成都地铁车站主体结构计算书.docx
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成都地铁车站主体结构计算书
双林路站主体结构计算书
一、工程概况
双林路站为12m岛式站台，车站总长168.8m。
为双柱双层三跨现浇钢筋混凝土矩形结构。
车站顶面覆土深度为3.5m～4.0m。
车站围护结构采用Φ1200mm的钻孔灌注桩，内衬墙与钻孔灌注桩之间设置柔性防水层，属于重合墙结构。
二、计算依据
1、《成都地铁4号线一期工程详细勘察阶段双林路站岩土工程勘察报告》（送审稿）（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司2010年10月）；
2、《成都地铁4号线一期工程双林路站点管线综合方案设计图（第二版）》（成都市市政工程设计研究院二O一O年九月二日成都）
3、主要采用的国家和地方规范：
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006修订版）
《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）
《地铁设计规范》（GB50157-2003）
《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）
《铁路工程抗震设计规范》（GBJ111-87）
《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）
《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）
《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
三、结构计算原则
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，构件的（结构）重要性系数取1.1；
3）结构构件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0.2mm，其他不大于0.3mm；
4）结构按7度地震烈度进行抗震验算，并在结构设计时采用相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能；（构造措施采用三级框架结构抗震构造）
5）结构设计按六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1.05；（考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于1.2）
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荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计；
8）结构设计应符合结构的实际工作（受力）条件，并反映结构与周围地层的相互作用。
四、计算模型
因车站主体是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向相对尺寸较小。
主体计算取延米结构，作为平面应变问题来近似处理，考虑地层与结构的共同作用，采用荷载－结构模型平面杆系有限元单元法。
计算模型为支承在弹性地基上对称的平面框架结构，框架结构底板下用土弹簧模拟土体抗力，车站结构考虑水平及竖向荷载。
按荷载情况、施工方法，模拟开挖、回筑和使用阶段不同的受力状况，按最不利内力进行计算。
中柱根据等效EA原则换算墙厚。
本站围护桩与主体结构之间设置柔性防水层，按重合墙考虑，即围护结构与内衬墙之间只传递径向压力而不传递切向剪力，SAP计算时，采用二力杆单元来模拟围护桩与内衬墙的这种作用。
车站断面的计算模型如图2-1-1所示。
图2-1-1车站断面计算模型
五、荷载组合与分项系数
5.1、荷载分类
荷载类型
荷载名称
永久荷载
结构自重
地层压力
隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力
静水压力及浮力
预加应力
混凝土的收缩和徐变
设备重量
地层抗力
可变荷载
基本可变荷载
地面车辆荷载及其动力作用
地面车辆荷载引起的侧向土压力
地铁车辆荷载及其动力作用
人群荷载
其他可变荷载
温度变化影响
施工荷载
偶然荷载
地震荷载
沉船、抛锚或河道疏浚产生的冲击力等灾害性荷载
人防荷载
5.2、荷载组合
根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006修订版）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94）和《地铁设计规范》（GB50157-2003）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,由于本站属于盾构过站，根据工期情况，盾构过站时顶板施工荷载及自重直接作用于中板上，计算中考虑施工荷载。
各种荷载组合及分项系数见下表2-3-1。
荷载组合表表2-3-1
荷载种类
组合
永久荷载
可变荷载
人防荷载
地震荷载
基本组合：
永久荷载+基本可变荷载
1.35（1.0）
1.4
准永久组合：
永久荷载+基本可变荷载
1.0
0.5
偶然组合：
永久荷载+地震荷载
1.2（1.0）
1.3
偶然组合：
永久荷载+人防荷载
1.2（1.0）
1.0
施工阶段组合
1.2
1.4
注：
结构重要性系数1.1。
施工阶段重要性系数取0.9.
