北京地铁八号线二期工程鼓楼大街站主体结构计算书

设计证书号： A112000056 工程号：2008(三)第02号
计算书
项目名称：北京地铁八号线二期工程
鼓楼大街站主体结构
设计阶段：施工设计
专业：结构
计算：徐骞
校核：王庆礼
审定：李立
中铁隧道勘测设计院有限公司
2010年06月
鼓楼大街站主体结构计算书
一、车站工程及地质概况
鼓楼大街站位于旧鼓楼大街道路下方，南北走向。

车站为明挖三层框架结构，支护结构体系采用800mm厚地下连续墙和内支撑。

车站长164.4m,标准段宽22.7m，高20.61m。

标准段底板埋深24.12m。

车站标准段为双柱三跨。

结构上覆土以杂填土①1、粉土填土①为主；车站主体主要位于细粉砂③
3
、粉细砂
④
4、细砂⑦
4
、粉质粘土⑥、⑥
1
、⑥
2
和中细砂⑨中；基底为粉土⑧
2
层与中细砂⑨
4
层。

该段地层无不良地质作用。

本场地赋存3层地下水，第一层：上层滞水，静止水位埋深5.30米，该层水不连续。

第二层：层间滞留水，静止水位埋深12.80～15.40米，该层水水量较小，不连续。

m考虑，即地面以下约6.5m。

二、相关的国家标准与规范：
（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）
（2）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）
（3）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（5）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2006年版
（6）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008修订版
（7）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
（8）《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）
三、结构设计标准
（1）车站主体结构工程的设计使用年限为100年。

（2）工程结构的安全等级为一级，构件重要性系数取1.1。

（3）地铁的地下通道、通风亭均按一级耐火等级设计。

（4）车站防水等级均为一级。

（5）人防等级按5级设防。

（6）结构按8度抗震设防烈度进行抗震验算，梁柱连接节点按抗震等级三级采取构
造措施，其他墙板连接节点按抗震等级三级采取构造措施。

（7）二衬混凝土裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝，裂缝宽度控制标准：迎土面≤mm，其余≤mm。

（8）结构抗浮安全系数不计侧壁摩阻力≥1.05，计侧壁摩阻力≥1.15。

四、结构计算原则
结构设计考虑地质条件、埋设深度、荷载、结构形式、施工工序等因素，按照信息化进行结构设计，工程类比法确定结构参数，并进行施工阶段和使用阶段的计算分析。

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，分别对施工阶段、使用阶段进行下列计算及验算。

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）结构的安全等级为一级，结构的重要性系数取；
3）结构的裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝。

裂缝宽度限值：迎水面不大于，其他不大于；
4）结构按8度地震设防烈度进行抗震设防，并采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能；
5）结构设计按5级人防的抗力标准进行验算，并在规定的设防位置采取相应的构造措施；
6）结构抗浮验算按最不利情况采用，当不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于；
7）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计算，取其最不利组合进行设计；
8）结构设计应符合结构的实际工作条件和受力状态，切实反映结构与周围地层的相互作用。

五、结构材料及结构尺寸拟定
1、结构材料
顶板、侧墙、端墙、底板、顶、底梁：C40、P10钢筋混凝土；
中板、中梁：C40钢筋混凝土；
中柱：C50钢筋混凝土；边柱C50、P10钢筋混凝土；
钢筋：HPB235、HRB335级钢筋。

2、结构尺寸
顶板：800mm；负一层中板：400mm；负二层中板: 400mm；底板：1000mm。

侧墙：700mm；
端墙：900mm；顶纵梁：1000×2000mm(宽×高)、950×2000mm(宽×高)；负一层中纵梁：1000×1000mm(宽×高)；负二层中纵梁：1000×1000mm(宽×高)；底纵梁: 1000×2200mm，1000mm×2430mm(宽×高)；柱：800×1000mm(宽×高)、1000×1300mm(宽×高)、800×700mm(宽×高)。

