胡燊地铁车站主体结构设计

1、目录第一章课程设计任务概述11.1.课程设计目的11.2.设计规范及参考书11.3.课程设计方案11.4.课程设计基本流程3第二章平面结构计算简图及荷载计算42.1.平面结构计算简图42.2.荷载计算5第三章结构内力计算63.1.车站横断面荷载简图63.2.内力计算73.3.计算结果9第四章结构（墙、板、柱）配筋计算114.1.车站顶板、中板、底板、侧墙配筋计算114.2.车站中柱配筋计算14第一章 课程设计任务概述1.1. 课程设计目的初步掌握地铁车站主体结构设计的基本流程；通过课程设计学习，熟悉地下工程“荷载结构”法的有限元计算过程；掌握平面简化模型的计算简图、主动荷载及荷载的组合方式、地

2、层抗力及其如何在计算中体现；通过实际操作，掌握有限元建模、划分单元、施加约束、施加荷载的方法；掌握地下矩形框架结构的内力分布特点，并根据结构内力完成配筋工作。为毕业设计及今后的实际工作做理论和实践上的准备。1.2. 设计规范及参考书1、混凝土结构设计规范2、地下铁道（高波主编，西南交通大学出版社）3、混凝土结构设计原理教材4、计算软件基本使用教程相关的参考书（推荐用ANSYS）1.3. 课程设计方案1、工程概况某地铁车站采用明挖法施工，结构为矩形框架结构。车站埋深3m，地下水位距地面3m，纵向柱间距8m。车站横断面尺寸如图1-1所示，结构尺寸参数详见表1-1。围岩为均一土体，土体物理参数详见表

3、1-2，采用水土分算。路面荷载为（超载系数1.1），钢筋混凝土重度，中板人群与设备荷载分别取、。荷载组合按表1-3取用，基本组合用于承载能力极限状态设计，标准组合用于正常使用极限状态设计。要求用电算软件完成结构内力计算，并根据混凝土结构设计规范完成墙、板、柱的配筋。图1-1车站横断面示意图（单位：mm）表1-1结构尺寸参数（单位：m）编号跨度L顶板厚h1中板厚h2底板厚h3墙厚T中柱B16.50.60.40.60.60.8×0.8表1-2地层物理力学参数编号重度/浮重度弹性反力系数内摩擦角内聚力A519/2230024表1-3荷载组合表组合永久荷载可变荷载水土压力水浮力人防荷载地震荷

4、载基本组合1.351.41.351.3500标准组合1.01.01.01.0002、主要材料混凝土：板、墙用C30，柱子C40；弹性模量和泊松比查规范。钢筋根据混凝土结构设计规范选用。1.4. 课程设计基本流程1、根据提供的尺寸，确定平面计算简图（重点说明中柱如何简化）；2、荷载计算。包括垂直荷载和侧向荷载，采用水土分算；不考虑人防荷载和地震荷载。侧向荷载统一用朗金主动土压力公式。荷载组合本次课程设计只考虑基本组合和标准组合两种工况。3、有限元建模、施加约束、施加荷载、运行计算以及计算结果的提取。注意土层约束简化为土弹簧，需满足抗压不抗拉的特性，即弹簧轴力不能为正。另要求计算结果必须包括结构变

5、形、弯矩、轴力、剪力。4、根据上述计算结果进行结构配筋。先根据基本组合的计算结果进行承载能力极限状态的配筋，然后根据此配筋结果检算正常使用极限状态（内力采用标准组合计算结果）是否通过？若通过，则完成配筋；若不通过，则调整配筋量，直至检算通过。5、完成计算说明书。第二章 平面结构计算简图及荷载计算1.5. 平面结构计算简图1、中柱的简化中柱简化采用刚度等效法，是基于考虑地铁车站的长度远大于其宽度，可作为平面应变问题来考虑，框架结构沿纵向取一延米来进行计算。由于中柱在纵上的不连续性，将中柱按照刚度等效的原则换算为墙进行计算。然后以等效的墙厚为b的墙代替柱来进行平面框架有限元计算，所求得的“墙”内力