六车站结构断面计算
6.1结构主要尺寸
断面1—车站标准横断面
断面2—西端头横断面
断面3—东端头横断面
6.2断面1标准段断面计算
6.2.1计算的钻孔资料
计算采用钻孔M4Z3-SLL-013。
相应土层的地质参数如下：
地层编号
岩土名称
天然密度
干密度
天然重度
土的侧压力系数
基床系数
承载力特征值
膨胀力
ρ
ρd
γ
ξ
Kv
Kx
fak
Pe
g/cm3
g/cm3
KN/m3
MPa/m
MPa/m
KPa
Kpa
<1-1>
人工填筑土
1.90
<3-2>
粘土
2.00
1.95
20.0
0.50
56
47
220
75
<3-3>
粉质粘土
1.95
1.90
19.5
0.50
32
30
200
<3-4>
粉土
1.90
1.85
19.0
0.48
12
10
110
<3-5>
细砂
1.80
1.70
18.0
0.40
100
<3-6>
中砂
1.85
1.80
18.5
0.35
70
50
110
<3-8-1>
卵石土（松散）
1.90
1.80
19.0
0.30
75
42
250
<3-8-2>
卵石土（稍密）
2.00
1.90
20.0
0.30
90
50
350
<3-8-3>
卵石土（中密）
2.20
2.10
22.0
0.25
110
70
800
<3-8-4>
卵石土（密实）
2.25
2.15
22.5
0.20
120
95
900
<5-2>
强风化泥岩
2.10
2.00
0.35
60
30
250
<5-3>
中等风化泥岩
2.35
2.20
0.30
140
80
1000
6.2.2计算过程
设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。
根据以往的设计计算经验，对于设防烈度为7度的地下车站，地震荷载不起控制作用；对于按6级人防设防的地下车站，人防荷载不控制作用，控制配筋设计的是施工阶段的强度和运营阶段的裂缝。
本站为盾构过站，补充计算中板完全承担顶板施工荷载的工况。
1、车站标准段为双层三跨框架结构，结构顶板最大覆土取3.5m，结构使用期间的地下水位取4.5m，附加荷载根据车站两边实际情况取值。
2、荷载计算
顶板上土荷载及超载标准值：
FRCST=20×3.5＝70kN/m2；
中板人群及设备荷载：
FMS＝8kN/m2；
人防荷载：
顶板70kN/m2；底板60kN/m2；侧墙30kN/m2；
底板水压力：
FBS＝10×（17.03-4.5）＝125.3kN/m2；
侧墙上部水压力：
FCQS＝0kN/m2；
底板水压力：
FCQX＝10×（17.03-4.5）＝125.3kN/m2；
桩承受土压力：
FCT1＝0.5×70＝35kN/m2；
FCT2＝0.4×（170.3+45）＝86.1kN/m2；
中板板面承受顶板传来的施工荷载：
25kN/m2
3、构件厚度分别为：
顶板0.8m，中板0.4m，底板0.8m，侧墙0.6m，柱子0.8×0.8m（等刚度转化为墙为0.36m），桩径1.2m@2.2m（等刚度转化为墙为0.82m）。
4、荷载信息录入完成后，通过对模型附截面及荷载后，进行程序计算，计算所得内力图如下。
准永久组合弯矩图（kN.m）
承载力极限状态弯矩图（kN）
承载力极限状态剪力图（kN）
承载力极限状态轴力图（kN）
人防荷载状态弯矩图（kN）
中板承担顶板施工荷载时基本组合下弯矩图
中板承担顶板施工荷载时准永久组合下弯矩图
中板承担顶板施工荷载时基本组合下剪力图
中板承担顶板施工荷载时基本组合下轴力图
6.2.3计算结果及配筋
分别取各个构件的不同工况的内力包络进行配筋计算，表中弯矩值为正常使用极限状态的弯矩值，剪力及轴力均为承载能力极限状态的内力值，内力表及根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行的配筋计算结果见下表。
内力表及配筋
构件名称
结构部位
结构尺寸（mm）
弯矩（KN.m）
剪力（KN）
轴力（kN）
配筋
配筋率（％）
裂缝宽度
（mm）
备注
人防组合
基本组合
准永久组合
顶板
跨中
800
604
552
377
62
258
Φ25@150
0.43
0.13
柱支座
435
439
294
560
258
Φ25@150
0.43
0.07
侧墙支座
314
297
198
529
258
Φ25@150
0.43
0.05
中板
跨中
400
19
147
96
25
1171
Φ22@150
0.69
0.05
支座
83
288
189
229
1171
Φ22@150
0.69
0.30
底板
跨中
800
772
720
485
76
1500
Φ25@150
0.43
0.28
柱支座
565
537
361
761
1500
Φ28@150
0.55
0.08
侧墙支座
827
845
569
823
1500
Φ28@150
+Φ22@150
0.87
0.13
侧墙
跨中
600
279
361
229
5
890
Φ22@150
0.45
0.15
顶板支座
384
340
241
257
599
Φ22@150
1.45
0.17
底板支座
718
746
502
856
944
Φ22@150
+Φ28@150