六、荷载计算及荷载组合
1、永久荷载
（1）土压力：采用静止土压力，计算如下：
车站顶板覆土厚h=3.5m，土重度γ=20KN/m3,顶板上方垂直土压力
q
土
=hγ×20=70KPa
根据车站结构高度范围内各土层高度和侧压力系数，加权平均值分别为
γ
平
=20KN/m3
λ
平
侧土压力e
1=h
1
λ
平
γ
平
××20=26.6 KPa
侧土压力e
2=h
2
λ
平
γ
平
××
（2）水压力：采用抗浮水位净水压力，抗浮水位在地面以下 6.5m，抗浮水位下的水侧压力
W
1
=(24.12-6.5)×10=176.2 KPa
底板水压力W
2
=(24.12-6.5)×
结构自重：取实际重力，结构重度γ=25KN/m3
设备荷载：q
设备
=8 KPa
人群荷载q
人
=4 KPa
2、可变荷载
地面超载及其引起的侧压力：分别取20KPa和10KPa；
人群荷载：取q
人
=4 KPa；
3、偶然荷载
人防荷载：按5级人防取值,计算如下：
地面空气冲击波超压计算值△
地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间t
2
土的起始压力波速V
0波速比γ
土的峰值压力波速V
1= V
/γ
土的应变恢复比δ
土中压缩波的最大压力P
h =(1-(h/ t
2
/ V
1
)(1-δ)) △Pms
×(1-0.57))××1000=99.0 KPa
防空地下室顶板的核爆动荷载最大压力P
c1=KP
h
=99×1.33=131.67 KPa
土的侧压系数ζ土的底压系数η
土中结构外墙的水平均布核爆动荷载最大压力P
c2=ζP
h
×99=38.61 KPa
（这里P
h
为侧墙中点深度处的值）
土中结构底板上核爆动荷载最大压力P
c3= P
c1
η×0.8=108.5 KPa
顶板结构允许延性比【β】=2
外墙结构允许延性比【β】=2
底板结构允许延性比【β】=2
顶板动力系数K
d1
=2【β】/(2【β
外墙动力系数K
d2
=2【β】/(2【β
底板动力系数K
d3
=2【β】/(2【β
顶板等效静荷载标准值q
e1= K
d1
P
c1
×131.67=175.1 KPa
外墙等效静荷载标准值q
e2= K
d2
P
c2
×38.61=51.35 KPa
底板等效静荷载标准值q
e3= K
d3
P
c3
×108.5=144.3 KPa
地震荷载：按三级抗震等级，8度抗震设防烈度取值。

4、荷载组合：
×××永久荷载+偶然荷载
根据不同的荷载组合采用以上相应的荷载分项系数。

1、计算假定
1）结构纵向取1米作为一个计算单元，作为平面应变问题来近似处理。

2）假定衬砌为小变形弹性梁，并离散为足够多个等厚度直杆梁单元。

3) 用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与围护结构、主体结构的相互约束；
假定弹簧不承受拉力，即不计围岩与结构间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对结构的弹性抗力。

4) 假定围护结构与主体结构之间只传递径向压力。

2、计算图示
人防荷载
土压
八、结构横断面计算
采用SAP2000程序进行计算，根据不同的断面，采用相应的等代框架单元进行建模计算。

车站分2个横断面进行计算，选取抗浮水位作用下的工况，围护结构参与受力，承受侧土压力，主体结构承受水压力。

车站顶部有还建建筑，还建要求规定车站顶部荷载合计不得超过100KN/m，综合考虑施工阶段及运营阶段，车站顶部荷载以100KN/m计。

主体结构侧压力按100×ξ计（ξ为土的侧压力系数）。

1、标准段各组合内力图：
图1 抗浮水位标准组合弯矩（KN*m）图2 抗浮水位标准组合轴力（KN）
图3 抗浮水位标准组合剪力（KN）图4 抗浮水位基本组合弯矩（KN*m）
图5 抗浮水位基本组合轴力（KN）图6 抗浮水位基本组合剪力（KN）
图7 抗浮水位偶然组合弯矩（KN）图8 抗浮水位偶然组合轴力（KN）
图9 抗浮水位偶然组合剪力（KN）1、盾构段各组合内力图：
图10 抗浮水位标准组合弯矩（KN*m）
图11 抗浮水位标准组合轴力（KN）图12 抗浮水位标准组合剪力（KN）
图13 抗浮水位基本组合弯矩（KN*m）图14 抗浮水位基本组合轴力（KN）
图15 抗浮水位基本组合剪力（KN）图16 抗浮水位偶然组合弯矩（KN*m）
图17 抗浮水位偶然组合轴力（KN）图18 抗浮水位偶然组合剪力（KN）
下面列出根据内力计算得出各断面在三种组合下的配筋结果。

