車站結構設計

1、.目錄第一章程設計任務概述21、課程設計目的22、設計規(guī)范及參考書23、課程設計方案23.1 方案概述23.2 主要材料54、課程設計基本流程5第二章平面結構計算簡圖及荷載計算61、中柱的簡化62、墻和板的簡化63、截面特性64、截面尺寸75、荷載計算 .75.1 車站橫斷面計算簡圖75.2 荷載基本組合計算85.3 荷載標準組合計算9第三章結構內力計算101、有限元建模102、計算結果10第四章結構配筋計算141、車站頂板上緣的配筋計算142、中柱的配筋計算173、準截面配筋計算表194、配筋圖20;.第一章課程設計任務概述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

2、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、 地層抗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(yè)設計及今后的實際工作做理論和實踐上的準備。2、 設計規(guī)范及參考書1、混凝土結構設計規(guī)范2、地下鐵道（高波主編，西南交通大學出版社）3、混凝土結構設計原理教材4、計算軟件基本使用教程相關的參考書（推薦用ANSYS）3、課程設計方案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1-1

3、。車站埋深 3m，地下水位距地面 3m，中柱尺寸 0.8m×0.8m，縱向柱間距 8m。為簡化計算，圍巖為均一土體，土體參數詳見 1-2 ，采用水土分算。路面荷載為20kN / m3 （超載系數1.1 ），鋼筋混凝土重度co25kN / m3 ，中板人群與設備荷載分別取 4kN / m3 、 8kN / m3 。荷載組合按表1-3 取用，基本組合用于承載能力極限狀態(tài)設計，標準組合用于正常使用極限狀態(tài)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(guī)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/( kN / m3

4、 )彈性反力系數/內聚力 c /(kPa)重度內摩擦角K /( MPa / m)A11730020A217.530021A31830022A418.530023A51930024A619.530025A72030026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× 0.8B26.50.650.40.650.60.8× 0.8B36.50.70.40.70.60.8× 0.8B46.50.750.40.750.60.8× 0.8B56.50.80.40.80.60.

5、8× 0.8B670.60.40.650.60.8× 0.8B770.650.40.70.60.8× 0.8B870.70.40.750.60.8× 0.8B970.750.40.80.60.8× 0.8B1070.80.40.850.60.8× 0.8B117.50.650.40.70.60.8× 0.8B127.50.70.40.750.60.8× 0.8;.B137.50.750.40.80.60.8× 0.8B147.50.80.40.850.60.8× 0.8B157.50.850.4

6、0.90.60.8× 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× 0.8B218.50.750.50.750.70.8× 0.8B228.50.750.50.80.70.8× 0.8B238.50.750.50.850.70.8× 0.8B248.50.750.50.90.70.8× 0.8B25

7、8.50.750.50.950.70.8× 0.8B2690.80.50.750.70.8× 0.8B2790.80.50.80.70.8× 0.8B2890.80.50.850.70.8× 0.8B2990.80.50.90.70.8× 0.8B3090.80.50.950.70.8× 0.8表 1-3荷載組合表組合工況永久荷載可變荷載水土壓力水浮力人防荷載地震荷載基本組合1.351.41.351.3500標準組合1.01.01.01.0003.2主要材料1 、混凝土：板、墻用C30，柱子 C40；彈性模量和泊松比查規(guī)范。2 、鋼筋

8、根據混凝土結構設計規(guī)范選用。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(tǒng)一用朗金主動土壓力公式。 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的提取。注意土層約束簡化為土彈簧， 需滿足抗壓不抗拉的特性， 即彈簧軸力不能為正。 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(tài)的配筋， 然后根據此配筋結果檢算正常使用極限狀態(tài)

9、 （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。;.第二章平面結構計算簡圖及荷載計算1、中柱的簡化考慮地鐵車站的長度遠大于其寬度， 可作為平面應變問題來考慮， 框架結構沿縱向取一延米來進行計算。 由于中立柱在縱上的不連續(xù)性， 將柱按照剛度等效的原則換算為墻進行計算。 然后以等效的墻厚為 b 的墻代替柱來進行平面框架有限元計算，所求得的“墻”內力即為柱的內力并以此來進行配筋及強度驗算。本設計中有： EA1EA2 , 即 0.80.88b , 得 b=0.08m.2、墻和板的簡化由于墻和板在空間是連續(xù)結構，取其中心線，平面結構