1.17
0.2
注：
1、表中配筋按照裂缝控制；2、底板与侧墙外侧钢筋互相伸入参与对方受力。
2、中板的弯矩、剪力、轴力设计值及标准值为施工阶段组合控制值
6.3断面2西端盾构井横断面计算
6.3.1计算的钻孔资料
计算采用钻孔M4Z3-SLL-003。
相应土层的地质参数如下：
地层编号
岩土名称
天然密度
干密度
天然重度
土的侧压力系数
基床系数
承载力特征值
膨胀力
ρ
ρd
γ
ξ
Kv
Kx
fak
Pe
g/cm3
g/cm3
KN/m3
MPa/m
MPa/m
KPa
Kpa
<1-1>
人工填筑土
1.90
<3-2>
粘土
2.00
1.95
20.0
0.50
56
47
220
75
<3-3>
粉质粘土
1.95
1.90
19.5
0.50
32
30
200
<3-4>
粉土
1.90
1.85
19.0
0.48
12
10
110
<3-5>
细砂
1.80
1.70
18.0
0.40
100
<3-6>
中砂
1.85
1.80
18.5
0.35
70
50
110
<3-8-1>
卵石土（松散）
1.90
1.80
19.0
0.30
75
42
250
<3-8-2>
卵石土（稍密）
2.00
1.90
20.0
0.30
90
50
350
<3-8-3>
卵石土（中密）
2.20
2.10
22.0
0.25
110
70
800
<3-8-4>
卵石土（密实）
2.25
2.15
22.5
0.20
120
95
900
<5-2>
强风化泥岩
2.10
2.00
0.35
60
30
250
<5-3>
中等风化泥岩
2.35
2.20
0.30
140
80
1000
6.3.2计算过程
设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。
根据以往的设计计算经验，对于设防烈度为7度的地下车站，地震荷载不起控制作用；对于按6级人防设防的地下车站，人防荷载不控制作用，控制配筋设计的是施工阶段的强度和运营阶段的裂缝。
1、车站西端为双层三跨框架结构与4号出入口共用一道侧墙，主体与1号风道间未设变形缝，顶板最大覆土取3.5m，结构使用期间的地下水位取4.5m，附加荷载根据车站两边实际情况取值。
2、荷载计算
顶板上土荷载及超载标准值：
FRCST=20×3.5＝70kN/m2；
中板人群及设备荷载：
FMS＝8kN/m2；
人防荷载：
顶板70kN/m2；底板60kN/m2；侧墙30kN/m2；
底板水压力：
FBS＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；
侧墙上部水压力：
FCQS＝0kN/m2；
底板水压力：
FCQX＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；
中板处侧墙水压力：
10×（9.15-4.5）＝46.5kN/m2；
桩承受土压力：
FCT1＝0.5×70＝35kN/m2；
FCT2＝0.4×（173.4+45）＝87.36kN/m2；
FCT2＝0.4×（91.5+45）＝55kN/m2；
板板面承受顶板传来的施工荷载：
30kN/m2
3、构件厚度分别为：
顶板0.8m，中板0.4m，底板0.8m，侧墙0.7m，柱子0.8×0.8m（等刚度转化为墙为0.36m），桩径1.2m@2.0m（等刚度转化为墙为0.85m），4号出入口与主体共用侧墙处顶、底板厚0.8m、0.7m，侧墙厚0.6m，1号风道顶、底板厚0.8m、0.7m，侧墙厚0.6m。
4、荷载信息录入完成后，通过对模型附截面及荷载后，进行程序计算，计算所得内力图如下。
准永久组合弯矩图（kN.m）
承载力极限状态弯矩图（kN）
承载力极限状态剪力图（kN）
承载力极限状态轴力图（kN）
人防荷载状态弯矩图（kN）
6.3.3计算结果及配筋
分别取各个构件的不同工况的内力包络进行配筋计算，表中弯矩值为正常使用极限状态的弯矩值，剪力及轴力均为承载能力极限状态的内力值，内力表及根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行的配筋计算结果见下表。
内力表及配筋
构件名称
结构部位
结构尺寸（mm）
弯矩（KN.m）
剪力（KN）
轴力（kN）
配筋
配筋率（％）
裂缝宽度
（mm）
备注
人防组合
基本组合
准永久组合
顶板
跨中
800
893
943
627
0
452
Φ32@150
0.71
0.23
柱支座
516
89
67
544
452
Φ32@150
0.71
0.01
侧墙支座
1314
1261
1125
900
452
Φ32@150
+Φ25@150
1.19
0.20
中板
跨中
400
52
122
92
0
662
中板配筋由施工工况控制，此处配筋按断面三中板执行。
支座
93
306
201
67
662
底板
跨中
800
957
930
621
0
1323
Φ32@150
0.71
0.23
柱支座
974
1339
887
843
1323
Φ32@150
+Φ25@150
1.15
0.19
侧墙支座
885
332
237
966
1323
Φ32@150
+Φ25@150
1.15
