地铁车站平面计算案例40页word资料.docx
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地铁车站平面计算案例40页word资料
成都地铁1号线小天竺站
主体结构平面计算说明书
计算人:
________________________
复核:
__________________________
2006.10.05
第1章计算书总说明
小天竺站为地下二层岛式车站,考虑车辆限界及建筑设计要求,车站主体结构标准断面采用单柱双跨箱形框架结构。
车站结构具体尺寸参照建筑施工图,顶底板均采用厚板结构,柱网结合建筑布局条件设置。
本次计算选取基本组合、标准组合和频遇组合三种工况,前两种分别用来计算承载能力极限状态和验算正常使用极限状态,频遇组合作为检算工况。
结构分析包括车站横断面计算及纵梁计算两种模型,并对主体结构的抗浮进行验算。
其中横断面计算由于结构和围岩地质的复杂性,借鉴桐梓林三维分析的应力分布规律,认为选取中间标准断面和两端扩大断面两个断面作为控制断面进行计算是合理的,围岩均以最不利处计算。
纵梁的计算按双跨箱形框架计算。
本次计算采用“荷载-结构”模式,借助于美国ANSYS公司编制的大型有限元结构计算程序ANSYS8.0进行计算分析。
荷载严格按《建筑结构荷载规范GB50009-2001》和《桐梓林站-岩土工程勘察报告(详勘)》以及人防通用图计算;结构形式和尺寸以我们的相关施工图为准。
具体计算时,由于各种输入、输出数据因其数量十分庞大,故在各章节中没有详细罗列,而是以图示的形式形象地表示所需要的相关信息。
结构配筋先按承载力要求进行初次配筋,再以裂缝控制进行检算,根据检算结果调整配筋(结果显示配筋由裂缝要求控制)。
对于纵梁配筋,由于纵梁的上翻下翻变化,基于安全考虑,按照矩形梁配筋(不能按照T形梁考虑,因为当翼板受拉是,混凝土退出工作,根本不能提高承载力)。
更多未尽细节请参看各章节。
第2章车站横断面计算
2.1小天竺站典型断面图
图2-1中间标准断面图单位mm
图2-2两端扩大断面图单位mm
2.2计算原则
2.2.1计算图式与荷载
1、标准段主体结构为单柱双跨箱形框架结构。
主体结构围护桩与内衬墙间设有防水隔离层,为重合墙模式围护结构,围护桩与内衬墙间由两端铰接链杆模拟,只传递压力,产生拉力时链杆不起作用。
地层对桩、墙、底板的抗力也均由链杆LINK10(compressiononly)模拟。
2、结构计算采用“荷载-结构”模式,借助于美国ANSYS公司编制的大型有限元结构计算程序ANSYS9.0进行计算分析。
在使用阶段考虑水压力由内衬墙承担,土压力由桩、内衬墙共同承担,从而形成重合墙模式。
通过模拟在主体与围护之间的刚性链杆(只能承受压力的二力杆)传力给主体结构。
3、本计算取三种工况,根据相关规范选取荷载“基本组合”和“标准组合”两种情况进行受力分析,以频遇组合检算。
①.基本组合:
覆土荷载+地面超载+侧向水土压力+结构自重+楼层设备荷载+楼层人群荷载+底板水压力
②.标准组合:
覆土荷载+地面超载+侧向水土压力+结构自重+楼层设备荷载+楼层人群荷载+底板水压力
③.频遇组合:
覆土荷载+侧向水土压力+结构自重+楼层设备荷载+底板水压力+人防荷载
4、主要计算参数
第i层土的天然重度——γi,见《小天竺站-岩土工程勘察报告》(详勘)。
地面超载——20kN/m2
土弹簧(链杆)刚度——依据不同土层其值不同,计算公式为Ki=kilib。
其中,ki为第i号弹簧所代表范围内的地层弹性反力系数,li为弹簧所代表的反力作用范围的长度,b为纵向的计算宽度,此处取为1m。
土的侧压力系数——根据结构受力特点,取为各土层的静止侧压力系数。
2.2.2计算方法
侧向土压力按静止土压力计算,计算竖向土压力时,不透水的粘土采用水土合算,其余土层采用水土分算。
围护、主体结构荷载分配原则:
侧向土压力按桩和侧墙的刚度比进行分配,水压力全部作用在侧墙上。
2.2.3地下水位
根据地质报告,地下水位取地面以下2.0m处。
2.3截面特性
计算宽度沿纵向取1米,即B=1米
1.顶板(用beam3来模拟):
C30砼B=1mD=0.8m
2.中板(用beam3来模拟):
C30砼B=1mD=0.4m
3.底板(用beam3模拟):
C30砼B=1mD=0.8m
4.负一层侧墙(用beam3):
C30砼B=1mD=0.6m
5.负二层侧墙(用beam3):
C30砼B=1mD=0.7m