10、如圖 2-1 。圖 2-1 平面結構簡圖（單位mm）3、截面特性計算寬度沿縱向取1 米，即 B=1米1.頂板：C30砼 B=1m h=0.65m2.中板：C30砼 B=1m h=0.4m3.底板：C30砼 B=1m h=0.65m4.側墻：C30砼 B=1m h= 0.6m5.柱：C40砼 0.8m ×0.8m;.6. 結構和圍巖的相互作用用 link10 來實現，考慮到土體受力特性（不能受拉），將 link10 的 option 選項設置為 compression only ，B=1m，h=0.745m4、截面尺寸平面尺寸的截面尺寸如下2-2圖 2-2 橫斷面尺寸圖（單位m）5、荷

11、載計算5.1 車站橫斷面計算簡圖地基對結構的彈性反力用彈簧替代。作用在主體結構上的荷載如下圖2-3 所示;.圖 2-3荷載計算簡圖5.2 荷載基本組合值計算1、垂直荷載（1）頂板垂直荷載：路面均布荷載： q1201.122kPa垂直土壓力： q2i hi19357kPa頂板垂直荷載設計值為：q頂板q11.4q21.35107.75kPa（ 2）中板垂直荷載：q中板 =1.4 （4+8 ）=16 .8kPa2、側向荷載本設計采用水土分算2419kN / m322kN / m310/3satkNm2側壓力系數：tan (45)0.422;.側墻頂板處壓力： e1( q1q2 )(2257)0.42

12、233.34 kPa側墻底處埋深： h5.157.510.50.65213.31m側墻底板處土壓力：e1h33.34(2210)13.310.422100.74 kPa水壓力：h1013.31133.1kPa底板處側壓力： e2100.74133.1233.84kPa將荷載乘以各分項系數：頂板處側壓力設計值：33.341.3545.0kPa底板處側壓力設計值：233.84 1.35315.68kPa3、水浮力 ： q水1013.31 1.35179.7 kPa4、縱梁荷載：頂板垂直荷載設計值：q頂板107.75kPa250.656.81.0頂板自重： q06.81.016.25kPa縱梁承受的

13、荷載： q總q頂板q01.35129.69kPa5.3 荷載標準組合1. 垂直荷載（ 1）頂板垂直荷載：頂板垂直荷載標準值：q頂板q1q2225779kPa中板垂直荷載標準值：q中板 =12k Pa2. 側向荷載側墻頂板處側壓力：e1k 33.34 kPa側墻底板處土壓力：e2 k233.84 kPa;.水壓力：h1013.31133.1kPa3. 水浮力： q水 k 10 13.31 133.1kPa4. 縱梁荷載縱梁承受的荷載： q總 k 79 16.25 95.25kPa第三章結構內力計算1、有限元建模運用 ansys 計算主體結構橫斷面的內力2、計算結果1 基本組合計算結果如下圖 3-

14、1 標準斷面結構軸力圖（基本組合）;.圖 3-2 標準斷面結構剪力圖（基本組合）圖 3-3 標準斷面結構彎矩圖（基本組合）;.2 標準斷面結構內力（基本組合）尺寸構件彎矩 /(kN.m)軸力 /kN剪力 /kNh(mm mm)b頂板上緣355.57177.86403.811000650頂板下緣303.66177.86403.811000650中板上緣238.531060283.261000400中板下緣40.321060283.261000400底板上緣270.951010690.431000650底板下緣11001010690.431000650側墻迎土面1100630.70896.3100

15、0600側墻背土面698.19630.7896.31000600中柱0940.810800800表 3-1 標準斷面結構內力表（基本組合）3 標準組合計算結果如下圖 3-4 標準斷面結構軸力圖（標準組合）;.圖 3-5 標準斷面結構剪力圖（標準組合）圖 3-6 標準斷面結構彎矩圖（標準組合）;.4 標準斷面結構內力（標準組合）尺寸構件彎矩 /(kN.m)軸力 /kN剪力 /kNh(mm mm)b頂板上緣315.16129.9321.171000650頂板下緣225.61129.9321.171000650中板上緣167.1778.68211.6951000400中板下緣265.43778.68

16、211.6951000400底板上緣245.81756374.511000650底板下緣862.42756374.511000650側墻迎土面862.42546.61672.171000600側墻背土面501546.61672.171000600中柱0762.550800800表 3-2 基本斷面結構內力表（標準組合）第四章結構（墻、板、柱）配筋計算1、車站頂板上緣的配筋計算截面尺寸 b h1000650, asas'50mm, l08.0m, h0650 50 600mm,彎矩設計值 M=355.16kN m,軸力設計值 N=177.68kN,?混凝土等級 C30， fc14.3N

17、/ mm2 , ft1.43N / mm2 , ftk 2.01N / mm2鋼筋采用 HRB335,'2， Es2.0 105 N / mm2f yf y300N / mm（ 1）求偏心距：M355.57 10001999.2mme0177.86N附加偏心距：e21.67和偏心方向截面最大尺寸中較mm（取a20mm h/30大值）初始偏心距： eie0ea2020.87mm（ 2）求偏心距增大系數：l08.08 ，所以偏心距增大系數應修正。h12.310.65偏心受壓性質對截面曲率修正系數：0.5 fc A 0.514.3 1000 6501.01N26.13177860所以取11.