6、即为柱的内力并以此来进行配筋及强度验算。本设计中有：,即0.8×0.8=8×b,得b=0.08m。2、墙、板的简化由于墙和板在空间上是连续结构，故不需简化。计算简图取中心线，平面结构计算简图见图2-1。图2-1平面结构计算简图1.6. 荷载计算1、垂直荷载（1）顶板垂直荷载。顶板垂直荷载由路面活载及垂直土压力组成。路面均布荷载取：垂直土压力为：顶板垂直荷载设计值为：（2）中板垂直荷载。中板垂直荷载由人群及设备荷载组成，其设计值为：2、侧向荷载，侧压力系数：侧墙顶板处侧压力：侧墙底板处土压力：侧墙底板处水压力：将荷载乘以各分项系数：侧墙顶板处侧压力：侧墙底板处侧压力：3、水浮

7、力4、弹簧取值第三章 结构内力计算1.7. 车站横断面荷载简图地基对结构的弹性反力用弹簧代替。由于结构与荷载均对称，结构的中轴在水平方向上没有位移，所以对中轴底端位移进行水平方向约束u=0。作用在主体结构上的荷载如图3-1所示。107.8 kPa45.0 kPa16.8 kPa314.7 kPa179.0kPa图3-1荷载计算简图1.8. 内力计算使用ANSYS10.0计算主体结构横断面的内力。内力计算命令：/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. 计算结果车站顶板、底板、侧墙、中柱计算结果如图3-2图3-4所示。图3-2轴力图（单位：N）图3-3剪力图（单位：N）图3-4弯矩图（单位：N·m）要进行结构断面配筋，选用的弯矩和轴力是在考虑最不利位置处。断面结构内力值见表3-1。表3-1标准断面结构内力构件弯矩M/（kN·m）轴力N/kN剪力V/kN尺寸b×h/(mm×mm)顶板上缘432.6288.4417.81000×600顶板下缘277.5288.4417.81000×600中板上缘250.21200126.21000×400中板下缘46.212001

14、26.21000×400底板上缘225.11030724.11000×600底板下缘10601030724.11000×600侧墙迎土面1060733.810301000×600侧墙背土面727.8733.810301000×600中柱0882.30800×800第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算1.10. 车站顶板、中板、底板、侧墙配筋计算C30混凝土：，HRB335钢筋：，1、偏心距计算见表4-1表4-1标准截面偏心距计算顶板上缘顶板下缘中板上缘中板下缘底板上缘底板下缘侧墙上缘侧墙下缘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、判断大小偏心受压见表4-2。表4-2大小偏心受压判断顶板上缘顶板下缘中板上缘中板下缘底板上缘底板下缘侧墙上缘侧墙下缘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可知各截面位置都属于大偏心受压。2、钢筋面积计算见表4-3表4-3钢筋计算表顶板上缘顶板下缘中板上缘中板下缘底板上缘底板下缘侧墙上缘侧墙下缘18531302444274535134517761323-10115-11149-4152-6419-9921-4355-4903-7118120012008008001200120012001200选

17、取受压钢筋520420520420420520520520受压钢筋面积15711257157112571257157115711571受压区高度x45.324.2109.055.749.3184.1168.7112.01353802-263525391505-3512382764691371664463选取受拉钢筋82552010205205208409401032受拉钢筋面积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、裂缝宽度验算根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002），当时需要验算裂缝宽度，计算过程见表4-4。表4-4裂缝宽度验算表顶板上缘顶板下缘中板上缘底板下缘侧墙上缘侧墙下缘178712363591279169512424724652644664724660.01310.00520.01570.03350.03770.0268216.4216.4880.2762.9605.4605.4153.5228.199.6132.3138.8125.50.45