6.围护(用beam3模拟):
C30砼B=1mD=0.756m(等效刚度计算得)
7.柱(用link10模拟):
C40砼800mm×1000mm
结构和围岩的相互作用用link10来实现,考虑到土体受力特性(不能受拉),将link10的option选项设置为compressiononly。
2.4荷载计算
1.顶板荷载:
(1)超载:
q1=20kN/m
(2)人防等效静荷载:
qe1=67kN/m
(3)上覆水土压力:
q2=
47kN/m
2.中板:
(1)人群荷载:
q3=4kN/m
(2)设备荷载:
q4=8kN/m
3.底板:
(1)竖直向上水压力荷载:
q5=
140kN/m
(2)人防等效静荷载:
qe1=62kN/m
4.围护结构上的荷载:
(1)顶板高度处侧向土压力:
e1=
7.30kN/m
(2)底板高度处侧向土压力:
e2=
12.42kN/m
(3)整个桩高度范围内,侧向土压力分段成正梯形分布
5.侧墙上的荷载:
(1)顶板处侧向水压力:
e3=
6.00kN/m,侧向土压力:
e4=
17.04kN/m
(2)底板处侧向水压力:
e5=
140.0kN/m,侧向土压力:
e6=
28.99kN/m
(3)整个侧墙高度范围内,侧向水土压力亦分段成正梯形分布,人防荷载按45kN/m均布作用。
6.荷载组合:
(a为荷载基本组合,b为荷载标准组合,c为频遇组合)
组合超载上覆水土压自重侧向水土压力人群设备底板水压力人防荷载
a1.41.351.351.351.41.351.350.0
b1.01.01.01.01.01.01.00.0
c0.01.21.21.20.01.21.21.0
图2-3标准断面单元网格划分图2-4扩大断面单元网格划分
图2-5标准断面荷载计算图图2-6扩大断面荷载计算图
2.5计算结果
2.5.1标准断面
1、基本组合:
图2-7标准断面结构变形图(基本组合)
图2-8标准断面结构轴力图(基本组合)
图2-9标准断面结构剪力图(基本组合)
图2-10标准断面结构弯矩图(基本组合)
2、标准组合:
图2-11标准断面结构变形图(标准组合)
图2-12标准断面结构轴力图(标准组合)
图2-13标准断面结构剪力图(标准组合)
图2-14标准断面结构弯矩图(标准组合)
3、频遇组合
图2-15标准断面结构变形图(频遇组合)
图2-16标准断面结构轴力图(频遇组合)
图2-17标准断面结构剪力图(频遇组合)
图2-18标准断面结构弯矩图(频遇组合)
2.5.2扩大断面
1、基本组合:
图2-19扩大断面结构变形图(基本组合)
图2-20扩大断面结构轴力图(基本组合)
图2-21扩大断面结构剪力图(基本组合)
图2-22扩大断面结构弯矩图(基本组合)
2、标准组合:
图2-23扩大断面结构变形图(标准组合)
图2-24扩大断面结构轴力图(标准组合)
图2-25扩大断面结构剪力图(标准组合)
图2-26扩大断面结构弯矩图(标准组合)
3、频遇组合
图2-27扩大断面结构变形图(频遇组合)
图2-28扩大断面结构轴力图(频遇组合)
图2-29扩大断面结构剪力图(频遇组合)
图2-30扩大断面结构弯矩图(频遇组合)
对计算结果数据的一些说明:
利用计算所得内力对结构进行配筋时,先用基本组合的结果进行初次配筋,再用标准组合检算裂缝,如果裂缝不满足,则进行配筋调整。
尽管频遇组合所产生的结构内力最大,但是该组合在正常使用阶段出现的几率非常低,故结构的抵抗能力要乘以一个较大的提高系数,在本次设计中并非控制工况。
第3章车站纵梁受力分析
3.1计算说明
纵梁平面计算取纵向全部跨度进行建模计算。
结构计算采用“荷载-结构”模式,采用ANSYS程序进行计算分析。
根据结构形式,纵梁受力模式为多跨连续梁,底纵梁与地基的接触用link10(compressiononly)模拟。
结构采用压顶梁抗浮,故在两端墙处,顶纵梁与柱交点位置,约束其向上的竖向位移。
3.2截面特性
a.顶纵梁(用beam3模拟):
C30砼b=1.2mh=1.8m
b.中纵梁(用beam3模拟):
C30砼b=0.9mh=1.0m
c.底纵梁(用beam3模拟):
C30砼b=1.2mh=2.1m
d.边柱(用link10模拟):
C40砼b=0.8mh=1.0m
e.中间柱(用link10模拟):
C40砼b=0.8mh=1.0m
3.3荷载计算
荷载计算单元在标准断面位置取结构中轴线(纵梁中轴线)左右两端各4.5m;在车站北端(1轴那端)扩大断面位置取结构中轴线(纵梁中轴线)左右两端各5.425m;在南端(23轴那端)扩大断面位置取结构中轴线(纵梁中轴线)左端5.425m,右端(含风道一端)5.75m。