计算原则：顶板、中板、底板、侧墙按压弯构件计算。

侧墙负一层
中板支座
1862 1000×700 构造配筋
负二层侧墙
跨中
273 1936 1000×700 构造配筋
侧墙负二层
中板支座
804 2116 1000×700 Φ28
负三层侧墙
跨中
623 2200 1000×700 Φ28
侧墙底板支
座
1654 2278 1000×700 Φ28
注：表中承载力控制配筋对应的荷载组合为基本组合，裂缝宽度控制配筋对应的荷载组合
为标准组合。

九、纵梁结构计算
1、计算原则：选取相邻两个变形缝之间的梁段，按梁柱体系进行计算。

梁按纯弯构件进行配筋计算。

2、荷载取值：梁上荷载选自各个横断面在不同组合下的柱的轴力差产生的等效均布荷
载。

以1～13轴纵梁（取标准段数值）为例：人防组合：顶纵梁等效均布荷载q
1
=2240KN/m，
负一层中纵梁等效均布荷载q
2=131KN/m，负二层中纵梁等效均布荷载q
3
=155KN/m，底纵梁
等效均布荷载q
4=2571KN/m；标准组合：顶纵梁等效均布荷载q
1
=850KN/m，负一层中纵梁等
效均布荷载q
2=150KN/m，负二层中纵梁等效均布荷载q
3
=157KN/m，底纵梁等效均布荷载
q
4
=1200KN/m。

3、以下为各段纵梁内力图：
图19 1～13轴纵梁标准组合弯矩（KN*m）
图20 1～13轴纵梁基本组合弯矩（KN*m）图21 1～13轴纵梁人防组合弯矩（KN*m）图22 13～20轴纵梁标准组合弯矩（KN*m）
图23 13～20轴纵梁基本组合弯矩（KN*m）
图24 13～20轴纵梁人防组合弯矩（KN*m）
根据梁内力进行配筋计算，顶纵梁配筋跨中由人防组合控制支座处由标准组合控制；底纵梁的配筋由标准组合控制；中纵梁的配筋由标准组合控制。

各轴纵梁配筋如下表所示：
4、梁抗剪计算
顶纵梁抗剪计算：经验算由人防控制。

V
MAX
=12060KN,*fc*b*ho×××1000×
1908=13666KN≥12060KN,所以截面合理，V
Ct bh
××1000×≤12060KN所以需按计算配置箍
筋。

采用8肢φ12箍筋，二级钢筋，箍筋截面Asv/S×1000=8.94mm,箍筋间距t=8××12×12/4/8.94=101mm,采用100mm。

底纵梁抗剪计算：经验算由人防控制。

V
MAX
=13040KN,*fc*b*ho××1000×2093=14992KN
≥13040KN,所以截面合理，V
Ct bh
××1000×2093=3758KN≤13040KN所以需按计算配置箍
筋。

采用8肢φ12箍筋，二级钢筋，箍筋截面Asv/S×1000=8.76mm,箍筋间距t=8××12×12/4/8.76=103.2mm,采用100mm。

负一层中纵梁抗剪计算：V
MAX
*fc*b*ho××1000×900=4369KN≥1165KN,所以截面合理，
V Ct bh
××1×≤1165KN，所以需按计算配置箍筋。

采用6肢φ12箍筋，箍筋截面Asv/S×
1000=0.37mm，箍筋间距t=6××12×12/4/0.37=113mm箍筋间距采用100mm。

负二层中纵梁抗剪计算：V
MAX
*fc*b*ho××1000×915=4369KN≥1186 KN,所以截面合理，
V Ct bh
××1×≤1186KN，所以需按计算配置箍筋。

