地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u4527地鐵車站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算過程案例 1283421.1主體結(jié)構(gòu)設(shè)計概述 130721.2主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸與材料 1285981.3荷載與組合 2183721.4結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算 2215571.5構(gòu)件配筋計算 8221461.1.1頂板配筋與抗裂驗算 8267321.1.2中板配筋與抗裂驗算 12310241.1.3底板配筋與抗裂驗算 141421.1.4側(cè)墻配筋與抗裂驗算 17219851.1.5中柱配筋與抗裂驗算 2026381.1.6頂縱梁配筋與抗裂驗算 22112041.1.7中縱梁配筋與抗裂驗算 26141701.1.8底縱梁配筋與抗裂驗算 29321.6小結(jié) 331.1主體結(jié)構(gòu)設(shè)計概述首先根據(jù)工程類比，擬定好各個主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料和尺寸。根據(jù)施工場地的地層信息計算出車站主體結(jié)構(gòu)受到的覆土壓力、側(cè)向土壓力、側(cè)向水壓力和水浮力等。通過使用sap84軟件對車站主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力進行計算。根據(jù)sap84軟件得到的內(nèi)力計算結(jié)果以及相關(guān)規(guī)范對主體結(jié)構(gòu)的各個部位進行配筋和裂縫驗算。表5-1構(gòu)件最小凈保護層厚度構(gòu)件名稱頂板樓板底板保護層厚度（mm）外側(cè)內(nèi)側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)45353045351.2主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸與材料對于主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計第一步是要確定主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和所使用的材料。通過工程類比擬定各結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和材料。擬定結(jié)果如下表所示。表5-2構(gòu)件尺寸、材料表構(gòu)件名稱構(gòu)件尺寸（m、m×m）構(gòu)件材料頂板0.8C35混凝土，HRB400級鋼筋中板0.4C35混凝土，HRB400級鋼筋底板0.9C35混凝土，HRB400級鋼筋頂縱梁1.2×1.8C35混凝土，HRB400級鋼筋中縱梁1.0×1.0C35混凝土，HRB400級鋼筋底縱梁1.2×2.2C35混凝土，HRB400級鋼筋中柱1.0×0.8C50混凝土，HRB400級鋼筋側(cè)墻0.7C35混凝土，HRB400級鋼筋1.3荷載與組合荷載對于工程而言十分重要，這關(guān)系到計算所得出的結(jié)果在建筑物實際使用階段是否安全穩(wěn)定。首先需要考慮需要布置的荷載，在本設(shè)計中主要考慮永久荷載和可變荷載這兩種荷載。然后還需要確定各項的荷載的數(shù)值，全部確定完成后便可使用軟件進行計算。荷載的具體取值如下表所示。表5-3荷載分類表荷載分類荷載名稱荷載取值永久荷載結(jié)構(gòu)自重通過計算得出覆土荷載通過計算得出側(cè)土壓力通過計算得出側(cè)水壓力通過計算得出浮力通過計算得出設(shè)備荷載取8kPa可變荷載人群荷載取4kPa地面超載取20kPa地面超載引起的側(cè)向壓力取10kPa計算中所使用的荷載組合及其分項系數(shù)如下表所示。表5-4荷載組合表荷載組合荷載種類基本組合準永久組合永久荷載1.1×1.351.0可變荷載1.1×1.4×1.0×0.70.5備注用于配筋計算用于抗裂驗算1.4結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算首先計算土體容重的加權(quán)平均值，計算結(jié)果如下：γ其中：γihi1.頂板荷載在車站的頂板主要受到的荷載有地面超載和水土壓力，其中地面超載q1q其中：γ——土各層的平均容重；h——覆土厚度。2.中板荷載車站中板所受到的荷載包括人群荷載和設(shè)備荷載，根據(jù)工程實例和相關(guān)規(guī)范取人群荷載q3=4kN3.底板荷載車站底板主要是受到了水浮力，水浮力的計算如下：q其中：γwh14.側(cè)墻荷載側(cè)墻所受到的荷載包括側(cè)向土壓力、側(cè)向水壓力和側(cè)向超載。其中側(cè)向超載q10q根據(jù)實際工程資料綜合考慮，在本設(shè)計中土的側(cè)壓力系數(shù)K0由公式可得側(cè)土壓力在車站頂部的值如下：q側(cè)土壓力在車站底部的值如下：q側(cè)水壓力在車站頂部的值如下：q側(cè)水壓力在車站底部的值如下：q使用sap84軟件，將計算所得到的荷載布置在對應的部位，荷載類型分成兩種，荷載1為永久荷載，荷載2為可變荷載。通過軟件計算可得到車站頂板、中板、底板、側(cè)墻和中柱在基本組合和準永久組合下的軸力、剪力和彎矩。主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力圖如下所示：圖5-1基本組合彎矩圖圖5-2基本組合軸力圖圖5-3基本組合剪力圖圖5-4準永久組合彎矩圖圖5-5準永久組合軸力圖圖5-6準永久組合剪力圖關(guān)于縱梁在sap84中的建模，選取5跨進行計算，內(nèi)力值選取中跨計算所得的內(nèi)力進行計算?？v梁的荷載取兩側(cè)各半跨板所受的荷載，并將荷載作用至縱梁上。得到的內(nèi)力結(jié)果圖如下。