地鐵車站結構設計的基本思路

1、地鐵車站結構設計的基本思路1、以設計流程為主線，對每一個設計環(huán)節(jié)要掌握：(1) 、需搜集的基礎資料及如何應用這些資料(2) 、需要掌握的主要設計規(guī)范條文以及相應的理論背景(3) 、需要掌握的設計計算手段及結構分析的力學模型，同時要掌握其基本的受力特點(4) 、與之相關的已有工程經驗和工程實例、需要完成相關設計文件，包括設計說明、設計圖紙、計算書2、主要依據的規(guī)范及技術標準(1) 、地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003(2) 、混凝土結構設計規(guī)范(GB50010-2002(3) 、建筑結構荷載規(guī)范(GB50009-20012008版(4) 、鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2003(5) 、建

2、筑抗震設計規(guī)范(GB50011-20012008修訂版(6) 、人民防空地下室設計規(guī)范(GB50038-2005(7) 、建筑基坑支護技術規(guī)程(JGJ120-99)(8) 、建筑地基基礎設計規(guī)范(GB50007-2002(9) 、地下工程防水技術規(guī)范(GB50108-2008行業(yè)及地方的其他相關規(guī)程規(guī)范、法規(guī)標準。如國家或行業(yè)的地基處理規(guī)范、巖土工程勘察規(guī)范；冶金部的基坑規(guī)范；可靠度統(tǒng)一標準；工程建設所在地的地鐵規(guī)范、基坑規(guī)范、地基處理規(guī)范、勘察規(guī)范、地基基礎規(guī)范等；(10) 、針對所設計工程，由總體設計院制定的技術標準、文件編制規(guī)定、設計文件深度與內容規(guī)定。3、地鐵車站結構設計的主要內容(1

3、) 、基坑工程設計(2) 、主體結構設計、其他：結構防水設計、監(jiān)測、施工場地布置、管線遷改、施工中的輔助措施(如圍堰、建構筑物的地基加固)等4、地鐵車站結構設計的基本流程一個地鐵車站設計的基本流程可描述如下：(1) 、基礎資料分析：車站周邊環(huán)境、建筑、地質、盾構施工籌劃、總體設計院制定的技術要求和原則、相關專業(yè)的提資資料(2) 、制定總體結構方案：施工方法及工況設定、墻體形式(3) 、基坑工程設計：環(huán)境保護等級及安全性等級、基坑方案設計、基坑詳細設計、編制設計文件(說明、圖紙、計算書)、主體結構設計：擬定結構尺寸、重要性等級、耐久性要求、縫的設置、確定分析模型及結構分析、結構配筋、編制設計文件

4、(說明、圖紙、計算書)、防水設計：設計原則及防水等級、全包或半包、標準段、誘導縫處、施工縫處5、基礎資料分析5.1、車站周邊環(huán)境及交通組織要求(1) 、建筑物(2) 、管線(3) 、既有軌道交通設施(4) 、既有地面標局(5) 、交通組織要求、其他：如鐵路、河道(不均勻受力)、架空線路(如高壓線走廊等)目的：確定基坑的環(huán)境保護等級、基坑開挖深度以及基坑的施工籌劃組織方案、施工場地布置等。5.2、建筑設計(1) 、車站平面尺寸及埋深；(2) 、主要孔洞的分布；(3) 、柱網布置(4) 、主要形式：橫斷面跨度(單柱雙跨、雙柱三跨、三柱四跨)、層數(兩層部分、局部三層部分、有開大中廳的等)(5) 、

5、限界要求相關：直線上的標準車站、帶輔助線的車站、岔線、轉轍機等、出入口、風道等附屆結構或外掛結構的布置目的：(1) 、協(xié)調建筑與結構有沖突不合理設計(2) 、初步擬定主要結構構件尺寸：地墻、內襯墻、底板、站廳板、頂板、縱梁、橫梁、柱、護壁柱等；(3) 、基坑深度：包括標準段、端頭井段、換乘段等，按開挖深度進行分類；(4) 、支撐的平面及豎向布置：在考慮板的坡度、與結構板的距離、側墻的施工縫等條件的情況下確定支撐的豎向布置方案；(5) 、縫的布置：誘導縫、施工縫、收縮縫等(6) 、縱梁的上下翻、主體結構與附屆結構的結構連接方式(設縫、打樁)5.3、地質資料(1) 、沿車站縱向地層的分布變化，若地

