【《地铁车站主体结构设计计算过程案例》9000字】

地铁车站主体结构设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u4527地铁车站主体结构设计计算过程案例 1283421.1主体结构设计概述 130721.2主体结构构件尺寸与材料 1285981.3荷载与组合 2183721.4结构内力计算 2215571.5构件配筋计算 8221461.1.1顶板配筋与抗裂验算 8267321.1.2中板配筋与抗裂验算 12310241.1.3底板配筋与抗裂验算 141421.1.4侧墙配筋与抗裂验算 17219851.1.5中柱配筋与抗裂验算 2026381.1.6顶纵梁配筋与抗裂验算 22112041.1.7中纵梁配筋与抗裂验算 26141701.1.8底纵梁配筋与抗裂验算 29321.6小结 331.1主体结构设计概述首先根据工程类比，拟定好各个主体结构构件的材料和尺寸。根据施工场地的地层信息计算出车站主体结构受到的覆土压力、侧向土压力、侧向水压力和水浮力等。通过使用sap84软件对车站主体结构的内力进行计算。根据sap84软件得到的内力计算结果以及相关规范对主体结构的各个部位进行配筋和裂缝验算。表5-1构件最小净保护层厚度构件名称顶板楼板底板保护层厚度（mm）外侧内侧外侧内侧45353045351.2主体结构构件尺寸与材料对于主体结构的设计第一步是要确定主体结构构件的尺寸和所使用的材料。通过工程类比拟定各结构构件的尺寸和材料。拟定结果如下表所示。表5-2构件尺寸、材料表构件名称构件尺寸（m、m×m）构件材料顶板0.8C35混凝土，HRB400级钢筋中板0.4C35混凝土，HRB400级钢筋底板0.9C35混凝土，HRB400级钢筋顶纵梁1.2×1.8C35混凝土，HRB400级钢筋中纵梁1.0×1.0C35混凝土，HRB400级钢筋底纵梁1.2×2.2C35混凝土，HRB400级钢筋中柱1.0×0.8C50混凝土，HRB400级钢筋侧墙0.7C35混凝土，HRB400级钢筋1.3荷载与组合荷载对于工程而言十分重要，这关系到计算所得出的结果在建筑物实际使用阶段是否安全稳定。首先需要考虑需要布置的荷载，在本设计中主要考虑永久荷载和可变荷载这两种荷载。然后还需要确定各项的荷载的数值，全部确定完成后便可使用软件进行计算。荷载的具体取值如下表所示。表5-3荷载分类表荷载分类荷载名称荷载取值永久荷载结构自重通过计算得出覆土荷载通过计算得出侧土压力通过计算得出侧水压力通过计算得出浮力通过计算得出设备荷载取8kPa可变荷载人群荷载取4kPa地面超载取20kPa地面超载引起的侧向压力取10kPa计算中所使用的荷载组合及其分项系数如下表所示。表5-4荷载组合表荷载组合荷载种类基本组合准永久组合永久荷载1.1×1.351.0可变荷载1.1×1.4×1.0×0.70.5备注用于配筋计算用于抗裂验算1.4结构内力计算首先计算土体容重的加权平均值，计算结果如下：γ其中：γihi1.顶板荷载在车站的顶板主要受到的荷载有地面超载和水土压力，其中地面超载q1q其中：γ——土各层的平均容重；h——覆土厚度。2.中板荷载车站中板所受到的荷载包括人群荷载和设备荷载，根据工程实例和相关规范取人群荷载q3=4kN3.底板荷载车站底板主要是受到了水浮力，水浮力的计算如下：q其中：γwh14.侧墙荷载侧墙所受到的荷载包括侧向土压力、侧向水压力和侧向超载。其中侧向超载q10q根据实际工程资料综合考虑，在本设计中土的侧压力系数K0由公式可得侧土压力在车站顶部的值如下：q侧土压力在车站底部的值如下：q侧水压力在车站顶部的值如下：q侧水压力在车站底部的值如下：q使用sap84软件，将计算所得到的荷载布置在对应的部位，荷载类型分成两种，荷载1为永久荷载，荷载2为可变荷载。通过软件计算可得到车站顶板、中板、底板、侧墙和中柱在基本组合和准永久组合下的轴力、剪力和弯矩。主体结构构件的内力图如下所示：图5-1基本组合弯矩图图5-2基本组合轴力图图5-3基本组合剪力图图5-4准永久组合弯矩图图5-5准永久组合轴力图图5-6准永久组合剪力图关于纵梁在sap84中的建模，选取5跨进行计算，内力值选取中跨计算所得的内力进行计算。纵梁的荷载取两侧各半跨板所受的荷载，并将荷载作用至纵梁上。得到的内力结果图如下。图1.7纵梁基本组合弯矩图图1.8纵梁准永久组合弯矩图1.5构件配筋计算1.1.1顶板配筋与抗裂验算由于顶板内外侧的最大内力值不同，并且顶板内外侧要求的最小裂缝宽度也不同，因此顶板内外侧的配筋和抗裂验算需要分开计算。虽然顶板既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.顶板内侧配筋与抗裂验算ba顶板使用的混凝土的强度等级为C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξbα式中αs；b——矩形截面宽度；h0(1)配筋计算由公式得αξγ式中ξ——相对受压区高度；ξbA由公式得A配8C22，Aρρmin(2)裂缝验算构件为矩形截面受弯构件。