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某地铁车站内部结构设计计算书


1 内部结构设计
1.1 计算模型及荷载工况
本车站为地下三层车站,内部结构按荷载情况、施工方法,模拟开挖、使用 阶段不同的受力状况,按最不利情况进行计算。结构计算模型为支承在弹性地基 上的平面框架结构,基底用土弹簧模拟。 对于纵梁的计算,取横断面各个荷载工况里的柱轴力的最大值,建立 5 跨标 准纵断面模型,将柱的轴力作为均布荷载作用在纵梁上,计算出梁的内力。 按荷载情况分别按重力工况、水反力工况和最终使用工况进行计算。重力工 况荷载:恒载+活载;水反力工况荷载:恒载+水反力;最终使用工况荷载:恒载+ 活载+水反力。 内部结构按照三个不同工况最终包络后的最不利内力进行配筋。 1.2 主要计算参数 计算采用 SAP2000 软件,取纵向长度 1m 为一计算单元。计算中采用的 c、φ 以及侧向基床系数均按照地质报告推荐值取用。 主体结构混凝土梁、板、侧墙等级为 C35,柱为 C45;底板厚度 1100mm,上 /下中板厚度 400mm,顶板厚度 600mm,侧墙地下一层范围为 600mm,地下二层 为 700mm,地下三层范围为 800mm。钻孔灌注桩考虑长期环境作用下刚度折减 50%,等刚度折算为 665 厚围护墙。 0.5 ×

π ×1.04
64

=

1.0 × h3 12

h=665mm

侧墙设计为复合墙,主体结构的侧墙承受侧向水压力(压顶梁上面的部分侧墙 同时承受水土压力) ,围护桩承受侧向土压力。 计算参数: 土体静止土压力系数:取地质条件最不利断面加权计算静止土压力系数 1.8 x0.5 + 3.4 x0.46 + 10.3x0.75 + 3.2 x0.5 K0= =0.63,计算时取 0.65 1.8 + 3.4 + 10.3 + 3.2 加权平均计算土的容重:

1

1.8 x18 + 3.4 x18.8 + 10.3x17.5 + 3.2 x19 =18KN/m? 1.8 + 3.4 + 10.3 + 3.2
抗浮水位取至设计地面下 3m,水土压力采用水土分算; 底板竖向及水平基床系数: 20000KPa/m; 1.3 单柱横剖面计算

1、恒载计算:
结构自重:软件自动计算,混凝土容重去 25 KN/m?; 覆土:1.9x19=36.1KPa; 装修层自重:0.15x20=3 KPa; 水压力(顶板~压顶梁位置) :0~20Kpa(为方便软件加荷载,取顶板位置水压 力为 0,实际水压力在顶板下 1.2 米的位置) ; 土压力 (顶板~压顶梁位置) : 18x2.2x0.65=26 KPa ~(8x2+1 8x3.3)x0.65=49 Kpa; 水压力(顶板压顶梁位置~底板) :20Kpa~10x17.7=177 Kpa; 土 压 力 ( 顶 板 压 顶 梁 位 置 ~ 底 板 ): (8x2+18x3.3)x0.65=49Kpa~

(18x3.3+8x17)x0.65=127 Kpa; 2、活载计算:
地面超载:20 Kpa; 中板活载:4Kpa(设备区 8Kpa) ;

3、水反力计算: 10x17.7=177 Kpa。 4、计算结果包络及配筋:

2

弯矩包络图(KN·M)

剪力包络图(KN)
3

轴力包络图(KN) 根据计算结果进行截面配筋及裂缝验算如下表 (中板按照上下中板最不利进配 筋) 。
构件 顶板跨中 顶板中支座 顶板边支座 中板跨中 中板中支座 中板边支座 底板跨中 底板中支座 底板边支座 侧墙跨中 侧墙上支座 侧墙上中支座 侧墙下中支座 侧墙下支座 计算弯矩 M (KN·m/m) 325 638 569 65 193 197 1163 889 1965 573 569 230 607 1965 剪力 Q (KN/m) —— 348 341 —— 81 91 —— 361 967 —— 287 242 618 1175
4

板厚 h (mm) 600 600 800 400 400 400 1100 1100 1100 800 600 700 800 800

配筋方式 25@150 28@150+32@300 28@150+28@300 22@150 22@150 22@150 28@100 32@100 32@100+28@150 28@150 28@150+28@300 28@150 28@150 32@100+28@150