经计算得,荷载值见表3-1。
计算采用三种荷载组合:
(a为荷载基本组合,b为荷载标准组合,c为频遇组合)
组合超载上覆水土压自重侧向水土压力人群设备底板水压力人防荷载
a1.41.351.351.351.41.351.350.0
b1.01.01.01.01.01.01.00.0
c0.01.21.21.20.01.21.21.0
纵梁计算模型如图3-1所示,加载图见图3-2。
图3-1小天竺站主体结构纵梁计算模型
图3-2小天竺站主体结构纵梁计算模型加载图
表3-1小天竺站主体结构纵梁荷载计算表(单位:
kN/m)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
北端扩
标准
南端扩
北端扩
标准
南端扩
北端扩
标准
南端扩
板带自重
193
156
199.5
99.5
81
102.8
217.1
156
224.4
梁自重
54
22.5
63
顶板上水土压力
510
423
525.2
——
——
路面超载
217
180
223.5
——
——
设备荷载
——
86.8
72
89.4
——
人群荷载
——
43.4
36
44.7
——
装修层
——
52.1
43.2
53.6
——
底板下水压力
——
——
-1519
-1260
-1564.5
人防荷载
727
603
748.7
——
-672.7
-558
-692.85
说明:
表中正值表示荷载方向为竖直向下,负值表示竖直向上。
(人防荷载参照人防通用图)
3.4计算结果
3.4.1基本组合
结构的变形及内力图见图3-3至图3-6。
纵梁在荷载基本组合下的内力设计值见表3-2至表3-5。
图3-3小天竺站纵梁变形图(基本组合)
图3-4小天竺站纵梁轴力图(基本组合)
图3-5小天竺站纵梁剪力图(基本组合)
图3-6小天竺站纵梁弯矩图(基本组合)
表3-2小天竺站纵梁轴力设计值(基本组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
1~2柱间
-447
186
6.5
2~3柱间
-432
184
-7.2
3~4柱间
-125
-108
-22
4~5柱间
-98
-122
-35
5~6柱间
-97
-125
-33
中间梁
-228
-37
-26
18~19柱间
-139
-105
-11
19~20柱间
-245
-11
1.3
20~21柱间
-434
164
15
21~22柱间
-458
187
16
22~23柱间
-395
131
9
说明:
本表为基本组合下的纵梁轴力设计值,轴力以受压为负值,受拉为正值
表3-3小天竺站纵梁剪力设计值(基本组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
1~2柱间
5982
1626
7477
2~3柱间
5662
1540
7388
3~4柱间
3801
989
5381
4~5柱间
3622
992
4711
中间梁
4444
1245
5799
18~19柱间
3962
1107
5335
19~20柱间
5070
1346
6011
20~21柱间
5924
1585
7121
21~22柱间
5654
1586
7542
22~23柱间
5781
1578
7305
说明:
本表为基本组合下的纵梁剪力设计值
表3-4小天竺站纵梁弯矩设计值(基本组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
左支座负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座负弯矩
左支座负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座负弯矩
左支座正弯矩
跨内最大负弯矩
右支座正弯矩
1~2柱间
-8506
4984
-7194
-2043
1333
-2313
10210
-5801
10743
2~3柱间
-7204
4883
-6416
-2159
1111
-2016
10781
-5496
7730
3~4柱间
-5546
964
-4213
-1138
462
-1148
7675
-1770
4772
中间梁
-6091
3216
-6078
