地鐵車站主體結構設計（地下矩形框架結構）西南交通大學地下工程系目錄第一章課程設計任務概述 2課程設計目的 2設計規范及參考書 3課程設計方案 3課程設計的基本流程 5第二章平面結構計算簡圖及荷載計算 52.1平面結構計算簡圖 52.2.荷載計算 62.3荷載組合 7第三章結構內力計算 10建模與計算 10本課程設計采用ANSYS進行建模與計算，結構模型如下圖： 10基本組合 3.2 標準組合 15第四章結構（墻、板、柱）配筋計算 20車站頂板上緣的配筋計算 20負一層中柱配筋計算 25頂縱梁上緣的配筋計算 26頂縱梁上緣裂縫寬度驗算 28第一章課程設計任務概述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（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）課程設計方案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1-13m，3m，中柱截面的橫向（即垂直于車站縱向0.8m（1-1），8m。為簡化計算，圍巖為均一土體，土體參數詳見表1-2，20kN/m2，鋼筋混凝土重度co25kN/m3，中板人群與設備荷載分別取4kN/m2、8kN/m2。荷載組合1-3縱向（縱梁）寬×高寬×高底縱梁尺寸：1000mm×2100mm（寬×高）。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、梁、柱的配筋。圖1-1地鐵車站橫斷面示意圖（單位：mm）A2,B26，1-11-21-3重度彈性反力系數重度彈性反力系數內摩擦角內聚力（kN/m3)K(MPa/m)()c(kPa)17.525021-注：飽和重度統一取“表中重度+3”LLh1h2h3T中柱70.80.50.750.70.8×0.7組合工況永久荷載組合工況永久荷載可變荷載基本組合1.35（1.0）1.4×0.7標準組合1.01.0注：括號中數值為荷載有利時取值。主要材料1、混凝土：墻、板、梁用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。課程設計的基本流程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（內力采用標準組合計算結果）的裂縫寬度是否通過？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、完成計算書第二章平面結構計算簡圖及荷載計算2.1平面結構計算簡圖12-1圖2-1荷載計算垂直荷載1、頂板垂直荷載：頂板垂直荷載由路面荷載和垂直土壓力組成。路面荷載：??1=20??????垂直土壓力由公式=∑??????? ,可得=17.5×3=52.5????/??32、中板垂直荷載：中板人群荷載：??3=4????/??2設備荷載：??4=8????/??23、底板垂直荷載：底板處水浮力：??5=9.8×13.51=132.398????/??2側向荷載1、側向土壓力：土的浮重度??′=?????????????=17.5+3?9.8=10.7????/??3側向壓力系數??=??????2(45°???)=??????2(45°?21°)=0.4722 2土壓力在頂板產生的側向土壓力：??1=0.472×52.5=24.78????/??2土壓力在底板產生的側向土壓力：??2=0.472×(52.5+10.7×13.51)=92.77????/??2路面荷載在頂板產生的側向壓力=0.472×20=9.44????/??2路面荷載在底板產生的側向壓力=0.472×20=9.44????/??22、側向水壓力側墻頂板處的水壓力為零。側墻底板處的水壓力：??5=9.8×13.51=132.398????/??2荷載組合基本組合1、頂板垂直荷載：?? =1.35×52.5+1.4×0.7×20=90.475????/??2頂板2、中板垂直荷載：?? =1.35×8+1.4×0.7×4=14.72????/??2中板3、底板垂直荷載：4、頂板側向荷載：

?? =1.35×132.398=178.737????/??2底板?? =1.35×(24.78+0)+1.4×0.7×9.44=42.704????/??2頂板5、底板側向荷載：?? =1.35×(92.77++1.4×0.7×9.44底板=313.228????/??26、頂縱梁荷載：荷載為兩個半跨頂板上的荷載及頂板自重之和。頂板垂直荷載設計值：頂板自重：

?? =(1.35×52.5+1.4×0.7×20)×7=633.325????/??頂?? =1.35×25×0.8×7=189????/??自重頂縱梁承受的荷載：?? =633.325+189=822.325????/??頂總7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設計值：?? =(1.35×8+1.4×0.7×4)×7=103.04????/??中頂板自重：?? =1.35×25×0.5×7=118.125????/??自重頂縱梁承受的荷載：?? =103.04+118.125=221.165????/??中總8、底縱梁荷載：頂板垂直荷載設計值：?? =1.35×132.398×7=1251.161????/??底頂板自重：?? =1.0×25×0.75×7=131.25????/??自重頂縱梁承受的荷載：?? =1251.161?131.25=1119.91????/??底總標準組合12