圖1.7縱梁基本組合彎矩圖圖1.8縱梁準永久組合彎矩圖1.5構(gòu)件配筋計算1.1.1頂板配筋與抗裂驗算由于頂板內(nèi)外側(cè)的最大內(nèi)力值不同，并且頂板內(nèi)外側(cè)要求的最小裂縫寬度也不同，因此頂板內(nèi)外側(cè)的配筋和抗裂驗算需要分開計算。雖然頂板既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.頂板內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba頂板使用的混凝土的強度等級為C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξbα式中αs；b——矩形截面寬度；h0(1)配筋計算由公式得αξγ式中ξ——相對受壓區(qū)高度；ξbA由公式得A配8C22，Aρρmin(2)裂縫驗算構(gòu)件為矩形截面受彎構(gòu)件。αcrb縱筋根數(shù)、直徑：8C22，縱向鋼筋等效直徑dEftk=2.2Nascs=24mmαcrdeqAsEsftkv——帶肋鋼筋的相對粘結(jié)特性系數(shù)。按荷載準永久組合計算的彎矩值M=388縱向受拉鋼筋配筋率ρteρ其中：AsAte對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ取ρte在荷載準永久組合下受拉區(qū)縱向鋼筋的應力σsqσ裂縫間縱向受拉鋼筋應變不均勻系數(shù)ψ：ψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。2.頂板外側(cè)配筋與抗裂驗算ba使用的混凝土的強度等級為C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式可得αξγ由公式可得A配8C28，Aρ(2)裂縫驗算截面尺寸：b縱筋根數(shù)、直徑：8C28，dEsftk=2.2Nascs=31mmρ對矩形截面受彎構(gòu)件：Aρσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋根據(jù)相關(guān)規(guī)范，箍筋按照0.25%的截面面積進行配筋箍筋面積計算如下：1000×800×0.25%=2000根據(jù)計算得到的箍筋面積設(shè)置構(gòu)件上下部的估計均為B18@150。1.1.2中板配筋與抗裂驗算中板主要受到的是軸力，彎矩十分小，中板兩側(cè)要求的最小裂縫寬度也一樣，因此計算時只需要用最大的軸力就行配筋和抗裂驗算即可。中板的兩側(cè)可以采用相同的配筋，不需要分別設(shè)計。由于中板受到的軸力遠大于彎矩，所以將中板按照偏向受壓構(gòu)件來處理。偏心距：e0附加偏心距：eae式中：eie0ea由公式得ζ式中：N——荷載在該處產(chǎn)生的軸力；ζcA——構(gòu)件的截面面積。由公式得ζ取ζCηCMee其中：Cm——彎矩增大系數(shù)h——截面高度h0判斷偏壓類別x式中x——受壓區(qū)高度。由公式得x判定為大偏心受壓。由于x<2as1.配筋計算對As e'=式中e'由公式得eA由公式得A選用9C28鋼筋面積5542mmρ符合要求。2.裂縫驗算b縱筋根數(shù)、直徑：9C28，dEsftk=2.2Nascs=20mmAρσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋根據(jù)相關(guān)規(guī)范，箍筋按照0.25%的截面面積進行配筋箍筋面積計算如下：1000×400×0.25%=1000根據(jù)計算得到的箍筋面積設(shè)置構(gòu)件上下部的估計均為B16@150。1.1.3底板配筋與抗裂驗算由于底板內(nèi)外側(cè)的最大內(nèi)力值不同，并且底板內(nèi)外側(cè)要求的最小裂縫寬度也不同，因此底板內(nèi)外側(cè)的配筋和抗裂驗算需要分開計算。雖然底板既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.底板內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋計算由公式得αξγ由公式A配6C22，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：6C22，dEsftk=2.2ascs=24mm彎矩值M=321ρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ取ρteσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。2.底板外側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配8C28，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：10C28，受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑dEsftk=2.2Nascs=31mmρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋根據(jù)相關(guān)規(guī)范，箍筋按照0.25%的截面面積進行配筋箍筋面積計算如下：1000×800×0.25%=2000根據(jù)計算得到的箍筋面積設(shè)置構(gòu)件上下部的估計均為B20@150。1.1.4側(cè)墻配筋與抗裂驗算由于側(cè)墻內(nèi)外側(cè)的最大內(nèi)力值不同，并且側(cè)墻內(nèi)外側(cè)要求的最小裂縫寬度也不同，因此側(cè)墻內(nèi)外側(cè)的配筋和抗裂驗算需要分開計算。雖然側(cè)墻既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.