果8.1.1框架单元近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.1.2框架单元远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.1.3框架单元地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.1.4顶梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.5顶梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.6顶梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.7楼板梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.8楼板梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.9楼板梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.10底梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.11底梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.1.12底梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2标准段内力及变形计算结果8.2.1框架单元近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.2.2框架单元远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.2.3框架单元地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）（3）轴力图（单位）8.2.4顶梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.5顶梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.6顶梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.7楼板梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.8楼板梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.9楼板梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.10底梁近期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.11底梁远期使用阶段基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2）剪力图（单位）8.2.12底梁地震工况基本组合内力图（1）弯矩图（单位）（2） 剪力图（单位）第九章 混凝土结构构件设计 混凝土结构构件设计主要是对混凝土构件的纵筋（抗弯）、箍筋（抗剪）、构件裂缝宽度进行计算。计算公式及参数取值依据混凝土结构设计规范（GB500102010）。使用MATLAB （R2010b）软件，对计算公式进行编程。9.1计算依据9.1.1正截面受弯承载力计算根据混凝土结构设计规范（GB500102010）6.2.10矩形截面或翼缘位于受拉边的倒T形截面受弯构件，其正截面受弯承载力应符合下列规定：混凝土受压区高度应按下列公式确定：混凝土受压区高度尚应符合下列条件：式中：弯矩设计值；系数，按本规范第6.2.6条的规定计算；混凝土轴心抗压强度设计值，按本规范表4.1.4-1采用；、受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积；、受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积；受压区纵向预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力筋应力矩形截面的宽度或倒T形截面的腹板宽度；截面有效高度；、受压区纵向普通钢筋合力点、预应力筋合力点至截面受压边缘的距离；受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，当受压区未配置纵向预应力筋或受压区纵向预应力筋应力（）为拉应力时，公式（6.2.10-4）中的用代替。9.1.2正截面受压承载力计算根据混凝土结构设计规范（GB500102010）6.2.17矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力应符合下列规定: 式中：轴向压力作用点至纵向受拉普通钢筋和受拉预应力筋的合力点的距离；、受拉边或受压较小边的纵向普通钢筋、预应力筋的应力；初始偏心距纵向受拉普通钢筋和受拉预应力筋的合力点至截面近边缘的距离；轴向压力对截面重心的偏心距，取为,当需要考虑二阶效应时，M为按本规范第5.3.4条、第6.2.4条规定确定的弯矩设计值；附加偏心距，按本规范第6.2.5条确定。9.1.3斜截面承载力计算根据混凝土结构设计规范（GB500102010）6.3.1矩形、T型和I形截面受弯构件的受剪截面应符合下列条件：当时 当时当时，按直线内插法确定。式中：构件斜截面上的最大剪力设计值；混凝土强度影响系数：当混凝土强度等级不超过C50时， 取1.0；当混凝土强度等级不超过C80时，取0.8；其间按线性内插法确定；矩形截面的宽度，T形截面或I形截面的腹板宽度；截面的有效高度；截面的腹板高度：矩形截面，取有效高度；T形截面，取有效高度减去翼缘高度；I形截面，取腹板净高。