?? =1.0×52.5+1.0×20=72.5????/??2頂板34

?? =1.0×8+1.0×4=12????/??2中板?? =1.0×132.398=132.398????/??2底板?? =1.0×(24.78+0)+1.0×9.44=34.22????/??2頂板5、底板側向荷載：?? =1.0×(92.77+132.398)+1.0×9.44=234.608????/??2底板6、頂縱梁荷載：頂板垂直荷載設計值：?? =(1.0×52.5+1.0×20)×7=507.5????/??頂頂板自重：?? =1.0×25×0.8×7=140????/??自重頂縱梁承受的荷載：q =507.5+140=647.5????/??頂總7、中縱梁荷載：頂板垂直荷載設計值：?? =(1.0×8+1.0×4)×7=84????/??中頂板自重：?? =1.0×25×0.5×7=87.5????/??自重頂縱梁承受的荷載：8、底縱梁荷載：

?? =84+87.5=171.5????/??中總頂板垂直荷載設計值：?? =1.0×132.398×7=926.786????/??底頂板自重：?? =1.0×25×0.75×7=131.25????/??自重頂縱梁承受的荷載：?? =926.786?131.25=795.54????/??底總第三章結構內力計算建模與計算本課程設計采用ANSYS進行建模與計算，結構模型如下圖：圖3-1 結構模型模型中各構件單元截面的尺寸特性如表3-1：表3-1 構件單元截面尺寸表截面面積（b×h）慣性矩/m4單元類型材料頂板/m21×0.800.04266667Beam3C30中板1×0.50.01041667Beam3C30底板1×0.750.03515625Beam3C30側墻1×0.70.02858333Beam3C30中柱0.7×0.80.02986667Beam3C40彈簧1×0.5——Link10土基本組合橫斷面變形圖結構橫斷面變形圖如圖3-2。圖3-2 基本組合橫斷面變形圖橫斷面軸力圖結構橫斷面軸力圖如圖3-3。圖3-3 基本組合橫斷面軸力圖橫斷面剪力圖結構橫斷面剪力如圖3-4。圖3-4 基本組合橫斷面剪力圖3.2.3 橫斷面彎矩圖結構橫斷面彎矩如圖3-5。圖3-5 基本組合橫斷面彎矩圖標準組合橫斷面變形圖結構橫斷面變形圖如圖3-6。圖3-6 標準組合橫斷面變形圖橫斷面軸力圖結構橫斷面軸力圖如圖3-7。圖3-7 標準組合橫斷面軸力圖橫斷面剪力圖結構橫斷面剪力如圖3-8。圖3-8 標準組合橫斷面剪力圖3.2.3 橫斷面彎矩圖結構橫斷面彎矩如圖3-9。圖3-9 標準組合橫斷面彎矩圖第四章結構（墻、板、柱）配筋計算要進行結構斷面配筋，選用的彎矩和軸力是在考慮最不利位置處。對于梁端彎矩采用彎矩調幅系數，彎矩調幅系數是反映連續梁內力重分布能力的參數。調幅過后實際配筋內力見表4-14-1構件 彎矩軸力剪力尺寸頂板上緣 400.98286.564387.691000*800頂板下緣 350.032286.564387.691000*800中板上緣 237.731070127.041000*500中板下緣 107.5821070127.041000*500底板上緣 413.6911030749.251000*750底板下緣 9201030749.251000*750負一層側墻迎土面 436.101549.017302.6631000*700負一層側墻背土面 0549.017302.6631000*700負二層側墻迎土面 920861.454888.321000*700負二層側墻背土面 694.113861.454888.321000*700負一層中柱 06489.860800*700負二層中柱 081600800*700頂縱梁上緣 4640-35301000*1800頂縱梁下緣 2410-35301000*1800中縱梁上緣 1300-10201000*1000中縱梁下緣 734.131-10201000*1000底縱梁上緣 2680-42001000*2100底縱梁下緣 5730-42001000*2100車站頂板上緣的配筋計算s截面尺寸b×h=1000×800，αs=α‘s

=50mm，計算長度l0

=7m，h0=80050=750mmM=400.98kN?m??=286.564???????=14.3??/????2，ftk=2.01N/mm2，采用三??級鋼筋??′??

