大管棚计算书及扩建结构计算书

计算书项目名称设计阶段—施工图设计.专业结构计算校核XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX有限公司2013年5月一、设计标准主体结构工程的设计使用年限为100年工程结构的安全等级为一级车站防水等级均为一级人防等级按6级设防地震按6度抗震设防二衬混凝土裂缝控制标准：迎土面W0.2mm，背土面W0.3mm二、计算原则隧道结构采用以概率理论为基础的极限状态设计法，以可靠指标度量结构构件的可靠度。采用以分项系数的设计表达进行结构计算分析。结构构件应根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求。结构计算简化模型的确定，根据结构的实际工作条件，并反映结构与周围地层的相互作用。施工期间采用分步开挖，围岩作用于结构的压力随开挖不断变化，其受力多次重新分配，最终荷载由初支传至二衬结构承担。三、采用的规范、依据《铁路隧道设计规范》(TB10003-2005)《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)《钢结构设计规范》(GB50017-2003)《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)《人民防空地下室设计规范》(GB50038-2005)人和商场工程相关设计图纸四、工程概况该工程为人和地下商场与地铁通道连通接口的扩建，将接口与1.8m扩建为4.55m，同时，为有效、舒适组织客流，将人和地下商场局部扩建。扩建部分顶板覆土厚度为4.07m，土层以杂填土、粉质粘土为主，为降低扩建对地面环境的影响，改扩建部分采用暗挖法施工，全断面开挖留核心土，

每循环进尺0.4m，初支采用型钢+网喷混凝土，同时采用大管棚(管棚设注浆孔，以加固周边地层，扩散半径不小于0.3m)进行超前支护，结构采用初期支护与二次衬砌组成的复合结构。图-1结构平面图刀奴■+图-2结构平面图五、荷载及荷载组合1.荷载地层土压力：水平压力按静止土压力计算水压力：结构位于地下水位以上，故不存在水压力地面超载：按10KPa计算偶然荷载：按6度地震作用，6级人防荷载2.荷载组合根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)、《人民防空工程设计规范》(GB50225-2005)的规定，按结构在使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合。各种荷载组合及分项系数见下表荷载组合与分项系数

荷载种类组合-永久荷载可变荷载人防荷载基本组合1:永久荷载+基本可变荷载1.351.40标准组合2：永久荷载+基本可变荷载1.01.00六、大管棚承载力计算计算模型大管棚为扩建部分暗挖起超前支护的作用，管棚参数：直径108mm，壁厚6mm，长度8m。暗挖施工过程中，管棚结构一端支撑于既有人和商场的侧墙结构，另一端支撑于土体中。覆土厚度4.07m，土层平均重度为17.5KN/m3，暗挖过程中，每循环进尺0.4m，荷载传递：1）开挖至未架设初支时间段，该时间段一般为2小时，荷载由管棚向相邻段的土体、已架初支结构传递，与管棚共同承担；2）初支架设完毕后，荷载由管棚和初支结构承担。由于覆土厚度较小，根据《铁路工程技术规程》经验公式和普氏理论、泰沙基理论等判断，无法形成塌落拱，竖向土压力按土柱荷载考虑，q土=4.07*17.5=71.2kpa地表为人行路面，地面超载取5kpa。管棚结构为临时结构，安全等级为三级，结构重要性系数为0.9。管棚承载力计算取最不利阶段：土体开挖后，其竖向荷载均有管棚自身强度承担，将其简化为梁，一段固定于既有结构侧墙（厚400，为管棚直径的3.7倍），另一端支撑于外围土体，并受土体压力和土体反力的约束，如图-3。图-3管棚边界条件2.受力计算将管棚简化为梁结构，利用结构通用计算软件SAP84进行计算，计算结果见图-4。

Mm3后?色最旧丁~nnj理tr-1™置二s*C-J.1知-S匕净o㈱?"-".三w瓮Tz1力¥[T彳；节1同二与了图-4管棚弯矩图施工过程中，管棚最大弯矩为14.3kN.mo管棚力学参数：弹性抵抗矩Wx=2Ix/R=46.46cm3，Q235钢材抗弯强度设计值6t=215N/mm2管棚弯矩承载力设计值：M=WxX6tX0.4（进尺）/0.3（管棚间距）=13.3kN.m〉14.3X0.9=12.87kN.m故管棚设计参数满足承载力要求，且具有一定的安全储备（计算未计管棚注浆加固土体的承载力和对土压力扩散的作用）七、初支结构计算计算模型初支结构为箱型结构，采用工16型钢+网喷混凝土，受力模式以环向为主，竖向为土柱和地面超载产生的压力，侧压力系数为0.4。以初支为主的受力过程约为3个月，初支结构为临时结构，安全等级为三级，结构重要性系数为0.9，无需考虑偶然荷载，采用基本组合进行受力计算。受力计算取一棉钢架进行分析，计算弯矩图见图-5。gmrdT-珅地0^-1■11.■-10-27-0-44-41gmrdT-珅地0^-1■11.■-10-27-0-44-414.014.SET孚b・7孚・T仃m-rr未施作二衬结构钱，其最大弯矩标准值为17.5kN.m，最大弯矩设计值为1.35X17.5=23.6kN.m。

钢架力学参数：弹性抵抗矩Wx==141cm3，Q235钢材抗弯强度设计值6t=215N/mm2钢架弯矩承载力设计值：M=WxX6t=30.3kN.m〉23.6X0.9=21.3kN.m故钢架设计参数满足承载力要求八、主体结构计算使用阶段，土压力、地面超载均有二衬结构承担。该项工程不仅新增部分结构，同时需对既有结构的侧墙局部需凿除、连通，因此，对于二衬结构的计算不仅要自身满足受力要求，同时由于侧墙局部的破除改变了既有结构受力重新达到平衡后仍要满足受力要求。沿用既有商场、地铁接口等设计原则、参数等，扩建部分为单层结构，其顶板高度与地铁接口顶板等高程，与商场顶板存在高差，低于商场顶板1.67m，且商场结构与既有地铁结构各自独立，二者不进行传力等。（一）二衬结构自身受力计算计算模型由于新建二衬结构为狭长箱型结构，结构板、侧墙横向受力为主，故取每延米结构进行计算。使用阶段，地面超载取10kpa，土压力按土柱计算，侧压力系数取0.35。受力计算采用SAP84软件进行计算，结构受力由标准组合控制，其弯矩图见图-6。™~'。.物S6ETA初d*™~'。.物S6ETA初d*91—一9C'46了也4龄图-6二衬结构弯矩图（标准组合）也S!■dS2.937&81ocob-甲XO甲MIET提dG/14SS图-7二衬结构剪力图（标准组合）也S!■dS2.937&81ocob-甲XO甲MIET提dG/14SS顶底板内衬跨中弯矩最大，为77.3kN.m，由于既有商场侧墙破除，为尽量降低新建结构对既有结构侧墙破除后受力状态的改变，故提高扩建结构刚度，与既有结构匹配，扩建结构厚度与既有结构同，顶底板为500mm，侧墙为400mm，由于弯矩较小，结构按构造配筋，同既有结构配筋，对应裂缝宽度不大于0.06mm。（二）既有结构破除对原有结构体系影响分析扩建范围既有侧墙的破除，弱化了原有侧墙对其相连顶板、底板、侧墙的约束，使得其端部弯矩释放减小，跨中弯矩增加，与图-6揭示的趋势一致。由于改造侧边跨远小于另一侧边跨跨度，侧墙