一个地铁车站工程的计算例子

1计算荷载、计算模型及计算内容

1.1计算荷载

1.结构自重：按结构的实际重量计，钢筋混凝土容重取25kN/m3，装修层容重取22kN/m3；在

进行荷载基本组合时作为恒荷载考虑；

2.顶板覆土荷载：覆土厚度按实计算，根据路面标高情况分

3.8m和3.5m两种厚度，容重取

20kN/m3，在进行荷载基本组合时作为恒荷载考虑；

3.顶板地面超载20kN/m，盾构吊出段30kN/m；在进行荷载基本组合时作为活荷载考虑并考虑

超载引起的附加土压力；

4.公共区活载标准值按4kPa计，楼梯活载标准值按4kPa计，设备区恒载按8kPa计；

5.侧向水压力具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行荷载基本组合时作为恒荷

载考虑；

6.侧向土压力作用在地下连续墙上，具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行荷

载基本组合时作为恒荷载考虑；

7.底板水压力荷载，具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行荷载基本组合时作

为恒荷载考虑；由于底板上的其他行人荷载对底板受力有利，同时这些荷载不起主要作用，因此不予考虑。

8.人防荷载及地震荷载：按规范要求取。

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）、《轨道交通工程人民防空设计规范》（RFJ02-2009）和《地下铁道设计规范》（GB 50157-2003）的规定，按结构在施工阶段和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。

注：括号内数值为抗浮工况

在对主体结构进行承载力验算时，采用基本组合结果进行验算；对结构进行裂缝验算时，采用准永久组合进行验算。

1.2计算模型

本计算书采用通用空间有限元分析软件MIDAS进行计算分析。

1.沿车站纵向取一米，按平面框架结构进行计算，荷载作用于框架构件轴线；

2.考虑围护结构与主体结构的共同作用，两者之间用只承受压力的连杆相连，当连杆受拉则自

动失效；

3.按实际情况考虑施工阶段与正常使用阶段两种工况。施工阶段中，底板设置泄水孔而无水压

力，侧向水土压力作于围护结构，然后传至主体结构；正常使用阶段底板泄水孔封闭而产生水压力，侧向水压力作于主体结构侧墙，土压力作用于围护结构。对于盾构端，除考虑正常使用工况外，按实际情况考虑盾构吊出阶段工况，盾构吊出阶段底板未封闭，侧向水压力压力均作用于围护结构。

4.采用地层弹簧模拟地层反力，弹簧刚度=基床系数×分段长度。

1.3计算内容

计算内容包括各断面的内力计算、配筋验算，梁、柱、板的内力计算、配筋验算，抗浮验算等。

本计算书将对3个断面进行计算，包括标准断面（5轴，覆土厚度3.8m）、标准断面（22轴，覆土厚度3.5m），端头井断面（2轴，覆土厚度3.8m），其中标准断面计算全水头工况、抗浮工况、施工工况；盾构井计算盾构吊出阶段与正常使用阶段工况。

2单柱双跨标准段（轴5）计算（覆土厚度3.8m）

2.1计算模型

取5轴处标准断面纵向1m长度进行计算，顶、底板及侧墙用实际厚度，中柱不连续采用刚度等效的墙简化计算（柱子截面bxh=1.3mx0.7m，标准柱跨L=9.8m，），其厚度满足：

2

1

/EI

L

EI=，

故3

2

2

3

1

1

/h

b

L

h

b=，3

2

3

1

1

2

)

/(b

L

h

b

h⨯

==0.357m。式中12

I I

，分别为简化前后中柱抗弯模量。

图2.1-1 标准段框架简图

地质参数取自《*******工程勘察报告》（2013年8月）。地质钻孔取有代表性且较为不利的MZSZ3-KD-16及MZSZ3-KD-17，岩土层顶面标高、埋深及厚度取上述钻孔土层厚度平均值，用该厚度对土层厚度、静止土压力力系数求加权平均，简化为均匀土层计算土侧压力。计算如下表2.1-1：

岩土分层岩土分层天然密度

ρ（g/cm3）

基坑以上

平均层厚

m

竖向基床

系数

(MPa/m)

静止土压

力系数

○11人工填土 1.9 2.6 0.72 4-2A 淤泥 1.46 1.5 0.8 4N-1 软塑粘性土 1.84 2.2 0.55 4N-2 可塑粘性土 1.83 2.4 0.5 3-2 中粗砂层 1.9 2.4 0.3 5H-1 可塑状粘性

土

1.88

2.8 0.48

5H-2 硬塑状粘性

土

1.9

2.69 21 0.45

加权平均 1.839 21 0.53

计算水位：使用阶段按设计地坪标高取值；施工工况按水位-2.0m（至地面距离）考虑，施工工况底板泄水孔未封闭，故底板未有水浮力。标准段主体结构顶板距离地表按路面标高分为3.8及3.5mm。覆土厚度3.8m断面结构外荷载计算如下表2.1-2~3：

序号荷载荷载值单位备注

1 顶板覆土荷载76 kN/m q=hγ=20*3.8=76

2 顶板处土侧压力（3.8+0.4）18.7 kN/m q=0

'hk

γ=8.39*4.2*0.53=18.7 3 底板处土侧压力（3.8+0.4+12.56+0.45）76.5 kN/m q=0

'hk

γ=8.39*17.21*0.53=76.5

4 顶板处水侧压力（3.8+0.4）42 kN/m q=hγ=10*4.2=42

5 底板处水侧压力（3.8+0.4+12.56+0.45）172.1 kN/m q=hγ=10*17.21=172.1

6 底板水浮力（3.8+0.4+12.56+0.45）172.1 kN/m q=hγ=10*17.21=172.1

7 顶板超载20 kN/m 抗浮工况时取0

8 侧墙超载10.6 kN/m q=0

qk=20*0.53=10.6

9 中板恒载8 kN/m

10 中板活载 4 kN/m 抗浮工况时取0

序号荷载荷载值单位备注

1 顶板覆土荷载76 kN/m q=hγ=20*3.8=76

2 顶板处土侧压力（3.8+0.4）18.7 kN/m q=0

'hk

γ=8.39*4.2*0.53=18.7 3 底板处土侧压力（3.8+0.4+12.56+0.45）76.5 kN/m q=0

'hk

γ=8.39*17.21*0.53=76.5

4 顶板处水侧压力22 kN/m q=hγ=10*2.2=22

5 底板处水侧压力152.1 kN/m q=hγ=10*15.21=152.1

6 底板水浮力0 kN/m

7 顶板超载20 kN/m

8 侧墙超载10.6 kN/m q=0

qk=20*0.53=10.6