αcrb纵筋根数、直径：8C22，纵向钢筋等效直径dEftk=2.2Nascs=24mmαcrdeqAsEsftkv——带肋钢筋的相对粘结特性系数。按荷载准永久组合计算的弯矩值M=388纵向受拉钢筋配筋率ρteρ其中：AsAte对矩形截面的受弯构件：Aρ取ρte在荷载准永久组合下受拉区纵向钢筋的应力σsqσ裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数ψ：ψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。2.顶板外侧配筋与抗裂验算ba使用的混凝土的强度等级为C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式可得αξγ由公式可得A配8C28，Aρ(2)裂缝验算截面尺寸：b纵筋根数、直径：8C28，dEsftk=2.2Nascs=31mmρ对矩形截面受弯构件：Aρσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋根据相关规范，箍筋按照0.25%的截面面积进行配筋箍筋面积计算如下：1000×800×0.25%=2000根据计算得到的箍筋面积设置构件上下部的估计均为B18@150。1.1.2中板配筋与抗裂验算中板主要受到的是轴力，弯矩十分小，中板两侧要求的最小裂缝宽度也一样，因此计算时只需要用最大的轴力就行配筋和抗裂验算即可。中板的两侧可以采用相同的配筋，不需要分别设计。由于中板受到的轴力远大于弯矩，所以将中板按照偏向受压构件来处理。偏心距：e0附加偏心距：eae式中：eie0ea由公式得ζ式中：N——荷载在该处产生的轴力；ζcA——构件的截面面积。由公式得ζ取ζCηCMee其中：Cm——弯矩增大系数h——截面高度h0判断偏压类别x式中x——受压区高度。由公式得x判定为大偏心受压。由于x<2as1.配筋计算对As e'=式中e'由公式得eA由公式得A选用9C28钢筋面积5542mmρ符合要求。2.裂缝验算b纵筋根数、直径：9C28，dEsftk=2.2Nascs=20mmAρσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋根据相关规范，箍筋按照0.25%的截面面积进行配筋箍筋面积计算如下：1000×400×0.25%=1000根据计算得到的箍筋面积设置构件上下部的估计均为B16@150。1.1.3底板配筋与抗裂验算由于底板内外侧的最大内力值不同，并且底板内外侧要求的最小裂缝宽度也不同，因此底板内外侧的配筋和抗裂验算需要分开计算。虽然底板既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.底板内侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋计算由公式得αξγ由公式A配6C22，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：6C22，dEsftk=2.2ascs=24mm弯矩值M=321ρ对矩形截面的受弯构件：Aρ取ρteσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。2.底板外侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配8C28，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：10C28，受拉区纵向钢筋的等效直径dEsftk=2.2Nascs=31mmρ对矩形截面的受弯构件：Aρσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋根据相关规范，箍筋按照0.25%的截面面积进行配筋箍筋面积计算如下：1000×800×0.25%=2000根据计算得到的箍筋面积设置构件上下部的估计均为B20@150。1.1.4侧墙配筋与抗裂验算由于侧墙内外侧的最大内力值不同，并且侧墙内外侧要求的最小裂缝宽度也不同，因此侧墙内外侧的配筋和抗裂验算需要分开计算。虽然侧墙既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.侧板内侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配8C20，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：8C22，dEsftk=2.2Nascs=25mm弯矩M=299ρ对矩形截面的受弯构件：Aρ取ρteσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。2.