6、層分布有差異，需對其進行分類c主要考慮坑底土性質(影響坑底穩(wěn)定，考慮是否地基加固)、砂粉性土分布(基坑開挖范圍內有砂、粉性土層，應特別考慮基坑的滲流穩(wěn)定性)、液化土層分布(影響土壓力的計算與分布、抗拔計算中樁的抗拔承載力)等；(2) 、地層特征表(描述土層的狀態(tài)、厚度、埋深、壓縮性等)(3) 、了解土的滲透性、基坑涌水量；(4) 、基坑設計參數(容重、c、m、場地標局、鉆孔孔口標局、結構物標局，計算中地層按標局確定其豎向分布；(5) 、潛水水位、承壓水埋深與高度；(6) 、巖土強度及可挖性分級(7) 、場地地震效應(8) 、不良地質(9) 、地下水侵蝕性目的：掌握車站所賦存環(huán)境的巖土體特征，為

7、車站結構設計提供依據。根據近幾年的一些體會，下面幾點應非常注意：(1) 、土的膨脹性(2) 、巖體的分布及其特征，如遇水軟化、單軸抗壓強度、完整性、波速等。這直接影響圍護及止水結構的選型。、軟土的強度與分布5.4、盾構施工籌劃1234發(fā)達頭站始到調過目的：這直接影響車站的結構設計：始發(fā)：端頭井中、頂板吊裝孔；施工階段的環(huán)框梁；與端頭井相連接部分標準段的局部外擴；標準段中、頂板出土孔到達：端頭井中、頂板吊裝孔；施工階段的環(huán)框梁；調頭：端頭井處梁下翻或后澆、柱后澆，這在施工階段是一個不利工況；過站：整個車站整體落深，端頭井與標準段的底板位于同一標高，增大了車站規(guī)模;5.5、熟悉技術要求和設計原則(

8、1) 、熟悉總體設計院制定的與車站結構有關的內容，需充分掌握，直接指導項目的設計。(2) 、熟悉線路、軌道、電力、給排水、限界等專業(yè)的相關提資。6、制定總體方案6.1、車站的施工方法根據交通組織、周圍環(huán)境變形控制、經濟性等要求等確定車站的施工方法，目前常見的車站施工方法有：(1) 、明挖法(2) 、逆作法：全逆作法、半逆作法、框架逆作法(3) 、蓋挖順作法(4) 、H首挖法(礦山法)對于選定的施工方法要確定詳細的施工工況步驟，這是后續(xù)一切結構設計的基礎。6.2、車站結構形式根據當地工程經驗、防水要求等確定車站的基本結構形式，主要結構形式有(1) 、單一墻(2) 、疊合墻(3) 、復合墻(4)

9、、分離墻不同的結構形式其分析方法有較大差異。7、基坑工程設計7.1、車站結構形式對基坑圍護結構設計的要求車站圍護結構墻體與主體結構內襯墻體不同的連接形式對基坑圍護結構設計有相應要求。(1) 、單一墻：地下連續(xù)墻既是基坑開挖的圍護結構乂是使用階段主體結構的側墻，應對開挖、回筑、最終使用的全過程進行分析，取其內力包絡進行設計。因此地下連續(xù)墻雖然是作為圍護結構，但其內力應按開挖、回筑、最終使用的全過程進行分析包絡，其特點是地下連續(xù)墻與結構板連接處的外側會出現較大的負彎矩。(2) 、疊合墻：地下連續(xù)墻既是基坑開挖的圍護結構乂是使用階段主體結構側墻的一部分，應對開挖、回筑、最終使用的全過程進行分析，取其

10、內力包絡進行設計。與單一墻的區(qū)別為在開挖、回筑、最終使用的全過程中，墻體截面發(fā)生發(fā)生變化。因此地下連續(xù)墻雖然是作為圍護結構，但其內力應按開挖、回筑、最終使用的全過程進行分析包絡，其特點是地下連續(xù)墻與結構板連接處的外側會出現較大的負彎矩。(3) 、復合墻：主要有地下連續(xù)墻+防水層+內襯墻、鉆孔灌注樁+防水層+內襯墻、鉆孔咬合樁+防水層+內襯墻、連體樁樁+防水層+內襯墻等形式，為安全起見，基坑工程設計中按單一圍護結構進行開挖、回筑全過程的內力分析，只是在回筑階段圍護結構與內部結構板按換撐皎接處理。(4) 、分離墻：圍護墻體與內部結構側墻之間有一定距離以設置內部結構澆注時的外棋板，一般為600800