0.20
侧墙
跨中
700
272
385
258
0
1339
Φ22@150
1.15
0.13
顶板支座
131
364
238
156
1816
Φ25@150
0.49
0.06
底板支座
802
425
237
293
1452
Φ25@150
0.49
0.08
4号出入口顶板
跨中
800
660
546
366
0
295
Φ28@150
0.54
0.10
支座
1126
1223
813
751
295
Φ32@100
1.04
0.19
4号出入口底板
跨中
700
40
352
235
0
25
Φ28@150
0.62
0.05
支座
385
369
246
822
25
Φ28@150
0.62
0.06
4号出入口侧墙
跨中
600
27
63
14
0
644
Φ22@150
0.45
0.01
支座
483
311
265
514
680
Φ25@150
0.58
0.13
1号风道顶板
跨中
800
416
284
192
0
347
Φ28@150
0.54
0.04
支座
935
1066
708
649
347
Φ32@100
1.04
0.15
1号风道底板
跨中
700
297
304
197
0
25
Φ28@150
0.62
0.04
支座
232
195
131
327
25
Φ28@150
0.62
0.03
1号风道侧墙
跨中
600
94
52
36
0
330
Φ22@150
0.45
0.01
支座
411
365
225
358
590
Φ22@150
0.58
0.13
注：
1、表中配筋按照裂缝控制；
2、中板的弯矩、剪力、轴力设计值及标准值为施工阶段组合控制值
6.4断面3东端盾构井段断面计算
6.4.1计算的钻孔资料
计算采用钻孔M4Z3-SLL-013。
相应土层的地质参数如下：
地层编号
岩土名称
天然密度
干密度
天然重度
土的侧压力系数
基床系数
承载力特征值
膨胀力
ρ
ρd
γ
ξ
Kv
Kx
fak
Pe
g/cm3
g/cm3
KN/m3
MPa/m
MPa/m
KPa
Kpa
<1-1>
人工填筑土
1.90
<3-2>
粘土
2.00
1.95
20.0
0.50
56
47
220
75
<3-3>
粉质粘土
1.95
1.90
19.5
0.50
32
30
200
<3-4>
粉土
1.90
1.85
19.0
0.48
12
10
110
<3-5>
细砂
1.80
1.70
18.0
0.40
100
<3-6>
中砂
1.85
1.80
18.5
0.35
70
50
110
<3-8-1>
卵石土（松散）
1.90
1.80
19.0
0.30
75
42
250
<3-8-2>
卵石土（稍密）
2.00
1.90
20.0
0.30
90
50
350
<3-8-3>
卵石土（中密）
2.20
2.10
22.0
0.25
110
70
800
<3-8-4>
卵石土（密实）
2.25
2.15
22.5
0.20
120
95
900
<5-2>
强风化泥岩
2.10
2.00
0.35
60
30
250
<5-3>
中等风化泥岩
2.35
2.20
0.30
140
80
1000
6.4.2计算过程
设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。
根据以往的设计计算经验，对于设防烈度为7度的地下车站，地震荷载不起控制作用；对于按6级人防设防的地下车站，人防荷载不控制作用，控制配筋设计的是施工阶段的强度和运营阶段的裂缝。
本站为盾构过站，补充计算中板完全承担顶板施工荷载的工况。
1、车站东端盾构井段为双层三跨框架结构，结构顶板最大覆土取3.5m，结构使用期间的地下水位取4.5m，附加荷载根据车站两边实际情况取值。
2、荷载计算
顶板上土荷载及超载标准值：
FRCST=20×3.5＝70kN/m2；
中板人群及设备荷载：
FMS＝8kN/m2；
人防荷载：
顶板70kN/m2；底板60kN/m2；侧墙30kN/m2；
底板水压力：
FBS＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；
侧墙上部水压力：
FCQS＝0kN/m2；
底板水压力：
FCQX＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；
中板处侧墙水压力：
10×（9.15-4.5）＝46.5kN/m2；
桩承受土压力：
FCT1＝0.5×70＝35kN/m2；
FCT2＝0.4×（173.4+45）＝87.36kN/m2；
FCT2＝0.4×（91.5+45）＝55kN/m2；
中板板面承受顶板传来的施工荷载：
30kN/m2
3、构件厚度分别为：
顶板0.8m，中板0.4m，底板0.8m，侧墙0.6m，柱子0.8×0.8m（等刚度转化为墙为0.36m），桩径1.2m@2.2m（等刚度转化为墙为0.82m）。
4、荷载信息录入完成后，通过对模型附截面及荷载后，进行程序计算，计算所得内力图如下。
准永久弯矩图（kN.m）
承载力极限状态弯矩图（kN）
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