北京地铁八号线二期工程鼓楼大街站主体结构计算书.docx
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北京地铁八号线二期工程鼓楼大街站主体结构计算书
设计证书号：
A112000056工程号：
2008（三）第02号
计算书
项目名称：
北京地铁八号线二期工程
鼓楼大街站主体结构
设计阶段：
施工设计
专业：
结构
计算：
徐骞
校核：
王庆礼
审定：
李立
中铁隧道勘测设计院有限公司
2010年06月
鼓楼大街站主体结构计算书
一、车站工程及地质概况
鼓楼大街站位于旧鼓楼大街道路下方，南北走向。
车站为明挖三层框架结构，支护结构体系采用800mm厚地下连续墙和内支撑。
车站长164.4m,标准段宽22.7m，高20.61m。
标准段底板埋深24.12m。
车站标准段为双柱三跨。
结构上覆土以杂填土①1、粉土填土①为主；车站主体主要位于细粉砂③3、粉细砂④4、细砂⑦4、粉质粘土⑥、⑥1、⑥2和中细砂⑨中；基底为粉土⑧2层与中细砂⑨4层。
该段地层无不良地质作用。
本场地赋存3层地下水，第一层：
上层滞水，静止水位埋深5.30米，该层水不连续。
第二层：
层间滞留水，静止水位埋深12.80～15.40米，该层水水量较小，不连续。
第三层：
潜水，静止水位埋深27.00～28.10米，该含水层连续，水量丰富。
抗浮设防水位按40.0m考虑，即地面以下约6.5m。
二、相关的国家标准与规范：
（1）《地铁设计规范》（GB50157-2003）
（2）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）
（3）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50086-2001）
（4）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）
（5）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）2006年版
（6）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）2008修订版
（7）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2008）
（8）《人民防空地下室设计规范》（GB50038-2005）
三、结构设计标准
（1）车站主体结构工程的设计使用年限为100年。
（2）工程结构的安全等级为一级，构件重要性系数取1.1。
（3）地铁的地下通道、通风亭均按一级耐火等级设计。
（4）车站防水等级均为一级。
（5）人防等级按5级设防。
（6）结构按8度抗震设防烈度进行抗震验算，梁柱连接节点按抗震等级三级采取构造措施，其他墙板连接节点按抗震等级三级采取构造措施。
（7）二衬混凝土裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝，裂缝宽度控制标准：
迎土面≤0.2mm，其余≤0.3mm。
（8）结构抗浮安全系数不计侧壁摩阻力≥1.05，计侧壁摩阻力≥1.15。
四、结构计算原则
结构设计考虑地质条件、埋设深度、荷载、结构形式、施工工序等因素，按照信息化进行结构设计，工程类比法确定结构参数，并进行施工阶段和使用阶段的计算分析。
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，分别对施工阶段、使用阶段进行下列计算及验算。
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，结构的重要性系数取1.1；
3）结构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8度地震设防烈度进行抗震设防，并采取相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能；
5）结构设计按5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；
