地铁车站主体结构设计Word格式.docx

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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，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。

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（宽×

底纵梁尺寸：

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

重度

弹性反力系数

内摩擦角

内聚力

17.5

250

21

-

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）

跨度L

顶板厚h1

中板厚h2

底板厚h3

墙厚T

中柱

7

0.8

0.5

0.75

0.7

0.8×

表1-3荷载组合表

组合工况

永久荷载

可变荷载

基本组合

1.35（1.0）

1.4×

标准组合

1.0

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=tan245°

-φ2=tan245°

-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×

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×

2.3荷载组合

2.3.1基本组合

q顶板=1.35×

52.5+1.4×

0.7×

20=90.475kN/m2

q中板=1.35×

8+1.4×

4=14.72kN/m2

q底板=1.35×

132.398=178.737kN/m2

4、顶板侧向荷载：

e顶板=1.35×

24.78+0+1.4×

9.44=42.704kN/m2

5、底板侧向荷载：

e底板=1.35×

92.77+132.398+1.4×

9.44=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：

q顶=（1.35×

20）×

7=633.325kN/m

顶板自重：

q自重=1.35×

25×

7=189kN/m

顶纵梁承受的荷载：

q顶总=633.325+189=822.325kN/m

7、中纵梁荷载：

q中=（1.35×

4）×

7=103.04kN/m

0.5×

7=118.125kN/m

q中总=103.04+118.125=221.165kN/m

8、底纵梁荷载：

q底=1.35×

132.398×

7=1251.161kN/m

q自重=1.0×

0.75×

7=131.25kN/m

q底总=1251.161-131.25=1119.91kN/m

2.3.2标准组合

q顶板=1.0×

52.5+1.0×

20=72.5KN/m2

q中板=1.0×

8+1.0×

4=12KN/m2

q底板=1.0×

132.398=132.398kN/m2

e顶板=1.0×

24.78+0+1.0×

9.44=34.22KN/m2

e底板=1.0×

92.77+132.398+1.0×

9.44=234.608kN/m2

q顶=（1.0×

7=507.5kN/m

q自重=1.0×

7=140kN/m

q顶总=507.5+140=647.5kN/m

q中=（1.0×

7=84kN/m

7=87.5kN/m

q中总=84+87.5=171.5kN/m

q底=1.0×

7=926.786kN/m

q底总=926.786-131.25=795.54kN/m

第三章结构内力计算

3.1建模与计算

图3-1结构模型图

模型中各构件单元截面的尺寸特性如表3-1：

表3-1构件单元截面尺寸表

截面面积（b×

h）/m2

惯性矩/m4

单元类型

材料

顶板

1×

0.80

0.04266667

Beam3

C30

中板

0.01041667

底板

0.03515625

侧墙

0.02858333

0.02986667

C40

弹簧

——

Link10

土

3.2基本组合

3.2.1横断面变形图

结构横断面变形图如图3-2。

图3-2基本组合横断面变形图

3.2.2横断面轴力图

结构横断面轴力图如图3-3。

图3-3基本组合横断面轴力图

3.2.3横断面剪力图

结构横断面剪力如图3-4。

图3-4基本组合横断面剪力图

3.2.3横断面弯矩图

结构横断面弯矩如图3-5。

图3-5基本组合横断面弯矩图

3.3标准组合

3.3.1横断面变形图

结构横断面变形图如图3-6。

图3-6标准组合横断面变形图

结构横断面轴力图如图3-7。

图3-7标准组合横断面轴力图

结构横断面剪力如图3-8。

图3-8标准组合横断面剪力图

结构横断面弯矩如图3-9。

图3-9标准组合横断面弯矩图

第四章结构（墙、板、柱）配筋计算

要进行结构断面配筋，选用的弯矩和轴力是在考虑最不利位置处。

对于梁端弯矩采用弯矩调幅系数，弯矩调幅系数是反映连续梁内力重分布能力的参数。

调幅过后实际配筋内力见表4-1

表4-1

构件

弯矩

轴力

剪力

尺寸

顶板上缘

400.98

286.564

387.69

1000*800

顶板下缘

350.032

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