根据混凝土结构设计规范（GB500102010）6.3.4当仅配置箍筋时，矩形、T形和I形截面受弯构件的斜截面受剪承载力应符合下列规定：式中：构件斜截面上混凝土和箍筋的受剪承载力设计值；由预加力所提高的构件受剪承载力设计值；斜截面混凝土受剪承载力系数，对于一般受弯构件取0.7；对集中荷载作用下（包括作用有多种荷载，其中集中荷载对支座截面或节点边缘所产生的剪力值占总剪力的75%以上的情况）的独立梁，取为，为计算截面的剪跨比，可取等于，当小于1.5时，取1.5，当大于3时，取3，取集中荷载作用点至支座截面或节点边缘的距离；配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积，即，此处，为在同一个截面内箍筋的肢数，为单肢箍筋的截面面积；沿构件长度方向的箍筋间距；箍筋的抗拉强度设计值，按本规范第4.2.3条的规定采用；计算截面上混凝土法向预应力等于零时的预加力。9.1.4裂缝控制验算根据混凝土结构设计规范（GB500102010）7.1.2在矩形、T形、倒T形和I形截面的钢筋混凝土受拉、受弯和偏心受压构件及预应力混凝土轴心受拉和受弯中，按荷载标准组合或准永久组合并考虑长期作用影响的最大裂缝宽度可按下列公式计算： 式中：构件受力特征系数裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：当时，取；当，取；对直接承受重复荷载的构件，取；按荷载准永久组合计算的钢筋混凝土构件纵向受拉普通钢筋应力或按标准组合计算的预应力混凝土构件纵向受拉钢筋等效应力；钢筋的弹性模量，按本规范表4.2.5采用；最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离（mm）：当时，取；当时，取；按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率；对无粘结后张拉构件，仅取纵向受拉普通钢筋计算配筋率；在最大裂缝宽度中，当时，取；有效受拉混凝土截面面积：对轴心受拉构件，取构件截面面积；对受弯、偏心受压和偏心受拉构件，取，此处，、为受拉翼缘的宽度、高度；受拉区纵向普通钢筋截面面积；受拉区纵向预应力筋截面面积；受拉区纵向钢筋的等效直径（mm）；对无粘结后张拉构件，仅为受拉区纵向受拉普通钢筋的等效直径（mm）；受拉区第种纵向钢筋的公称直径；对于有粘结预应力钢绞线束的直径取为，其中为单根钢绞线的公称直径，为单束钢绞线根数；受拉区第种纵向钢筋的根数；对于有粘结预应力钢绞线，取为钢绞线束数；受拉区第种纵向钢筋的相对粘结特征系数，按表7.1.2-2采用。9.2 MATLAB编程代码9.2.1矩形截面受弯构件纵筋截面积计算及构件最大裂缝宽度计算%配筋计算（单筋矩形断面受弯构件配筋计算）format compactformat short g%计算需要输入参数： %moment(弯矩设计值)(单位：N*mm) moment=1511e6; %breadth(梁截面宽度)(单位：mm) breadth=1000; %height(梁截面高度)(单位：mm) height=900; %thickness_of_concrete_cover(混凝土保护层厚度)(单位：mm) thickness_of_concrete_cover=65; %importance_coefficient(重要性系数) importance_coefficient=1.1; %concrete_grade(混凝土等级) concrete_grade=40; %reinforced_grade(钢筋等级) reinforced_grade=400; %moment_q(弯矩标准值) moment_q=1114e6; %n(纵向受拉钢筋截面积扩大系数) n=1.2;%计算过程中使用参数： %relative_compression_zone_b(界限相对受压区高度) %r_c_z_b(界限相对受压区高度矩阵) %c_g_1(混凝土等级矩阵1) %a(计算系数) %concrete_compressive_strength(混凝土轴心抗压强度设计值)(单位：N/mm2) %c_c_s(混凝土轴心抗压强度设计值矩阵) %c_g_2(混凝土等级矩阵2) %axial_tensile_strength_of_concrete(混凝土轴心抗拉强度设计值)(单位：N/mm2) %a_t_s_of_c(混凝土轴心抗拉强度设计值矩阵) %r_g(钢筋等级矩阵) %tensile_strength_of_reinforcement(普通钢筋抗拉强度设计值)(单位：N/mm2) %t_s_of_r(普通钢筋抗拉强度设计值矩阵) %height_0(截面有效高度)(单位：mm) %b(计算系数2) %c(截面抵抗矩系数) %relative_compression_zone(相对受压区高度) %d(内力臂系数) %bar_areas（纵向受拉钢筋面积） %确定界限相对受压区高度if reinforced_grade=300 a=1;endif reinforced_grade=335 a=2;endif reinforced_grade=400 a=3;endc_g_1=20 20 20 25 25 25 30 30 30 35 35 35 40 40 40 45 45 45 50 50 50 55 55 55 60 60 60 65 65 65 70 70 70 75 75 75 80 80 80;r_c_z_b=0.589 0.565 0.533 0.587 0.562 0.531 0.585 0.560 0.528 0.583 0.558 0.526 0.580 0.555 0.523 0.578 0.553 0.520 0.576 0.550 0.518 0.566 0.541 0.508 0.556 0.531 0.499 0.547 0.522 0.490 0.537 0.512 0.481 0.528 0.503 0.472 0.518 0.493 0.463;find(c_g_1=concrete_grade);ans(a);relative_compression_zone_b=r_c_z_b(ans);%确定材料强度c_g_2=15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80;c_c_s=7.2 