车站结构设计.docx
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车站结构设计
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（超载系数1.1），钢筋混凝土重度，中板人群与设备荷载分别取、。
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1-1地层物理力学参数
编号
重度
弹性反力系数
内摩擦角
内聚力
A1
17
300
20
——
A2
17.5
300
21
——
A3
18
300
22
——
A4
18.5
300
23
——
A5
19
300
24
——
A6
19.5
300
25
——
A7
20
300
26
——
表1-2结构尺寸参数（单位：
m）
编号
跨度L
顶板厚h1
中板厚h2
底板厚h3
墙厚T
中柱
B1
6.5
0.6
0.4
0.6
0.6
0.8×0.8
B2
6.5
0.65
0.4
0.65
0.6
0.8×0.8
B3
6.5
0.7
0.4
0.7
0.6
0.8×0.8
B4
6.5
0.75
0.4
0.75
0.6
0.8×0.8
B5
6.5
0.8
0.4
0.8
0.6
0.8×0.8
B6
7
0.6
0.4
0.65
0.6
0.8×0.8
B7
7
0.65
0.4
0.7
0.6
0.8×0.8
B8
7
0.7
0.4
0.75
0.6
0.8×0.8
B9
7
0.75
0.4
0.8
0.6
0.8×0.8
B10
7
0.8
0.4
0.85
0.6
0.8×0.8
B11
7.5
0.65
0.4
0.7
0.6
0.8×0.8
B12
7.5
0.7
0.4
0.75
0.6
0.8×0.8
B13
7.5
0.75
0.4
0.8
0.6
0.8×0.8
B14
7.5
0.8
0.4
0.85
0.6
0.8×0.8
B15
7.5
0.85
0.4
0.9
0.6
0.8×0.8
B16
8
0.7
0.5
0.75
0.7
0.8×0.8
B17
8
0.7
0.5
0.8
0.7
0.8×0.8
B18
8
0.7
0.5
0.85
0.7
0.8×0.8
B19
8
0.7
0.5
0.9
0.7
0.8×0.8
B20
8
0.7
0.5
0.95
0.7
0.8×0.8
B21
8.5
0.75
0.5
0.75
0.7
0.8×0.8
B22
8.5
0.75
0.5
0.8
0.7
0.8×0.8
B23
8.5
0.75
0.5
0.85
0.7
0.8×0.8
B24
8.5
0.75
0.5
0.9
0.7
0.8×0.8
B25
8.5
0.75
0.5
0.95
0.7
0.8×0.8
B26
9
0.8
0.5
0.75
0.7
0.8×0.8
B27
9
0.8
0.5
0.8
0.7
0.8×0.8
B28
9
0.8
0.5
0.85
0.7
0.8×0.8
B29
9
0.8
0.5
0.9
0.7
0.8×0.8
B30
9
0.8
0.5
0.95
0.7
0.8×0.8
表1-3荷载组合表
组合工况
永久荷载
可变荷载
水土压力
水浮力
人防荷载
地震荷载
基本组合
1.35
1.4
1.35
1.35
0
0
标准组合
1.0
1.0
1.0
1.0
0
0
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：
即,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=1mh=0.65m
2.中板：
C30砼B=1mh=0.4m
3.底板：
C30砼B=1mh=0.65m
4.侧墙：
C30砼B=1mh=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compressiononly，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：
垂直土压力：
顶板垂直荷载设计值为：
（2）中板垂直荷载：
2、侧向荷载
本设计采用水土分算
侧压力系数：
侧墙顶板处压力：
侧墙底处埋深：
侧墙底板处土压力：
水压力：
底板处侧压力：
将荷载乘以各分项系数：
顶板处侧压力设计值：
底板处侧压力设计值：
3、水浮力：
4、纵梁荷载：
顶板垂直荷载设计值：
顶板自重：
纵梁承受的荷载：
5.3荷载标准组合
1.垂直荷载
（1）顶板垂直荷载：
顶板垂直荷载标准值：
中板垂直荷载标准值：
2.侧向荷载
侧墙顶板处侧压力：
侧墙底板处土压力：
水压力：
3.水浮力：
4.纵梁荷载纵梁承受的荷载：
第三章结构内力计算
1、有限元建模
运用ansys计算主体结构横断面的内力
2、计算结果
1基本组合
计算结果如下
图3-1标准断面结构轴力图（基本组合）
图3-2标准断面结构剪力图（基本组合）
图3-3标准断面结构弯矩图（基本组合）
2标准断面结构内力（基本组合）
构件
弯矩/（kN.m）
轴力/kN
剪力/kN
尺寸
顶板上缘
355.57
177.86
403.81
1000650
顶板下缘
303.66
177.86
403.81
1000650
中板上缘
238.53
1060
283.26
1000400
中板下缘
40.32
1060
283.26
1000400
底板上缘
270.95
1010
690.43
1000650
底板下缘
1100
1010
690.43
1000650
侧墙迎土面
1100
630.70
896.3
1000600
侧墙背土面
698.19
630.7
896.3
1000600
中柱
0
940.81
0
800800
表3-1标准断面结构内力表（基本组合）
3标准组合
计算结果如下
图3-4标准断面结构轴力图（标准组合）
图3-5标准断面结构剪力图（标准组合）
图3-6标准断面结构弯矩图（标准组合）
4标准断面结构内力（标准组合）
构件
弯矩/（kN.m）
轴力/kN
剪力/kN
尺寸
顶板上缘
315.16
129.9
321.17
1000650
顶板下缘
225.61
129.9
321.17
1000650
中板上缘
167.1
778.68
211.695
1000400
中板下缘
265.43
778.68
211.695
1000400
底板上缘
245.81
756
374.51
1000650
底板下缘
862.42
756
374.51
1000650
侧墙迎土面
862.42
546.61
672.17
1000600
侧墙背土面
501
546.61
672.17
1000600
中柱
0
762.55
0
800800
表3-2基本断面结构内力表（标准组合）
第四章结构（墙、板、柱）配筋计算
1、车站顶板上缘的配筋计算
截面尺寸
弯
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