1、精選優質文檔-傾情為你奉上地 下 工 程 課 程 設 計地鐵車站主體結構設計（地下矩形框架結構）學院名稱： 土木工程學院 班 級： 學生姓名： 學生學號： 指導教師： 許煒萍 專心-專注-專業目 錄第一章 課程設計任務概述1.1 課程設計目的 初步掌握地鐵車站主體結構設計的基本流程；通過課程設計學習，熟悉地下工程“荷載結構”法的有限元計算過程；掌握平面簡化模型的計算簡圖、主動荷載及荷載的組合方式、彈性反力及其如何在計算中體現；通過實際操作，掌握有限元建模、劃分單元、施加約束、施加荷載的方法；掌握地下矩形框架結構的內力分布特點，并根據結構內力完成配筋工作。為畢業設計及今后的實際工作做理論和實踐上

2、的準備。1.2 設計規范及參考書1、地鐵設計規范2、建筑結構荷載規范3、混凝土結構設計規范4、地下鐵道（高波主編，西南交通大學出版社）5、混凝土結構設計原理教材6、計算軟件基本使用教程相關的參考書（推薦用ANSYS）1.3 課程設計方案1.3.1 方案概述某地鐵車站采用明挖法施工，結構為矩形框架結構，結構尺寸參數詳見表1-2。車站埋深3.5m，地下水位距地面3.5m，中柱截面橫向尺寸固定為0.8m（如圖1-1橫斷面方向），縱向柱間距8m。為簡化計算，圍巖為均一土體，土體參數詳見表1-1，采用水土分算。路面荷載為，鋼筋混凝土重度，中板人群與設備荷載分別取、。荷載組合按表1-3取用，基本組合用于承

3、載能力極限狀態設計，標準組合用于正常使用極限狀態設計。要求用電算軟件完成結構內力計算，并根據混凝土結構設計規范完成墻、板、柱的配筋。圖 1-1 地鐵車站橫斷面示意圖（單位：mm）表1-1 地層物理力學參數編號重度彈性反力系數內摩擦角內聚力A11725020A217.525021A31830022A418.530023A51935024A619.535025A72040026A820.540027注：飽和重度統一取“表中重度+3”。表1-2 結構尺寸參數（單位：m）編號跨度L頂板厚h1中板厚h2底板厚h3墻厚T中柱B16.50.60.40.60.60.8×0.7B26.50.650.4

4、0.650.60.8×0.7B36.50.70.40.70.60.8×0.7B46.50.750.40.750.60.8×0.7B56.50.80.40.80.60.8×0.7B670.60.40.650.60.8×0.7B770.650.40.70.60.8×0.7B870.70.40.750.60.8×0.7B970.750.40.80.60.8×0.7B1070.80.40.850.60.8×0.7B117.50.650.40.70.60.8×0.8B127.50.70.40.750.60

5、.8×0.8B137.50.750.40.80.60.8×0.8B147.50.80.40.850.60.8×0.8B157.50.850.40.90.60.8×0.8B1680.70.50.750.70.8×0.8B1780.70.50.80.70.8×0.8B1880.70.50.850.70.8×0.8B1980.70.50.90.70.8×0.8B2080.70.50.950.70.8×0.8（表1-1表1-2進行組合，每個人的具體工況請見EXCEL表格）表1-3 荷載組合表組合工況永久荷載系數可

6、變荷載系數基本組合1.35（1.2）1.4×0.7（1.4）標準組合1.01.0 注：括號中數值為可變荷載控制時的取值。當永久荷載有利時，分項系數取1.01.3.2 主要材料 1、混凝土：墻、板用C30，柱子C40；彈性模量和泊松比查規范。 2、鋼筋根據混凝土結構設計規范選用。1.4 課程設計基本流程 1、根據提供的尺寸，確定平面計算簡圖（重點說明中柱如何簡化）；2、荷載計算。包括垂直荷載和側向荷載，采用水土分算；不考慮人防荷載和地震荷載。側向荷載統一用朗金靜止土壓力公式。荷載組合本次課程設計只考慮基本組合和標準組合兩種工況。 3、有限元建模、施加約束、施加荷載、運行計算以及計算結果

7、的提取。注意土層約束簡化為彈簧，滿足溫克爾假定且只能受壓不能受拉，即彈簧軸力為正時應撤掉該彈性鏈桿重新計算。另要求計算結果必須包括結構變形、彎矩、軸力、剪力。 4、根據上述計算結果進行結構配筋。先根據基本組合的計算結果進行承載能力極限狀態的配筋，然后根據此配筋結果檢算正常使用極限狀態的裂縫寬度（內力采用標準組合計算結果）是否通過？若通過，則完成配筋；若不通過，則調整配筋量，直至檢算通過。 5、完成計算說明書，并繪制墻、板、柱的配筋圖。第二章 荷載計算2.1 基本參數 本次課程設計采用的地層物理力學系數編號為A5（具體參數見 表1-1），結構尺寸參數編號為B15（具體參數見 表1-2）。 表1-