側(cè)板內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配8C20，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：8C22，dEsftk=2.2Nascs=25mm彎矩M=299ρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ取ρteσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。2.側(cè)墻外側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式得αξγ由公式A配9C32，Aρ(2)裂縫驗算矩形截面受彎構(gòu)件，構(gòu)件受力特征系數(shù)αcrb縱筋根數(shù)、直徑：9C32，受拉區(qū)縱向鋼筋的等效直徑dEsftk=2.2Nascs=29mm由公式得ρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρσsqσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋根據(jù)相關(guān)規(guī)范，箍筋按照0.25%的截面面積進行配筋箍筋面積計算如下：1000×700×0.25%=1760根據(jù)計算得到的箍筋面積設(shè)置構(gòu)件上下部的估計均為B20@150。1.1.5中柱配筋與抗裂驗算按照sap84的模型，得到的內(nèi)力分析圖，柱受到的彎矩很小，所以按照軸心受壓來計算。車站站廳層和站臺層的中柱受到的軸力不同，因此兩層的中柱需要單獨進行配筋和抗裂驗算。1.站廳層立柱配筋E鋼筋采用HRB400，f站廳層中柱長度為l構(gòu)件計算長度為ll0/截面面積：A混凝土為C50：f設(shè)計軸力：NA式中Asφ——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)；A——構(gòu)件截面面積；N——構(gòu)件所受軸力設(shè)計值；fyfc由公式得A故應根據(jù)最小配筋率配筋，由規(guī)范可知，受壓構(gòu)件全部縱向鋼筋的最小配筋率ρA在本設(shè)計中，柱采用8C28，Aρ=滿足構(gòu)造要求。箍筋采用B10@200。2.站臺層立柱配筋計算E鋼筋采用HRB400，f站廳層中柱長度l構(gòu)件計算長度ll0/截面面積：A混凝土為C50：f設(shè)計軸力：NA式中Asφ——軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性系數(shù)；A——構(gòu)件截面面積；N——構(gòu)件所受軸力設(shè)計值；fyfc由公式得A根據(jù)最小配筋率配筋。由規(guī)范得A根據(jù)相應規(guī)范，在設(shè)計中，柱采用8C28，Aρ滿足構(gòu)造要求。箍筋采用B20@150。1.1.6頂縱梁配筋與抗裂驗算雖然頂縱梁既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.頂縱梁內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配10C28，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：10C28，dEftk=2.2Nascs=21mm彎矩M=2050ρteρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ取ρteσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。2.頂縱梁外側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配10+10C32，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：10+10C32，dEftk=2.2Nascs=29mmρteρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋由內(nèi)力圖可知Vhw=根據(jù)計算結(jié)果可知該構(gòu)件屬于厚腹梁。β0.25符合要求。0.7需要配置箍筋。n配置四肢箍筋B16@150，因此ρ符合規(guī)范。1.1.7中縱梁配筋與抗裂驗算雖然中縱梁既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.中縱梁內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配8C18，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：10C28，dEftk=2.2Nascs=26mm彎矩M=2050ρteρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ取ρteσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。2.中縱梁上部配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξ(1)配筋計算由公式得：αξγ由公式得：A配8C22，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：8C22，dEsftk=2.2Nascs=34mmρteρ對矩形截面的受彎構(gòu)件：Aρ故取ρσψ最大裂縫寬度ωmaxω滿足要求。3.分布筋由內(nèi)力圖可知Vh屬于厚腹梁?；炷翉姸鹊燃墳镃35，故βc0.25截面不符合要求。0.7不需要配置箍筋。配置四肢箍筋B10@150，滿足構(gòu)造需求。1.1.8底縱梁配筋與抗裂驗算雖然底縱梁既有彎矩又有軸力，但是其軸力相比彎矩很小。因此可以將其簡化為受彎構(gòu)件進行驗算。1.底縱梁內(nèi)側(cè)配筋與抗裂驗算ba混凝土等級C35ff鋼筋采用HRB400fα查表得ξb(1)配筋計算由公式得αξγ由公式得A配8C32，Aρ(2)裂縫驗算αb縱筋根數(shù)、直徑：8C32，dEsft