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计算，取其最不利组合进行设计；
8）结构设计应符合结构的实际工作条件和受力状态，切实反映结构与周围地层的相互作用。
五、结构材料及结构尺寸拟定
1、结构材料
顶板、侧墙、端墙、底板、顶、底梁：
C40、P10钢筋混凝土；
中板、中梁：
C40钢筋混凝土；
中柱：
C50钢筋混凝土；边柱C50、P10钢筋混凝土；
钢筋：
HPB235、HRB335级钢筋。
2、结构尺寸
顶板：
800mm；负一层中板：
400mm；负二层中板:
400mm；底板：
1000mm。
侧墙：
700mm；端墙：
900mm；顶纵梁：
1000×2000mm（宽×高）、950×2000mm（宽×高）；负一层中纵梁：
1000×1000mm（宽×高）；负二层中纵梁：
1000×1000mm（宽×高）；底纵梁:
1000×2200mm，1000mm×2430mm（宽×高）；柱：
800×1000mm（宽×高）、1000×1300mm（宽×高）、800×700mm（宽×高）。
六、荷载计算及荷载组合
1、永久荷载
（1）土压力：
采用静止土压力，计算如下：
车站顶板覆土厚h=3.5m，土重度γ=20KN/m3,顶板上方垂直土压力
q土=hγ=3.5×20=70KPa
根据车站结构高度范围内各土层高度和侧压力系数，加权平均值分别为
γ平=20KN/m3
λ平=0.38
侧土压力e1=h1λ平γ平=3.5×0.38×20=26.6KPa
侧土压力e2=h2λ平γ平=24.12×0.38×20=183.3KPa
（2）水压力：
采用抗浮水位净水压力，抗浮水位在地面以下6.5m，抗浮水位下的水侧压力
W1=（24.12-6.5）×10=176.2KPa
底板水压力W2=（24.12-6.5）×10=176.2KPa
结构自重：
取实际重力，结构重度γ=25KN/m3
设备荷载：
q设备=8KPa
人群荷载q人=4KPa
2、可变荷载
地面超载及其引起的侧压力：
分别取20KPa和10KPa；
人群荷载：
取q人=4KPa；
3、偶然荷载
人防荷载：
按5级人防取值,计算如下：
地面空气冲击波超压计算值△Pms=0.1MPa
地面空气冲击波按等冲量简化的等效作用时间t2=0.78S
土的计算深度h=3.5m
土的起始压力波速V0=348.6m/s
波速比γ=1.5
土的峰值压力波速V1=V0/γ=500/1.5=186.3m/s
土的应变恢复比δ=0.57
土中压缩波的最大压力Ph=（1-（h/t2/V1）（1-δ））△Pms
=（1-3.5/0.78/186.3×（1-0.57））×0.1×1000=99.0KPa
顶板核爆动荷载综合反射系数K=1.33
防空地下室顶板的核爆动荷载最大压力Pc1=KPh=99×1.33=131.67KPa
土的侧压系数ζ=0.39
土的底压系数η=0.8
土中结构外墙的水平均布核爆动荷载最大压力Pc2=ζPh=0.39×99=38.61KPa
（这里Ph为侧墙中点深度处的值）
土中结构底板上核爆动荷载最大压力Pc3=Pc1η=131.67×0.8=108.5KPa
顶板结构允许延性比【β】=2
外墙结构允许延性比【β】=2
底板结构允许延性比【β】=2
顶板动力系数Kd1=2【β】/（2【β】-1）=1.33
外墙动力系数Kd2=2【β】/（2【β】-1）=1.33
底板动力系数Kd3=2【β】/（2【β】-1）=1.33
顶板等效静荷载标准值qe1=Kd1Pc1=1.33×131.67=175.1KPa
外墙等效静荷载标准值qe2=Kd2Pc2=1.33×38.61=51.35KPa
底板等效静荷载标准值qe3=Kd3Pc3=1.33×108.5=144.3KPa
地震荷载：
按三级抗震等级，8度抗震设防烈度取值。
4、荷载组合：
基本组合：
1.35×永久荷载+1.4×可变荷载；标准组合：
永久荷载+可变荷载；偶然组合：
1.2×永久荷载+偶然荷载
根据不同的荷载组合采用以上相应的荷载分项系数。
七.计算模型
1、计算假定
1）结构纵向取1米作为一个计算单元，作为平面应变问题来近似处理。
2）假定衬砌为小变形弹性梁，并离散为足够多个等厚度直杆梁单元。
