车站结构设计

目录

第一章程设计任务概述 (2)

1、课程设计目的 (2)

2、设计规范及参考书 (2)

3、课程设计方案 (2)

3.1方案概述 (2)

3.2主要材料 (5)

4、课程设计基本流程 (5)

第二章平面结构计算简图及荷载计算 (6)

1、中柱的简化 (6)

2、墙和板的简化 (6)

3、截面特性 (6)

4、截面尺寸 (7)

5、荷载计算 (7)

5.1车站横断面计算简图 (7)

5.2荷载基本组合计算 (8)

5.3荷载标准组合计算 (9)

第三章结构内力计算 (10)

1、有限元建模 (10)

2、计算结果 (10)

第四章结构配筋计算 (14)

1、车站顶板上缘的配筋计算 (14)

2、中柱的配筋计算 (17)

3、准截面配筋计算表 (19)

4、配筋图 (20)

第一章 课程设计任务概述

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。 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 ） 3、课程设计方案 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 ，中柱尺寸0.8m ×0.8m ，纵向柱间距8m 。为简化计算，围岩为均一土体，土体参数详见1-2，采用水土分算。路面荷载为

3/20m kN （超载系数1.1），钢筋混凝土重度3/25m kN co =γ，中板人群与设备

荷载分别取3/4m kN 、3/8m 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。

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 地铁车站横断面示意图（单位：mm）

表1-2 结构尺寸参数（单位：m）

表1-3 荷载组合表

3.2 主要材料

1、混凝土：板、墙用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。

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、中柱的简化

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。由于中立柱在纵上的不连续性，将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”内力即为柱的内力并以此来进行配筋及强度验算。本设计中有：12EA EA =,即0.80.88b ⨯=⨯,得b=0.08m.

2、墙和板的简化

由于墙和板在空间是连续结构，取其中心线，平面结构如图2-1。

图2-1平面结构简图（单位mm ）

3、截面特性

计算宽度沿纵向取1米，即B=1米

1.顶板： C30砼 B=1m h=0.65m

2.中板： C30砼 B=1m h=0.4m

3.底板： C30砼 B=1m h=0.65m

4.侧墙： C30砼 B=1m h= 0.6m

5.柱： C40砼 0.8m ×0.8m

6.结构和围岩的相互作用用link10来实现，考虑到土体受力特性（不能受拉），将link10的option选项设置为compression only，B=1m，h=0.745m

4、截面尺寸

平面尺寸的截面尺寸如下2-2

图2-2横断面尺寸图（单位m）

5、荷载计算

5.1车站横断面计算简图

地基对结构的弹性反力用弹簧替代。作用在主体结构上的荷载如下图2-3所示

图2-3 荷载计算简图

5.2荷载基本组合值计算

1、垂直荷载 （1）顶板垂直荷载：

路面均布荷载：kPa q 221.1201=⨯= 垂直土压力：219357i i q h kPa γ==⨯=∑

顶板垂直荷载设计值为：121.4 1.35107.75q q q kPa =⨯+⨯=顶板

（2）中板垂直荷载： =1.44+8=168k a q ⨯

中板（）.P 2、侧向荷载 本设计采用水土分算

24φ=︒ 319/kN m γ= 322/sat kN m γ= 3/10m kN =ωγ

侧压力系数：2

tan (45)0.4222

φ

λ=︒-=