=

=0×5??2。1、求偏心距?? =M=

400.98×1000=1399.27????0 N 286.564

????

=??????20????，?30

=26????????=??0+????=1425????2、判斷大小偏心計算偏心距：????=1425????>0.3?0=225????所以屬于大偏心受壓構件。??3、求受壓區鋼筋面積??′??? 800??=+2?=1425+

?50=1775????取ξ=ξb=。則受壓區鋼筋面積：??=?????1???=′ ?? ??′?

???′?? 0 ??=286564×1775?1.0×14.3×1000××0.518×1 ?0.5×0.518 <0360×700 ?50????????

=max0.2%，0.45

×100% =0.2%????取′=???????????=0.002×1000×800=1600????2。??????選用7Φ20（??′??

=??2。4、求受拉鋼筋面積受壓區高度：2 2[???????′??′?0?????]??=??√?0

??????????=750?√7502?2[286564×1775?360×1600×750?5014.3×1000=9.75

????=9.75????<2??′??

=100????則受拉區鋼筋面積：

????

= ????′??????(?0???′)????? 800????′故

=?2+??′=1425?

+50=1075????????=

286564×1075360×(750?50)=1222.4????2<???????????=1600????2取????=???=0.002×1000×750=1600????2。選用（??=??2。??=

????

×

×

=0.074<

=0.518??? 1000×750 14.3 ??所以非超筋。5、箍筋計算驗算限制條件混凝土等級為C30，所以???=750

βc=1.0=0.75<4,屬于一般梁?? 10000.25???????????0=0.25×1.0×14.3×1000×750=2681.25??????=387.69????<0.25???????????0所以，非斜壓破壞。、檢查是否需要按計算配置箍筋頂板承受均布荷載，則??=1.5，軸力??=286.564?????? 1.75????? ?? ??+1

1.751.5+1

×1.43×1000×750只需要構造配筋

= 750.75????>??=387.69????箍筋（箍筋直徑滿足最小直徑要求，間距250mm6、裂縫寬度驗算??0=1399.27????>0.55?0=412.5????根據《混凝土結構設計規范（GB50010-200200>5時需要驗算裂縫寬度。??0= 7

=8.75<14? 0.8所以使用階段的軸向壓力偏心距增大系數????=1.0。軸向壓力作用點至縱向受拉鋼筋合力點的距離：? 800??=??????0+2?????=1.0×1399.27+ 2 ?50=1749.27?????? =[0.87?0.12

?02]??? 0= [0.87?0.12

750 2]×750=635.96????1749.27按有效受拉混凝土截面面積計算的縱向受拉鋼筋配筋率：?? =

???? =

=0.00549????

0.5??? 0.5×1000×800按荷載效應的標準組合計算的軸向力：????=260.776????鋼筋混凝土構件受拉區縱向鋼筋的應力：?? =?

=260776×1749.27 ?

=207.6??/????2????

?????? 2199×635.96裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數：??=1.1?0.65

=1.1?

0.65×2.01

=?0.046<0.2故取??=0.2。

0.00549×207.6最外層縱向受拉鋼筋外邊緣至受拉區底邊的距離??=50????。受拉區縱向鋼筋的等效直徑??????=20????。故最大裂縫寬度：?? =1.9????????1.9?? +0.08????????????

E??

??????= 1.9×0.2× 207.6 1.9 ×50+0.08×

=0.145<0.2????2.0×0.00549故滿足裂縫寬度。地鐵結構其他截面位置配筋過程同頂板上緣類似，均選取混凝土等級C30，??2.01??/????2，采用三級鋼筋??′??