-1698
862
-1687
7801
-4079
7817
19~20柱间
-5546
2721
-6692
-1620
784
-1644
6541
-3503
9100
20~21柱间
-7221
4561
-8297
-2204
1164
-2203
9116
-5576
10948
21~22柱间
-8375
4555
-7155
-2240
1124
-2249
10931
-5152
10034
22~23柱间
-6920
4330
-7913
-2124
1211
-1877
10048
-5276
9307
说明:
本表为基本组合下的纵梁弯矩设计值,弯矩以梁下侧受拉为正,上侧受拉为负。
表3-5小天竺站纵梁弯矩考虑构件厚度后的设计值(基本组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
左支座墙或柱边负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座墙或柱边负弯矩
左支座墙或柱边负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座墙或柱边负弯矩
左支座墙或柱边正弯矩
跨内最大负弯矩
右支座墙或柱边正弯矩
1~2柱间
-5806
4984
-4643
-1340
1333
-1580
6839
-5801
7391
2~3柱间
-4651
4883
-3957
-1465
1111
-1340
7438
-5496
4750
3~4柱间
-3825
964
-2697
-694
462
-703
5213
-1770
2755
中间梁
-4049
3216
-4037
-1136
862
-1127
5163
-4079
5176
18~19柱间
-3416
2721
-4403
-1018
784
-1038
3845
-3503
6047
19~20柱间
-4675
4561
-5625
-1491
1164
-1490
5922
-5576
7503
20~21柱间
-5694
4555
-4618
-1527
1124
-1535
7526
-5152
6769
21~22柱间
-4433
4330
-5306
-1413
1211
-1196
6753
-5276
6033
说明:
本表为基本组合下的纵梁弯矩设计值,弯矩以梁下侧受拉为正,上侧受拉为负。
3.4.2标准组合
结构的变形及内力如图3-7至图3-10所示。
纵梁在荷载标准组合下的内力设计值见表3-6至表3-9。
图3-7小天竺站纵梁变形图(标准组合)
图3-8小天竺站纵梁轴力图(标准组合)
图3-9小天竺站纵梁剪力图(标准组合)
图3-10小天竺站纵梁弯矩图(标准组合)
表3-6小天竺站纵梁轴力设计值(标准组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
1~2柱间
-360.7
145.7
48.8
2~3柱间
-348
147.3
34.5
3~4柱间
-92
-77
14.2
4~5柱间
-103.5
-90.6
4.4
5~6柱间
-80
-92
4.6
6~7柱间
-78.8
6.4
13.03
中间梁
-180.8
-20.2
16.1
16~17柱间
-159.8
-27.5
21
17~18柱间
-162.1
-24.8
20.7
18~19柱间
-112.4
-74.8
21
19~20柱间
-195.5
-3.3
32.6
20~21柱间
-344.8
131.4
47.1
21~22柱间
-366.9
152.3
48.4
22~23柱间
-319.6
108.2
45.2
说明:
本表为标准组合下的纵梁轴力设计值,轴力以受压为负值,受拉为正值。
表3-7小天竺站纵梁剪力设计值(标准组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
1~2柱间
4421
1365.6
5684.6
2~3柱间
4141
1264.3
5532.2
3~4柱间
2786
828.4
4121.6
4~5柱间
2663.6
831.9
3541.0
5~6柱间
2557.6
837.2
3449.8
中间梁
3183.3
1026.1
4084.2
18~19柱间
3279
906.6
4047.3
19~20柱间
3718.5
1131.3
4522.5
20~21柱间