8、1 地層物理力學參數編號重度彈性反力系數內摩擦角內聚力A51935024 表1-2 結構尺寸參數（單位：m）編號跨度L頂板厚h1中板厚h2底板厚h3墻厚T中柱B157.50.850.40.90.60.8×0.82.2 計算模型簡圖 圖 2-1 地鐵車站橫斷面計算簡圖（單位：m）2.3 荷載計算2.3.1 垂直荷載頂板荷載：頂板垂直荷載由路面活載和垂直土壓力組成，方向豎直向下。路面活載： 垂直覆土壓力： 控制荷載驗算： 永久荷載效應控制時： 可變荷載效應控制時： 經驗算由永久荷載控制，頂板垂直荷載為：標準組合：基本組合： 中板荷載：中板垂直荷載由人群活載和設備荷載組成，方向豎直向下。

9、人群活載： 設備荷載：控制荷載驗算：永久荷載效應控制時： 可變荷載效應控制時： 經過驗算由可變荷載控制，中板垂直荷載為： 標準組合： 基本組合： 底板荷載：底板垂直荷載即為水浮力，方向豎直向上 水浮力：底板垂直荷載為： 標準組合：基本組合：主體結構垂直荷載表（單位：kPa）頂板中板底板標準組合86.512-125.85基本組合109.3815.2-169.90說明：表中正值表示荷載方向為豎直向下，負值表示豎直向上。2.3.2 側向荷載（采用水土分算）側向土壓力（采用朗肯土壓力計算）地層物理力學參數表編號重度彈性反力系數內摩擦角內聚力飽和重度A5193502422.5設土層至地面距離為h當h=3

10、.5m時 標準組合： 基本組合: 由永久荷載效應控制時：由可變荷載效應控制時：當h=16.085m時 標準組合： 基本組合: 由永久荷載效應控制時： 由可變荷載效應控制時： 側向水壓力：當h=3.5m時，當h=16.085時標準組合： 基本組合： 主體結構側向荷載表（單位：kPa）h=3.5mh=16.085m標準組合36.48226.02基本組合46.13302.01第三章 結構內力計算3.1 標準橫斷面計算模型圖 3-1 采用荷載基本組合時主體結構標準斷面計算模型圖 3-2 采用荷載標準組合時主體結構標準斷面計算模型3.2 截面特征計算寬度沿縱向取1 m，即B=1 m。(1) 頂板（用be

11、am3來模擬）： C30砼B=1.0 m D =0.85m(2) 中板（用beam3來模擬）：C30砼B=1.0 m D =0.4m(3) 底板（用beam3模擬）：C30砼B=1.0 m D =0.9 m(4) 負一層側墻（用beam3模擬）：C30砼B=1.0 m D =0.6m(5) 負二層側墻（用beam3模擬）：C30砼B=1.0 m D =0.6m(6) 柱（用beam3模擬）：C40砼B=1.0 m D=0.08 m3.3 計算結果3.3.1 采用荷載基本組合時的計算結果圖 3-3 變形圖圖 3-4 軸力圖圖 3-5彎矩圖圖 3-6剪力圖3.3.2 采用荷載標準組合時的計算結果圖

12、 3-6變形圖圖 3-7軸力圖圖 3-8彎矩圖圖 3-9剪力圖第四章 結構（墻、板、柱）配筋計算4.1 斷面控制內力表表4-1 采用荷載基本組合時計算所得結構斷面控制內力表構件彎矩（）軸力（kN）剪力（kN）尺寸 /頂板上緣555.69330.54488.27頂板下緣430.75330.54488.27中板上緣140.42267.8798.514中板下緣70.44267.8798.514底板上緣330.2479.05539.31底板下緣599.69479.05539.31負一層側墻迎土面555.69582.75356.6負一層側墻背土面70.97582.75141.49負二層側墻迎土面482.

13、35781.37214.26負二層側墻背土面63.912781.37513.98負一層柱05736.640負二層柱09395.20表4-2 采用荷載標準組合時計算所得結構斷面控制內力表構件彎矩（）軸力（kN）剪力（kN）尺寸 /頂板上緣465.16257.1412.2頂板下緣392.75257.1412.2中板上緣122.241202.7881.75中板下緣61.595202.7881.75底板上緣248.53334.76458.163底板下緣498.15334.78458.163負一層側墻迎土面465.6497.09296.8負一層側墻背土面43.678497.09103.35負二層側墻迎土

14、面35.61683.12165.95負二層側墻背土面488.19683.12383.58負一層柱06123.20負二層柱07819.204.2車站結構標準斷面配筋及裂縫驗算4.2.1車站墻板配筋及裂縫驗算以車站結構標準斷面頂板外側的配筋及裂縫驗算為例。（1） 幾何材料參數 因混凝土等級為C30，所以，查混規，相關數據為：，。采用HRB400級鋼筋（，）截面尺寸。彎矩設計值為，軸力設計值為，剪力設計值。（2）不考慮二階效應，因為，則。（3）判斷大小偏心，所以先按大偏心受壓構件計算。（4）計算配筋為充分利用受壓區混凝土的抗壓強度，設。受壓區鋼筋面積：取。選用6C20（）受拉區鋼筋面積：（確認為大偏