=360??/????2，??=05??24-24-3。頂板上緣頂板下緣中板上緣中板下緣底板上緣底板下緣1000*8001000*8001000*5001000*5001000*7501000*750400.98350.032237.73107.582413.691920286.564286.56410701070749.25749.251399.271221.479222.176100.54552.141227.895111111大偏心大偏心大偏心小偏心大偏心大偏心2199219912721272188415207D207D205D185D186D204D222199219912721272188471257D207D205D185D186D207D36387.69387.69127.04127.04749.25749.252681.252681.251608.751608.752502.52502.5750.75750.75450.45450.45700.7700.7構造構造構造構造構造構造六肢六肢六肢六肢六肢六肢D10@250D10@250D10@250D10@250D10@250D10@2500.1450.1230.127不需要不需要0.191尺寸??×?/????尺寸??×?/????彎矩設計值/(???????)??0/????偏心距增大系數??受壓鋼筋面積????/mm2數量及截面直徑/????受拉鋼筋面積??數量及截面直徑/????/mm2??+11.75??????? 0+0.07??如何配筋箍筋量裂縫寬度驗算負一層側墻迎土面負一層側墻背土面負二層側墻迎土面負二層側墻背土面尺寸??×?/????1000*7001000*7001000*7001000*700彎矩設計值/(???????)436.1010920694.113軸力設計值/????302.663302.663888.32888.32偏心距??0/????1440.8801035.663730.72偏心距增大系數??1111判斷大小偏心受壓大偏心小偏心大偏心大偏心受壓鋼筋面積????/mm21608188415201520數量及截面直徑/????8D166D204D224D22受拉鋼筋面積??′/mm26434431064344310數量及截面直徑/????8D327D288D327D28剪力設計值/????302.663302.663888.32888.320.25β?????????02323.752323.752323.752323.75????+1????+11.75??????? 0+0.07??650.65650.65650.65650.65如何配筋箍筋量裂縫寬度驗算構造六肢D10@2500.2構造六肢D10@250不需要計算配筋六肢0.192計算配筋六肢0.194負一層中柱配筋計算負一層中柱中柱尺寸800×700，軸力設計值N=6489.86kN，混凝土等級C40，fc=y19.1N/mm2ftk=2.39N/mm2采用三級鋼筋（fy=f′=360N/mm2Es=y052

N≤0.9φ（fcA+f′)y s式中，N---軸向壓力設計值（N）;Φ---鋼筋混凝土構件的穩定系數fc---混凝土軸心抗壓強度設計值（N/mm2）A---構件截面面積（mm2）As‘---全部縱向鋼筋的截面面積（mm2）Asl0=4550=5.69故取φ=1。因此柱的配筋：ANA

?f

b 8006489860?19.1×800×700′=0.9φ c fs ′fy

0.9

360 <0故采用構造配筋：As′=????????As

???=0.002×800×700=1120????2s4s

=m2。箍筋選用10250配筋率驗算：??′ 1256??′= ??= =0.224%<

=5%

?? 800×700

max800700，軸力設計值N=8160kN，混凝土等級C40fc=y19.1N/mm2ftk=2.39N/mm2采用三級鋼筋（fy=f′=360N/mm2Es=ys2.0×N/mm2。配筋計算過程同負一層中柱配筋?？v筋選用4根20（A′=s1256mm2。箍筋選用六肢Φ10@250頂縱梁上緣的配筋計算縱梁上緣b×h=1000×1800,彎矩設計值M=4640kN?m，混凝土等級c

=m2

=2.01N/mm2

=f′

=360N/mm2，yEs=052。1=，1=。1、縱筋計算y假定受拉鋼筋放2排，設αs=60mm，則h0=h?αs=1800?80=1740mm。α = M =

4640×106

=0.107s α1fcbh2 1×14.3×1000×sζ=1?√1?2α =0.114<ζ=0.55sb故可以按照單筋截面配筋。則 γs=0.5×1 +√1?2αs =0.943A = M =

4640×106

=7853s fyγsh0 360×0.944×1740選用12Φ40（As=1507.92）ε=As

×fy

×360

=0.211<

=0.544所以非超筋。

bh fc 1000×1800 14.3 bρ=Asbh所以非少筋。2、箍筋計算

= 15079.21000×1800

=0.838%>ρmin=0.2%驗算限制條件混凝土等級為C30，所以

βc=1.0hw=1740b 1000

=1.74<4,屬于一般梁???0=0.25×1.0×14.3×1000×1740=6220.5??????=3530????<0.25???????????0所以，非斜壓破壞。、檢查是否需要按計算配置箍筋頂板承受均布荷載，則??=1.5，軸力??=286.564?????? 1.75????? ?? ??+1

1.751.5+1

×1.43×1000×1740需要按計算配置箍筋。設計箍筋

= 1741.74????>??=3530????六肢Φ10箍筋（箍筋直徑滿足最小直徑要求）??????=????????1=6×113.1=471????2??≤

1.25?0??????

1.25×1740×471×360

=206.2???????3530000?0.7×1.43×1000×1740取??=120????，箍筋間距滿足要求。ρ =

471

=0.39%>

=0.24×