地铁车站主体结构设计

地铁车站主体结构设计

（地下矩形框架结构）

西南交通大学地下工程系

目录

第一章课程设计任务概述 (2)

1.1 课程设计目的 (2)

1.2 设计规范及参考书 (3)

1.3 课程设计方案 (3)

1.4 课程设计的基本流程 (5)

第二章平面结构计算简图及荷载计算 (5)

2.1平面结构计算简图 (5)

2.2.荷载计算 (6)

2.3荷载组合 (7)

第三章结构内力计算 (10)

3.1建模与计算 (10)

本课程设计采用ANSYS进行建模与计算，结构模型如下图： (10)

3.2基本组合 (11)

3.2 标准组合 (15)

第四章结构（墙、板、柱）配筋计算 (20)

4.1 车站顶板上缘的配筋计算 (20)

4.2 负一层中柱配筋计算 (25)

4.3 顶纵梁上缘的配筋计算 (26)

4.4 顶纵梁上缘裂缝宽度验算 (28)

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、荷载分类及荷载的组合方式、弹性反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、《地铁设计规范》

2、《建筑结构荷载规范》

3、《混凝土结构设计规范》

4、《地下铁道》（高波主编，西南交通大学出版社）

5、《混凝土结构设计原理》教材

6、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 1.3.1方案概述

某地铁车站采用明挖法施工，结构为矩形框架结构，结构尺寸参数详见表1-1。车站埋深3m ，地下水位距地面3m ，中柱截面的横向（即垂直于车站纵向）尺寸固定为0.8m （如图1-1标注），纵向柱间距8m 。为简化计算，围岩为均一土体，土体参数详见表1-2，采用水土分算。路面荷载为2/20m kN ，钢筋混凝土重度3/25m kN co =γ，中板人群与设备荷载分别取2/4m kN 、2/8m kN 。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。

纵向（纵梁）计算要求分别计算顶纵梁、中纵梁、底纵梁受力及其配筋。顶纵梁尺寸：1000mm ×1800mm （宽×高）；中纵梁尺寸：1000mm ×1000mm （宽×高）；底纵梁尺寸：1000mm ×2100mm （宽×高）。

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、梁、柱的配筋。

图 1-1 地铁车站横断面示意图（单位：mm）

本人所做的计算工况是A2,B26，查表可得其地层物理力学参数如表1-1所示,结构尺寸参数如表1-2所示，荷载组合如表1-3所示。

表1-1 地层物理力学参数

注：饱和重度统一取“表中重度+3”

表1-2 结构尺寸参数（单位：m）

表1-3 荷载组合表

注：括号中数值为荷载有利时取值。

1.3.2主要材料

1、混凝土：墙、板、梁用C30，柱子C40；弹性模量和泊松比查规范。

2、钢筋根据《混凝土结构设计规范》选用。

1.4 课程设计的基本流程

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静止土压力公式。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弹簧，满足温克尔假定，且只能受压不能受拉，即弹簧轴力为正时，应撤掉该“弹性链杆”重新计算。另要求计算结果必须包括结构变形、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）的裂缝宽度是否通过？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、完成计算书

第二章平面结构计算简图及荷载计算2.1平面结构计算简图

地基对结构的弹性反力用弹簧代替，结构纵向长度取1米，采用水土分算，其平面结构计算简图，如图2-1所示。

图2-1

2.2.荷载计算

2.2.1垂直荷载

1、顶板垂直荷载：顶板垂直荷载由路面荷载和垂直土压力组成。

路面荷载：q1=20kPa

垂直土压力由公式q2=∑γiℎi , 可得q2=17.5×3=52.5kN/m3 2、中板垂直荷载：

中板人群荷载：q3=4kN/m2

设备荷载：q4=8kN/m2

3、底板垂直荷载：

底板处水浮力：q5=9.8×13.51=132.398kN/m2

2.2.2侧向荷载

1、侧向土压力：

土的浮重度γ′=γsat−γw=17.5+3−9.8=10.7kN/m3

侧向压力系数λ=tan2(45°−φ

2)=tan2(45°−21°

2

)=0.472

土压力在顶板产生的侧向土压力：e1=0.472×52.5=24.78kN/m2

土压力在底板产生的侧向土压力：

e2=0.472×(52.5+10.7×13.51)=92.77kN/m2路面荷载在顶板产生的侧向压力e3=0.472×20=9.44kN/m2

路面荷载在底板产生的侧向压力e4=0.472×20=9.44kN/m2

2、侧向水压力

侧墙顶板处的水压力为零。

侧墙底板处的水压力：e5=9.8×13.51=132.398kN/m2

2.3荷载组合

2.3.1 基本组合

1、顶板垂直荷载：

=1.35×52.5+1.4×0.7×20=90.475kN/m2

q

顶板

2、中板垂直荷载：

=1.35×8+1.4×0.7×4=14.72kN/m2

q

中板

3、底板垂直荷载：

=1.35×132.398=178.737kN/m2

q

底板

4、顶板侧向荷载：

=1.35×(24.78+0)+1.4×0.7×9.44=42.704kN/m2 e

顶板

5、底板侧向荷载：

=1.35×(92.77+132.398)+1.4×0.7×9.44

e

底板

=313.228kN/m2

6、顶纵梁荷载：

纵梁计算位置考虑最不利位置，取纵梁两侧相邻顶板半跨荷载之和，即纵梁荷载为两个半跨顶板上的荷载及顶板自重之和。

顶板垂直荷载设计值：