15、心）故 則受拉區鋼筋面積：選用受拉鋼筋7B25（），所以非超筋。II、箍筋（1）幾何參數及材料參數因混凝土等級為C30，查混規得，。因為C30<C50，所以。箍筋采用HRB335，。（2）上限值驗算非斜壓破壞因為，屬于一般梁。有： （3）驗算是否需按計算設計配筋一般梁 混凝土本身就能抵抗其剪力，不需要按計算設置箍筋，但仍需按構造要求配置箍筋，選用B8150。III、裂縫寬度驗算根據混規（GB50010-2010），當時需驗算裂縫寬度。受壓翼緣截面面積與腹板有效截面面積的比值：矩形截面：縱向受拉鋼筋合力點至截面受壓合力點的距離：按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率：按荷載效應的

16、標準組合計算的軸向力：鋼筋混凝土構件受拉區縱向鋼筋的應力：裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數：，取。最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區底邊的距離：受拉區縱向鋼筋的等效直徑：構件偏心受壓特征系數：所以最大裂縫寬度： 所以滿足裂縫寬度。4.2 車站負一層背土面的配筋計算I、縱向受力鋼筋（1）幾何材料參數因混凝土等級為C30，所以，查混規，相關數據為：，。采用HRB400級鋼筋（，）截面尺寸。彎矩設計值為，軸力設計值為，剪力設計值。（2）不考慮二階效應，因為，則。（3）判斷大小偏心，所以按小偏心受壓構件計算。（4） 計算配筋 取 即： 解之得：。 -<選用4C20（） 選用受拉鋼筋8B20（）反向

17、受壓驗算因為II、箍筋（1）幾何參數及材料參數因混凝土等級為C30，查混規得，。因為C30<C50，所以。箍筋采用HRB335，。（2）上限值驗算非斜壓破壞因為，屬于一般梁。有： （3）驗算是否需按計算設計配筋一般梁 混凝土本身就能抵抗其剪力，不需要按計算設置箍筋，但仍需按構造要求配置箍筋，選用B8150。III、裂縫寬度驗算根據混規（GB50010-2010），當時無需驗算裂縫寬度。車站標準斷面墻、板其他截面配筋計算及裂縫驗算過程同頂板外側類似，主要受力筋均采用級鋼筋，箍筋均采用級鋼筋，其配筋計算及裂縫寬度驗算詳見表4-3、4-4、4-5。表4-3 標準斷面配筋計算及裂縫寬度驗算（一）

18、截面位置配筋過程 頂板上緣 頂板下緣 中板上緣 中板下緣尺寸混凝土強度等級C30C30C30C30彎矩設計值555.69430.75140.4270.4軸力設計值330.54330.54267.87267.87初始偏心距1614.921341.59212.86291.14偏心距增大系數1.0341.0341.081.153判斷大小偏心受壓大偏心大偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積1885188522812281數量及截面直徑6C201506C201506C221506C22150受拉鋼筋面積3436343630413041相對受壓區高度0.0250.0110.0550.016全部縱筋配筋率0.626

19、%0.626%1.33%1.33%數量及截面直徑7C251507C251508C221508C22150剪力設計值488.27488.2798.51498.514箍筋是否按計算配筋構造配筋構造配筋構造配筋構造配筋箍筋數量及截面直徑C8150C8150C8150C8150箍筋面積50.350.350.350.3彎矩標準值465.16465.16122.24161.595軸力標準值257.1257.1334.76334.76裂縫寬度驗算0.1150.0890.0360.015表4-3 標準斷面配筋計算及裂縫寬度驗算（二）截面位置配筋過程底板上緣底板下緣負二層側墻外側負二層側墻內側尺寸混凝土強度等級

20、C30C30C30C30彎矩設計值330.2599.69482.3563.912軸力設計值479.05479.05781.37781.37初始偏心距719.281281.83637.31601.82偏心距增大系數1.0901.0401.0481.071判斷大小偏心受壓大偏心大偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積2281228112561256數量及截面直徑8C221508C221504C201504C20150受拉鋼筋面積3041304125132513數量及截面直徑6C221506C221008C201508C20150相對受壓區高度0.0100.0270.1130.144全部縱筋配筋率0.591%0.591%0.268%0.268%剪力設計值458.163458.163165.95383.58箍筋是否按計算配筋構造配筋構造配筋計算配筋構造配筋箍筋數量及截面直徑C8150C8150C8150C8150箍筋面積50.350.350.350.3彎矩標準值248.53498.1535.61393.8軸力標準值334.76334.76683.12697.3裂縫寬度驗算0.1440.2210.2710.