采用6肢φ12箍筋，箍筋截面Asv/S×
1000=0.46mm，箍筋间距采用100mm。

注：纵梁的正、反梁抗剪计算时，均没有考虑翼缘宽度；人防荷载组合作用下材料强度综合调整系数混凝土C55以下为1.5，钢材HPB235级为1.5。

十、结构柱计算
根据各横断面单元计算结果，柱的截面尺寸按轴压比进行拟定。

基本组合下立柱强度检算：立柱最大轴力设计值：N
max =1780×9.75=17355KN≥
c
××1000
×800=16632KN，不满足要求。

在立柱中加设芯柱，可提高轴压比系数0.05经计算，N
max /f
c
≤0.9+0.05,各柱轴压比能满足规范要求。

在此基础上柱按2%的配筋按配筋率进行配筋，C 出入口处人防组合下加设受弯钢筋。

十一、C出入口人防作用下结构计算
图25抗浮水位C口人防组合弯矩图图26 抗浮水位C口人防组合轴力图
图27 抗浮水位C口人防组合剪力图C出入口处人防作用配筋（D~1/C轴跨配筋）
标准段
弯矩
(KN.M)
轴力
（KN）
截面（mm）
按承载力
控制
顶板跨中1321 733 1000×800 Φ28 顶板柱支座733 1000×800 构造配筋顶板墙支座990 643 1000×800 Φ25 底板跨中2194 2488 1000×1000 Φ25 底板柱支座882 2488 1000×1000 Φ25 底板墙支座1920 2488 1000×1000 Φ25
侧墙顶板支
座
1140 1340 1000×700 Φ25 负一层侧墙
跨中
221 1417 1000×700 构造配筋侧墙负一层
中板支座
1008 3075 1000×700 Φ25 负二100 3175 1000×700 构造配筋
层侧墙跨中
侧墙负二层
582 3287 1000×700 Φ25 中板支座
负三
243 3280 1000×700 构造配筋层侧墙跨中
侧墙底板支
1827 3420 1000×700 Φ25 座
注：最终配筋结合C出入口处无人防作用工况综合考虑选取。

C出入口人防作用纵梁计算（14～20轴）
顶纵梁配筋计算（钢筋采用Φ32）
组合类别人防组合
配筋位置截面尺寸弯矩（KN.m）配筋（根数）
14轴支座1000×2000构造配筋
14～15轴跨中1000×200015500
15轴支座1000×200014508
15～16轴跨中1000×20007310
16轴支座1000×200011810
16～17轴跨中1000×2000910515
17轴支座1000×200011410
17～18轴跨中1000×20008125
18轴支座1000×20001189220
18～19轴跨中1000×200010855
19轴支座1000×20004031
19～20轴跨中1000×20005316
20轴支座1000×20001046构造配筋
注：最终配筋结合C出入口处无人防作用工况综合考虑选取。

十二、吊钩及部分中板加强梁计算
1、吊钩计算
根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第10.9.8条规定：在构件的自重标准值作用下，每个吊环按2个截面计算的吊环应力不应大于50N/mm2 （构件自重的动力系数已考虑在内）。

吊环的计算面积=80K N×××1000/50N/mm2=27042
mm,取Φ32并排布置，设计面积为32182
mm。

故直径32的吊钩最大承重为80.45kN（取80kN），双筋并排布置，可满足要求。

同理1t，2t吊钩采用Φ25钢筋。

2、加强梁计算
顶板扶梯吊钩梁计算
×10=75 KN/m
加强梁自重 q2=1*25*0.8*0.8=16 KN/m
取中间跨弯矩进行计算，配置16φ28，满足承载要求，裂缝宽度0.28mm。

中板加强梁 FTL （600mm*600mm，梁跨7m）
×10=75 KN/m
加强梁自重 q2=1*25*0.6*0.6=9 KN/m
取中间跨弯矩进行计算，配置8φ25，满足承载要求，裂缝宽度0.22mm。

中板加强梁 MZAL5 （400mm*500mm，梁跨9.6m）
加强梁自重 q2=1*25*0.4*0.5=5 KN/m
取中间跨弯矩进行计算，配置5φ25，满足承载要求，裂缝宽度0.07mm。

中板加强梁MSAL4（400mm*400mm，梁跨8.2m）
加强梁自重 q2=1*25*0.4*0.4=4 KN/m
板荷载 q3=5.8*5.8*25/8.2=41 KN/m
设备吊装荷载按均布荷载考虑 q4=50 KN/m
设备荷载 q4=5.8*5.8*8/8.2=32.8 KN/m
取中间跨弯矩进行计算，配置12φ25，满足承载要求，裂缝宽度0.267mm。

中板加强梁MSAL4（400mm*400mm，梁跨8.2m）
加强梁自重 q2=1*25*0.4*0.4=4 KN/m
板荷载 q3=5.8*5.8*25/8.2=41 KN/m
设备吊装荷载按均布荷载考虑 q4=50 KN/m
设备荷载 q4=5.8*5.8*8/8.2=32.8 KN/m
取中间跨中弯矩进行计算，配置12φ25，满足承载要求，裂缝宽度0.267mm。

中板加强梁MSZL2（600*600 跨度7米）
加强梁自重 q2=1*25*0.6*0.6=9 KN/m
板荷载 q3=5*5*25/7=41 KN/m
设备吊装荷载按均布荷载考虑 q4=50 KN/m
设备荷载 q4=5.8*5.8*8/8.2=32.8 KN/m
取中间跨弯矩进行计算，配置9φ25，满足承载要求，裂缝宽度0.289mm。