18、0l012.3115h;.所以構件長細比相對對截面曲率影響的系數21.0則偏心距增大系數：11( l0 )21 211(12.31)2 1.0 1.0 1.0311400ei / h0h1400 2020.87 / 600(3) 判斷大小偏心：計算偏心距：ei1.031 2020.872083.52mm0.3h0180mm所以屬于大偏心受壓構件。(4) 求受壓區(qū)鋼筋面積eeih as2083.52650 502358.52mm22取b0.544則受壓區(qū)面積AS'Nef cmbh02b (10.5 b )1778602358.52 14.3 10006002 0.544 (10.5 0.

19、544)0f y' ( h0a ')300 (600 50)s取 AS'min bh0.002 1000650 1300mm2選用 6 18( AS'1527mm2 )（ 1） 求受拉鋼筋面積。受壓區(qū)高度h022 Ne f y' As' (h0as )22177860 2358.52300 1527(600 50)x h0fcb60060014.3100018.96mm故xa '100mm2 s則受拉區(qū)鋼筋面積： ASNe'f y' (h0as' )式中 e'軸向力作用點至受壓區(qū)鋼筋合力作用點距離（mm）e

20、'eihas'2083.52650501808.52mm22所以，AsNe'1778601808.5222f y (h0as' )300(600 50)1949.5mmmin bh 0.002 1000 6501300mm;.選用受拉鋼筋720( As2199 mm2 )Asf y2199300b 0.544bhf c1000 6500.07114.3所以非超筋。As21990.2%bh10000.338% min650所以非少筋。（ 2） 裂縫寬度驗算。e0 1999.2mm0.55h0330mm根據混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002），當 e00.

21、55 時需要驗算裂縫寬度。h0l08.014h12.310.65所以使用階段的軸向壓力偏心距增大系數s1.0軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力作用點的距離：ese0has 1.0 1999.2650502274.2mm22縱向受拉鋼筋合力點到截面受壓合力點的距離：z0.870.12(h0 ) 2 h0 0.870.12(600 ) 2 600 517mme2199.2按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率：As21996.77103te0.5 1000 6500.5bh按荷載效應的標準組合計算的軸向力：NK129.9kN鋼筋混凝土的構件受拉區(qū)縱向鋼筋的應力：N K (e z)12990

22、0 (2174.2 517)2skAsz2199 517189.35N / mm裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數：0.65 ftk0.652.010.3071.11.1189.35te sk8.7 /1000最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區(qū)底邊的距離：c=40mm受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑：deq20 mm所以最大裂縫寬度：;.wmax 2.1sk(1.9cdeq)189.35(1.9 40 0.08 6.720Es0.082.1 0.307)te2 1058.7 /10000.193mm0.2mm所以滿足裂縫要求。配筋圖如下：圖 4-1底板上緣的配筋圖（單位 mm）2、中柱的配筋計算中柱尺寸

23、800×800，軸力設計值 940.81kN，混凝土等級，19.1C40 f cMPa ,采用 HRB335級鋼筋（ f yf y '300MPa , Es2.0 105 MPa ）式中 n 軸向壓力設計值（ n）；鋼筋混凝土構件的穩(wěn)定性系數；混凝土軸心抗壓強度設計值（MPa ）A構件截面面積（mm2 ）As' 全部縱向鋼筋的截面面積（mm2 ）l 0 / b7.51/ 0.89.4故取0.991（線性插值）因此 柱的配筋：;.'N /0.9f c A94081019.1 800 800) / 300 0Asf y'(0.9 0.991故采用構造配筋：As 'min bh0.002800 800 1280 mm2縱筋選用 422（ As'1520mm2箍筋選用 8250）配筋率驗算：'As'15200.238%max5%A 800 800滿足條件。柱的配筋圖如下：圖 4-2 中柱的配筋圖;.3、準截面配筋計算表截面位置配筋過程尺寸bh(mmmm)彎矩設計值kN.m軸力設計值kN偏心距 e0 (mm)偏心距增大系數判斷大小偏心受壓鋼筋面積As' (mm2)數量及截面直徑受拉鋼筋面積As (mm2 )數量及截面直徑裂縫寬度驗