4351.5
1330.5
5338.8
21~22柱间
4374.6
1329.5
5676.3
22~23柱间
4265
1271.4
5442.1
说明:
本表为标准组合下的纵梁剪力设计值。
表3-8小天竺站纵梁弯矩设计值(标准组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
左支座负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座负弯矩
左支座负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座负弯矩
左支座正弯矩
跨内最大负弯矩
右支座正弯矩
1~2柱间
-6358
3666
-5167
-1709
1119
-1944
8276
-4011
7951
2~3柱间
-5175
3627
-4752
-1809
933
-1694
7997
-4065
5795
3~4柱间
-4068
692
-3136
-957
386
-961
5787
-1430
3582
中间梁
-4474
2363
-4466
-1424
722
-1413
5845
-3018
5857
19~20柱间
-4101
1995
-4898
-1354
658
-1386
4918
-2619
6817
20~21柱间
-5310
3350
-6093
-1849
977
-1851
6814
-4125
8183
21~22柱间
-6164
3377
-5185
-1887
943
-1880
8167
-3845
7458
22~23柱间
-5006
3184
-5887
-1792
1017
-1564
7459
-3679
7509
说明:
本表为标准组合下的纵梁弯矩设计值,弯矩以梁下侧受拉为正,上侧受拉为负。
表3-9小天竺站纵梁弯矩考虑构件厚度后的设计值(标准组合)
顶纵梁
中纵梁
底纵梁
左支座墙或柱边负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座墙或柱边负弯矩
左支座墙或柱边负弯矩
跨内最大正弯矩
右支座墙或柱边负弯矩
左支座墙或柱边正弯矩
跨内最大负弯矩
右支座墙或柱边正弯矩
1~2柱间
-4362
3666
-3306
-1120
1119
-1328
5706
-4011
5467
2~3柱间
-3309
3627
-2936
-1227
933
-1125
5491
-4065
3578
3~4柱间
-2808
692
-2018
-585
386
-588
3895
-1430
2044
中间梁
-2974
2363
-2966
-953
722
-944
3861
-3018
3870
19~20柱间
-2533
1995
-3219
-849
658
-877
2887
-2619
4509
20~21柱间
-3439
3350
-4130
-1250
977
-1252
4416
-4125
5591
21~22柱间
-4190
3377
-3326
-1288
943
-1282
5600
-3845
4996
22~23柱间
-3165
3184
-3962
-1194
1017
-993
5003
-3679
5014
说明:
本表为标准组合下的纵梁弯矩设计值,弯矩以梁下侧受拉为正,上侧受拉为负。
3.4.3设计说明
纵梁承载能力极限状态按基本组合(3.4.1)的结果进行设计,正常使用极限状态按标准组合(3.4.2)的结果进行验算。
第4章车站主体结构抗浮验算
车站结构设计应按最不利情况进行抗浮稳定验算。
在不考虑侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小于1.05。
当适当考虑侧壁摩阻力时,其抗浮安全系数不得小于1.20。
当抗浮不能满足要求时,应采取相应的工程措施。
4.1不考虑侧壁摩阻力
取纵向1m进行验算,竖直向下的合力为:
浮力为:
安全系数为:
不满足要求。
4.2考虑侧壁摩阻力
基桩(单桩)的抗拔极限承载力标准值为:
纵向1m范围内的桩侧摩阻力为:
则考虑侧壁摩阻力时的抗浮安全系数为:
满足要求。
第5章小天竺站主体结构配筋计算
5.1板配筋计算
1
1
3
7
9
7
右线
左线
6
4
2
5
5
4
8
8
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