11、mm內部結構回筑階段在內部結構板標高處設置臨時的傳力帶?；庸こ淘O計中按單一圍護結構進行開挖、回筑全過程的內力分析，回筑階段圍護結構與內部結構板按換撐皎接處理。7.2、方案設計(1) 資料準備：建筑設計、地質資料、交通、周邊環(huán)境與建筑物、管線等(2) 確定基坑的側壁安全等級和環(huán)境保護等級。(國標地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003P325-327)。全線的技術要求相關規(guī)范的要求(國標、浙7工標準、上海標準)荷載及計算模型不同規(guī)范對荷載規(guī)定的區(qū)別：國標、上海規(guī)范確定基坑的設計方案圍護墻體方案工況設定支撐體系布置：平面、豎向地基處理降水設計設計方案確定(安全性：滿足基坑等級要求；經濟性：造價低)

12、可采用FRWS4.0!行分析7.3、詳細設計可采用同濟啟明星FRWS20Q6理正等軟件進行分析(1) 基坑穩(wěn)定性整體穩(wěn)定、坑底抗隆起、墻底抗隆起、抗?jié)B流穩(wěn)定性、抗承壓水穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性等。(2) 墻體及周圍地表變形，墻體及支撐內力(3) 車站抗浮計算(4) 墻體內力及配筋(5) 支撐平面框架穩(wěn)定性(采用同濟啟明星BSC軟件)細部分析支撐穩(wěn)定性計算頂圈梁及圍橡強度驗算立柱穩(wěn)定性SMWE法樁的型鋼強度及水泥土局部抗剪驗算(6) 基坑安全評價分析：可采用PLAXIS進行7.4、應注意的幾個問題(1) 、圍護墻體、止水帷幕的選型須結合地層情況，要可行；(2) 、對疊合墻結構，地下連續(xù)墻的分幅幅縫應

13、與主體結構的變形縫(誘導縫)對齊。(3) 、支撐的平面與豎向布置要避開結構板柱，必要時考慮倒撐；(4) 、地下連續(xù)墻每幅墻要設置兩道支撐；、端頭井與標準段連接的轉角(陽角)處須設置一道支撐；8、主體結構設計8.1、擬定主要尺寸一般主要包括頂板、中板、底板、頂縱梁、中縱梁、底縱梁、柱、端頭井處橫梁與護壁柱等,特殊情況下還應根據需要確定標準段所設橫梁的截面尺寸。8.2、重要性等級(地鐵規(guī)范)按一級考慮，重要性系數1.18.3、車站所處環(huán)境及耐久性設計、車站所處環(huán)境(耐久性規(guī)范)地下水有無腐蝕性是否出丁地下水位變動區(qū)其他、耐久性設計(混凝土規(guī)范、耐久性規(guī)范、地鐵規(guī)范)混凝土強度等級保護層厚度裂縫寬度

14、控制最小膠凝材料用量最大水膠比堿含量氯離子含量等8.4、縫的設置(1) 、誘導縫(2) 、施工縫、沉降縫8.5、抗浮設計(1) 、安全系數：1.05、1.1或1.15(2) 、措施：抗拔樁、壓頂梁、反濾層等。(國標地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003P333-335)。8.6、結構分析8.6.1、荷載與傳力體系(1) 、荷載地鐵車站主要承受水平向的水土側壓力與豎向的覆土重量及水反力，荷載簡圖為：靜載：結構自重、側向水土壓力、設備重量等活載：人群、車輛、施工荷載等偶然荷載：地震、人防按照荷載規(guī)范、抗震規(guī)范、人防地下室規(guī)范考慮不同的荷載組合(2) 、傳力體系從傳力體系看，地鐵車站結構不具備明顯的

15、板-梁-柱傳力特點，絕大部分荷載主要由板承擔，梁主要起加筋和增加局部剛度作用，這主要是因為板梁的剛度的比值較小。8.6.2、常用分析方法(1) 、考慮施工過程的包絡-疊加法(2) 、考慮施工過程的增量法、一次加載法：重力工況、水反力工況、柱軸力工況8.6.3、復合墻結構分析(1) 、分析模型對內部主體結構一般采用一次加載法進行設計，目前常用的有以下兩類： 、考慮圍護結構與內部結構：圍護墻與內部結構側墻之間采用單壓彈簧模擬，在計算中應根據實際情況考慮圍護結構在使用過程中的剛度折減。此種模型中，單壓彈簧剛度的取值對計算結果的影響很大。有以下兩種加載模式：圍護墻承擔所有側向水土壓力圍護墻承擔側向土壓