3）用布置于各节点上的弹簧单元来模拟围岩与围护结构、主体结构的相互约束；假定弹簧不承受拉力，即不计围岩与结构间的粘结力；弹簧受压时的反力即为围岩对结构的弹性抗力。
4）假定围护结构与主体结构之间只传递径向压力。
2、计算图示
八、结构横断面计算
采用SAP2000程序进行计算，根据不同的断面，采用相应的等代框架单元进行建模计算。
车站分2个横断面进行计算，选取抗浮水位作用下的工况，围护结构参与受力，承受侧土压力，主体结构承受水压力。
车站顶部有还建建筑，还建要求规定车站顶部荷载合计不得超过100KN/m，综合考虑施工阶段及运营阶段，车站顶部荷载以100KN/m计。
主体结构侧压力按100×ξ计（ξ为土的侧压力系数）。
1、标准段各组合内力图：
图1抗浮水位标准组合弯矩（KN*m）
图2抗浮水位标准组合轴力（KN）
图3抗浮水位标准组合剪力（KN）
图4抗浮水位基本组合弯矩（KN*m）
图5抗浮水位基本组合轴力（KN）
图6抗浮水位基本组合剪力（KN）
图7抗浮水位偶然组合弯矩（KN）
图8抗浮水位偶然组合轴力（KN）
图9抗浮水位偶然组合剪力（KN）
1、盾构段各组合内力图：
图10抗浮水位标准组合弯矩（KN*m）
图11抗浮水位标准组合轴力（KN）
图12抗浮水位标准组合剪力（KN）
图13抗浮水位基本组合弯矩（KN*m）
图14抗浮水位基本组合轴力（KN）
图15抗浮水位基本组合剪力（KN）
图16抗浮水位偶然组合弯矩（KN*m）
图17抗浮水位偶然组合轴力（KN）
图18抗浮水位偶然组合剪力（KN）
下面列出根据内力计算得出各断面在三种组合下的配筋结果。
计算原则：
顶板、中板、底板、侧墙按压弯构件计算。
基本组合与标准组合配筋计算
标准段
弯矩（KN.M）
轴力（KN）
截面（mm）
按承载力控制
按裂缝宽度控制
裂缝宽度（mm）
顶板跨中
395
277
1000×800
7Φ25
0.18
顶板柱支座
290
277
1000×800
7Φ25
0.16
顶板墙支座
659
277
1000×800
4Φ25+5Φ22
0.178
底板跨中
525
604
1000×1000
7Φ25
0.193
底板柱支座
410
604
1000×1000
7Φ25
0.181
底板墙支座
845
604
1000×1000
5Φ25+5Φ22
0.193
侧墙顶板支座
466
277
1000×700
5Φ25+5Φ22
0.178
负一层侧墙跨中
12.5
510
1000×700
构造配筋
负一层侧墙中板支座
215
666
1000×700
4Φ25
0.16
负二层侧墙跨中
190
725
1000×700
5Φ25
0.16
负二层侧墙中板支座
407
847
1000×700
7Φ25
0.2
负三层侧墙跨中
265
892
1000×700
6Φ22
0.17
侧墙底板支座
694
1007
1000×700
7Φ22+7Φ25
0.158
负一层板跨中
46
764
1000×400
4Φ18
负一层板柱支座
42
764
1000×400
4Φ18
负一层板墙支座
126
771
1000×400
5Φ18
0.25
负二层板跨中
46
1612
1000×400
4Φ18
负二层板柱支座
53
971
1000×400
4Φ18
负二层板墙支座
65
1613
1000×400
4Φ18
盾构段
弯矩（KNM）
轴力（KN）
截面（mm）
按承载力控制
按裂缝宽度控制
裂缝宽度（mm）
顶板跨中
626
320
1000×800
9Φ28
0.25
顶板柱支座
384
320
1000×800
7Φ25
0.183
顶板墙支座
680
320
1000×700
7Φ28+7Φ25
0.176
底板跨中
713
2241
1000×1000
6Φ28
0.22
底板柱支座
620
2241
1000×1000
5Φ28
0.18
底板墙支座
1291
2241
1000×1000
7Φ28+7Φ25
0.18
侧墙顶板支座
456
320
1000×800
7Φ28
0.18
侧墙负一层跨中
32
664
1000×700
构造配筋
侧墙负一层中板支座
210
804
1000×700
5Φ28
0.14
侧墙负二层跨中
143
842
1000×700