9.6 11.9 14.3 16.7 19.1 21.1 23.1 25.3 27.5 29.7 31.8 33.8 35.9;concrete_compressive_strength=c_c_s(find(c_g_2=concrete_grade);a_t_s_of_c=0.91 1.10 1.27 1.43 1.57 1.71 1.80 1.89 1.96 2.04 2.09 2.14 2.18 2.22;axial_tensile_strength_of_concrete=a_t_s_of_c(find(c_g_2=concrete_grade);r_g=300 335 400;t_s_of_r=270 300 360;tensile_strength_of_reinforcement=t_s_of_r(find(r_g=reinforced_grade);%纵向受拉钢筋截面积计算height_0=height-thickness_of_concrete_cover;if concrete_graderelative_compression_zone_b beep disp(Reinforcement ratio is too high)endd=0.5*(1+sqrt(1-2*c);bar_areas=moment*importance_coefficient/(tensile_strength_of_reinforcement*d*height_0);if (bar_areas/breadth/height_0)max(0.45*axial_tensile_strength_of_concrete*height/height_0/tensile_strength_of_reinforcement,0.002*height/height_0) bar_areaselse beep bar_areas=(max(0.45*axial_tensile_strength_of_concrete*height/height_0/tensile_strength_of_reinforcement,0.002*height/height_0)*breadth*height_0 disp(Constructed reinforcement)end%计算过程中使用参数： %d_(钢筋直径矩阵) %n_(纵向受拉钢筋实配根数矩阵) %c_g(混凝土等级矩阵) %a_t_s_of_c_k(混凝土轴心抗拉强度标准值矩阵) %axial_tensile_strength_of_concrete_k(混凝土轴心抗拉强度标准值)(单位：N/mm2) %E(钢筋的弹性模量)(单位N/mm2) %a(构件受力特征系数) %b_(按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋的配筋率矩阵) %c_(在荷载准永久组合或标准组合下，钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力)(单位：N/mm2) %height_0(截面有效高度)(单位：mm) %c_s(最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离矩阵) %thickness_of_concrete_cover(混凝土保护层厚度)(单位：mm) %comparison_1(比较矩阵1) %comparison_2(比较矩阵2) %comparison_3(比较矩阵3) %comparison_4(比较矩阵4) %comparison_5(比较矩阵5)%纵向受力钢筋直径矩阵确定&纵向受力钢筋实配根数矩阵确定d_=14 16 18 20 22 25 28 32;n_=ceil(n*bar_areas./(pi*d_.2/4);%混凝土轴心抗拉强度标准值确定c_g=15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80;a_t_s_of_c_k=1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 2.39 2.51 2.64 2.74 2.85 2.93 2.99 3.05 3.11;axial_tensile_strength_of_concrete_k=a_t_s_of_c_k(find(c_g=concrete_grade);%钢筋弹性模量确定if reinforced_grade=300 E=2.10e5;endif reinforced_grade=335 E=2.00e5;endif reinforced_grade=400 E=2.00e5;end%构件受力特征系数确定a=1.9;%计算按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋的配筋率矩阵b_=pi*d_.2/4.*n_/(0.5*breadth*height);%计算在荷载准永久组合或标准组合下，钢筋混凝土构件受拉区纵向普通钢筋的应力矩阵c_=moment_q./(0.87*height_0*pi*d_.2/4.*n_);%计算最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离矩阵c_s=thickness_of_concrete_cover-d_/2;%筛选(1)按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋的配筋率comparison_3=0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01;b_=max(comparison_3,b_);%筛选(2)最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离comparison_4=20 20 20 20 20 20 20 20