16、力，內部結構承擔側向水壓力 、僅考慮內部結構：在計算模型中不考慮圍護結構，僅針對內部結構進行分析，同樣也有兩種加載模式：內部結構承擔所有側向水土壓力圍護墻承擔側向土壓力，內部結構承擔所有側向水壓力及部分側向土壓力，側向土壓力由圍護墻體、內襯墻體按剛度比進行分配。 、荷載工況、重力工況、水反力工況、柱軸力工況(2) 、約束的考慮、當需要設置壓頂梁進行抗浮時，圍護墻底的彈簧約束在不同荷載工況下具有拉壓特征；、壓頂梁處的單壓彈簧、圍護墻底受壓彈簧剛度的計算8.6.4、疊合墻結構分析8.6.4.1、工況結構受力與工況設置密切相關，不同的施工過程結構受力存在極大差異。 順做法：開挖到底與加撐-底板-站廳

17、板-頂板-覆土-關閉泄水孔。逆做法：開挖-頂板、覆土-開挖-站廳板-開挖-底板-關閉泄水孔 蓋挖順做法：開挖-頂板、覆土-開挖到底-底板-站廳板-關閉泄水孔 兩明一暗法8.6.4.2、分析方法：以結構非線性為基礎的增量型彈性計算模型、結構非線性區(qū).5=伊在工況變化過程中結構也在不斷變化，一般每個工況都有構件的消失和增加。(1) 、增量型根據施工過程按不同工況進行分析計算； 新構件加入后如無荷載變化是不受力的；新構件加入后只有產生外荷載變化才可受力；結構的受力是可繼承和疊加的；、彈性：彈性材料8.6.4.3、分析計算(1) 、確定荷載 側向水土壓力：施工階段主動土壓力，使用階段靜止土壓力； 側向

18、活載：20KPa30KPa設備荷載其他荷載(2) 、確定土體參數主要是坑底土的m值。(3) 、給出各工況的計算模型圖(4) 、建立模型并計算(5) 、繪制內力包絡圖靜載、靜載+活載； 考慮不同的重要性系數：開挖階段1.0、回筑與使用階段1.1;根據構件的出現時間及其延續(xù)性確定需要進行包絡的工況； 、即任何一個構件都是以其第一次出現的工況作為初始值，隨后按工況進行包絡； 、在計算過程中當某構件的截面發(fā)生變化時，嚴格地應該按截面的內外側或上下側分別考慮其包絡。如針對地墻內側模筑內襯墻的情形：墻體外側在整個開挖、回筑及使用過程中均始終存在，因此應對整個過程進行包絡，只是配筋計算應考慮其斷面的變化；地

19、墻單墻內側當內襯墻出現時認為其消失，以后不再包絡，只需針對地墻單墻內側整個持續(xù)的工況進行包絡。如對明挖順作法來說，站廳板與底板之間的墻體認為單墻內側僅持續(xù)至底板施作工況；內襯墻內側按新增構件考慮。某工況內襯墻出現時其受力作為初始狀態(tài)，隨后按工況進行疊加。 關于墻體包絡工況的考慮、需要得到以下幾種情況的包絡圖圖1:不考慮墻體截面形式的變化（即是否有內襯），整個開挖、回筑及使用過程的墻體彎矩包絡圖圖2:地下連續(xù)墻單墻彎矩包絡圖（開挖過程、回筑過程各工況中無內襯墻的部分、使用階段頂板以上及底板以下部分）圖3:有內襯墻的墻體彎矩在回筑階段及使用階段的彎矩包絡圖。（只考慮回筑階段及使用階段有內襯墻的部分

20、）圖4:使用階段彎矩圖圖5:開挖階段彎矩包絡圖、說明地墻外側外側配筋由圖1、圖2控制（當所取彎矩是在有內襯墻后發(fā)生時，應按地下連續(xù)墻+內襯整個截面進行配筋）地墻單墻內側配筋由圖2控制內襯墻內側配筋由圖3控制一般而言，在估算時也可認為地墻單墻內側配筋由圖5控制，地墻外側配筋由圖4按地墻+內襯墻全截面控制8.6.5、縱框架計算標準段取5跨,將柱軸力轉化為均布荷載施加進行計算。8.6.6、三維分析端頭井處復雜的縱框架處地質條件有顯著變化處開中庭處換乘節(jié)點處等8.6.7、結構分析中的其他一些問題(1) 、關于復合墻結構的增量法比較分析(2) 、單一墻的分析、分離墻的分析8.7、人防設計根據人民防空地下室設計規(guī)范(GB50038-2005進行靜力分析，一般不是控制受力工況，主要進行構造加強。8.8、抗震設計國標地鐵設計規(guī)