4Φ25
0.156
侧墙负二层中板支座
604
1020
1000×700
7Φ28+4Φ22
0.132
侧墙负三层跨中
470
1071
1000×700
7Φ25
0.247
侧墙底板支座
1005
1196
1000×700
7Φ28+10Φ25
0.187
负一层中板跨中
61
656
1000×400
4Φ18
负一层中板柱支座
67
656
1000×400
4Φ18
0.21
负一层中板墙支座
154
656
1000×400
7Φ18
0.24
负二层中板跨中
63
1912
1000×400
4Φ18
负二层板柱支座
79
1912
1000×400
5Φ18
0.24
负二层板墙支座
174.8
1914
1000×400
7Φ18
0.255
人防组合配筋计算
标准段
弯矩（KN.M）
轴力（KN）
截面（mm）
按承载力控制
顶板跨中
1082
643
1000×800
7.6Φ25
顶板柱支座
473
643
1000×800
3.2Φ25
顶板墙支座
1137
643
1000×800
8Φ25
底板跨中
1166
2396
1000×1000
6.4Φ25
底板柱支座
818
2397
1000×1000
4.4Φ25
底板墙支座
1344
2397
1000×1000
7.4Φ25
侧墙顶板支座
1308
1318
1000×700
10.8Φ25
负一层侧墙跨中
65.3
1365
1000×700
构造配筋
侧墙负一层中板支座
278.5
1499
1000×700
构造配筋
负二层侧墙跨中
323
1563
1000×700
构造配筋
侧墙负二层中板支座
555
1720
1000×700
4.4Φ25
负三层侧墙跨中
348
1778
1000×700
构造配筋
侧墙底板支座
1171
1851
1000×700
9.6Φ25
盾构段
弯矩
（KN.M）
轴力
（KN）
截面（mm）
按承载力控制
顶板跨中
1673
845
1000×800
9.5Φ28
顶板柱支座
986
845
1000×800
5.4Φ28
顶板墙支座
1777
845
1000×800
8.8Φ28
底板跨中
1829
2913
1000×1000
5.6Φ28
底板柱支座
1794
2913
1000×1000
5.5Φ28
底板墙支座
1884
2914
1000×1000
5.9Φ28
侧墙顶板支座
1890
1612
1000×700
11.7Φ28
负一层侧墙跨中
131.7
1665
1000×700
构造配筋
侧墙负一层中板支座
255.3
1862
1000×700
构造配筋
负二层侧墙跨中
273
1936
1000×700
构造配筋
侧墙负二层中板支座
804
2116
1000×700
3.8Φ28
负三层侧墙跨中
623
2200
1000×700
2.6Φ28
侧墙底板支座
1654
2278
1000×700
9.5Φ28
注：
表中承载力控制配筋对应的荷载组合为基本组合，裂缝宽度控制配筋对应的荷载组合为标准组合。
九、纵梁结构计算
1、计算原则：
选取相邻两个变形缝之间的梁段，按梁柱体系进行计算。
梁按纯弯构件进行配筋计算。
2、荷载取值：
梁上荷载选自各个横断面在不同组合下的柱的轴力差产生的等效均布荷载。
以1～13轴纵梁（取标准段数值）为例：
人防组合：
顶纵梁等效均布荷载q1=2240KN/m，负一层中纵梁等效均布荷载q2=131KN/m，负二层中纵梁等效均布荷载q3=155KN/m，底纵梁等效均布荷载q4=2571KN/m；标准组合：
顶纵梁等效均布荷载q1=850KN/m，负一层中纵梁等效均布荷载q2=150KN/m，负二层中纵梁等效均布荷载q3=157KN/m，底纵梁等效均布荷载q4=1200KN/m。
3、以下为各段纵梁内力图：
图191～13轴纵梁标准组合弯矩（KN*m）
图201～13轴纵梁基本组合弯矩（KN*m）
图211～13轴纵梁人防组合弯矩（KN*m）
图2213～20轴纵梁标准组合弯矩（KN*m）
图2313～20轴纵梁基本组合弯矩（KN*m）
图2413～20轴纵梁人防组合弯矩（KN*m）
根据梁内力进行配筋计算，顶纵梁配筋跨中由人防组合控制支座处由标准组合控制；底纵梁的配筋由标准组合控制；中纵梁的配筋由标准组合控制。