侧墙外侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式得αξγ由公式A配9C32，Aρ(2)裂缝验算矩形截面受弯构件，构件受力特征系数αcrb纵筋根数、直径：9C32，受拉区纵向钢筋的等效直径dEsftk=2.2Nascs=29mm由公式得ρ对矩形截面的受弯构件：Aρσsqσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋根据相关规范，箍筋按照0.25%的截面面积进行配筋箍筋面积计算如下：1000×700×0.25%=1760根据计算得到的箍筋面积设置构件上下部的估计均为B20@150。1.1.5中柱配筋与抗裂验算按照sap84的模型，得到的内力分析图，柱受到的弯矩很小，所以按照轴心受压来计算。车站站厅层和站台层的中柱受到的轴力不同，因此两层的中柱需要单独进行配筋和抗裂验算。1.站厅层立柱配筋E钢筋采用HRB400，f站厅层中柱长度为l构件计算长度为ll0/截面面积：A混凝土为C50：f设计轴力：NA式中Asφ——轴心受压构件的稳定性系数；A——构件截面面积；N——构件所受轴力设计值；fyfc由公式得A故应根据最小配筋率配筋，由规范可知，受压构件全部纵向钢筋的最小配筋率ρA在本设计中，柱采用8C28，Aρ=满足构造要求。箍筋采用B10@200。2.站台层立柱配筋计算E钢筋采用HRB400，f站厅层中柱长度l构件计算长度ll0/截面面积：A混凝土为C50：f设计轴力：NA式中Asφ——轴心受压构件的稳定性系数；A——构件截面面积；N——构件所受轴力设计值；fyfc由公式得A根据最小配筋率配筋。由规范得A根据相应规范，在设计中，柱采用8C28，Aρ满足构造要求。箍筋采用B20@150。1.1.6顶纵梁配筋与抗裂验算虽然顶纵梁既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.顶纵梁内侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配10C28，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：10C28，dEftk=2.2Nascs=21mm弯矩M=2050ρteρ对矩形截面的受弯构件：Aρ取ρteσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。2.顶纵梁外侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配10+10C32，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：10+10C32，dEftk=2.2Nascs=29mmρteρ对矩形截面的受弯构件：Aρσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋由内力图可知Vhw=根据计算结果可知该构件属于厚腹梁。β0.25符合要求。0.7需要配置箍筋。n配置四肢箍筋B16@150，因此ρ符合规范。1.1.7中纵梁配筋与抗裂验算虽然中纵梁既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.中纵梁内侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配8C18，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：10C28，dEftk=2.2Nascs=26mm弯矩M=2050ρteρ对矩形截面的受弯构件：Aρ取ρteσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。2.中纵梁上部配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋计算由公式得：αξγ由公式得：A配8C22，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：8C22，dEsftk=2.2Nascs=34mmρteρ对矩形截面的受弯构件：Aρ故取ρσψ最大裂缝宽度ωmaxω满足要求。3.分布筋由内力图可知Vh属于厚腹梁。混凝土强度等级为C35，故βc0.25截面不符合要求。0.7不需要配置箍筋。配置四肢箍筋B10@150，满足构造需求。1.1.8底纵梁配筋与抗裂验算虽然底纵梁既有弯矩又有轴力，但是其轴力相比弯矩很小。因此可以将其简化为受弯构件进行验算。1.底纵梁内侧配筋与抗裂验算ba混凝土等级C35ff钢筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋计算由公式得αξγ由公式得A配8C32，Aρ(2)裂缝验算αb纵筋根数、直径：8C32，dEsft