各轴纵梁配筋如下表所示：
顶纵梁配筋表（钢筋采用φ32）
组合类别
标准组合
基本组合
人防组合
配筋位置
截面
尺寸
弯矩
（KN.m）
配筋
（根数）
裂缝（mm）
弯矩（KN.m）
配筋
（根数）
弯矩（KN.m）
配筋
（根数）
1轴支座
1000×2000
1330
6
0.117
226
构造
3405
5.48
1～2轴跨中
1000×2000
4267
17
0.293
6565
14.65
10967
18.24
2轴支座
1000×2000
2700
12
0.173
1817
3.91
6661
10.89
2～3轴跨中
1000×2000
3590
14
0.286
6030
13.40
9331
15.38
3轴支座
1000×2000
3750
19
0.187
4918
10.83
9384
15.56
3～4轴跨中
1000×2000
1491
5
0.297
2000
4.31
3855
6.18
4轴支座
1000×2000
4294
22
0.192
6323
14.08
10960
18.33
4～5轴跨中
1000×2000
4030
16
0.291
5618
12.44
10259
16.99
5轴支座
1000×2000
5020
26
0.193
7056
15.81
12863
21.74
5～6轴跨中
1000×2000
3571
14
0.282
5052
11.14
9067
14.92
6轴支座
1000×2000
5070
26
0.196
5580
12.35
12912
21.83
6～7轴跨中
1000×2000
3572
14
0.282
5011
11.05
9087
14.96
7轴支座
1000×2000
5076
26
0.196
7180
16.10
12925
21.85
7～8轴跨中
1000×2000
3565
14
0.281
5015
11.06
9070
14.93
8轴支座
1000×2000
5072
26
0.196
7166
16.07
12910
21.83
8～9轴跨中
1000×2000
3565
14
0.281
5026
11.08
9070
14.93
9轴支座
1000×2000
5063
26
0.196
7152
16.03
12893
21.80
9～10轴跨中
1000×2000
3575
14
0.283
5026
11.08
9080
14.95
10轴支座
1000×2000
5042
26
0.191
7145
16.02
12860
21.74
10～11轴跨中
1000×2000
3576
14
0.283
4950
10.91
9074
14.94
11轴支座
1000×2000
5060
26
0.196
7280
16.34
12900
21.81
11～12轴跨中
1000×2000
3438
13
0.293
5210
11.50
8840
14.53
12轴支座
1000×2000
5295
27
0.198
6602
14.74
13270
22.48
12～13轴跨中
1000×2000
5756
23
0.294
8434
19.11
14848
25.23
13轴支座
1000×2000
694
4
0.11
1204.6
2.58
1607
2.56
14轴支座
1000×2000
610
4
0.11
1151.8
2.47
1318
2.10
14～15轴跨中
1000×2000
5645
23
0.286
8466
19.19
14870
25.27
15轴支座
1000×2000
5606
29
0.194
6178
13.74
13486
22.88
15～16轴跨中
1000×2000
3252
13
0.254
5134
11.33
8663
14.23
16轴支座
1000×2000
5127
27
0.188
7435
16.71
13118
22.20
16～17轴跨中
1000×2000
3292
13
0.263
4385
9.62
82
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