裂缝宽度 (mm) 0.219 0.183 0.19 0.04 0.241 0.246 0.269 0.112 0.165 0.248 0.192 0.04 0.162 0.188

5、抗剪计算
从计算图中可以读出各层板的最大剪力; 底板最大剪力标准值 967KN,设计值为 1.1x1.35x967=1436KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*1360 = 1499007N ≥ V = 1436000N,抗剪满足要求; 中板最大剪力标准值 88KN,设计值为 1.1x1.35x88=131KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*360 = 439600N ≥ V =

131000N,抗剪满足要求;
顶板最大剪力标准值 347KN,设计值为 1.1x1.35x347=515KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*560 = 611520N ≥ V =

515000N,抗剪满足要求;
与 底 板 交 接 的 侧 墙 最 大 剪 力 标 准 值 1174KN , 设 计 值 为

1.1x1.35x1174=1744KN, 考虑底板加腋: 0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*1100 = 1208900N<1744000,考虑配箍筋(箍筋间距 300mm) Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (1744000-0.7*1.57*1000*1060)*300/(360*1060) = 464mm ? (考虑 了腋角) 箍筋肢距 300mm,则单根箍筋的需要面积为 464/3.33=139,选取箍筋钢筋直 径为 16,单肢面积 201.1 mm ?

6、轴压比计算
柱混凝土采用 C40 最大轴力设计值为:1068x8x1.1x1.35=12687.84KN

fcxA=19.1x1000x0.7x1.3=17381 fcxA/N=0.73<0.8 满足要求
1.4 双柱横剖面计算

1、恒载计算:
结构自重:软件自动计算,混凝土容重去 25 KN/m?; 覆土:1.9x19=36.1KPa; 装修层自重:0.15x20=3 KPa;

5

水压力(顶板~压顶梁位置) :0~20Kpa(为方便软件加荷载,取顶板位置水压 力为 0,实际水压力在顶板下 1.2 米的位置) ; 土压力 (顶板~压顶梁位置) : 18x2.2x0.65=26 KPa ~(8x2+1 8x3.3)x0.65=49 Kpa; 水压力(顶板压顶梁位置~底板) :20Kpa~10x17.7=177 Kpa; 土 压 力 ( 顶 板 压 顶 梁 位 置 ~ 底 板 ): (8x2+18x3.3)x0.65=49Kpa~

(18x3.3+8x17)x0.65=127 Kpa; 2、活载计算:
地面超载:20 Kpa; 中板活载:4Kpa(设备区 8Kpa) ;

3、水反力计算: 10x17.7=177 Kpa。 4、计算结果包络及配筋:

弯矩包络图(KN·M)

6

剪力包络图(KN)

轴力包络图(KN)
7

根据计算结果进行截面配筋及裂缝验算如下表 (中板按照上下中板最不利进配 筋) 。
构件 顶板跨中 顶板中支座 顶板边支座 中板跨中 中板中支座 中板边支座 底板跨中 底板中支座 底板边支座 侧墙跨中 侧墙上支座 侧墙上中支座 侧墙下中支座 侧墙下支座 计算弯矩 M (KN·m/m) 337 340 457 66 123 209 1306 717 1693 653 457 228 788 1683 剪力 Q (KN/m) —— 217 283 —— 66 99 —— 209 793 —— 244 181 757 1110 板厚 h (mm) 600 600 600 400 400 400 1100 1100 1100 800 600 700 800 800 配筋方式 25@150 28@150 28@150+28@300 22@150 22@150 22@150 32@100 28@100 28@100+28@150 32@150 28@150+28@300 28@150 28@150+28@300 28@100+28@150 裂缝宽度 (mm) 0.238 0.178 0.129 0.04 0.08 0.235 0.214 0.08 0.123 0.229 0.129 0.06 0.143 0.123

5、抗剪计算
从计算图中可以读出各层板的最大剪力; 底板最大剪力标准值 793KN,设计值为 1.1x1.35x793=1178KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*1360 = 1499007N ≥ V = 1178000N,抗剪满足要求; 中板最大剪力标准值 75KN,设计值为 1.1x1.35x75=112KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*360 = 439600N ≥ V =

112000N,抗剪满足要求;
顶板最大剪力标准值 268KN,设计值为 1.1x1.35x268=398KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*560 = 611520N ≥ V =

398000N,抗剪满足要求;
与底板交接的侧墙最大剪力标准值 1110KN, 设计值为 1.1x1.35x1110=1648KN, 考虑底板加腋:0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*1100 = 1208900N<1648000, 考虑配箍筋(箍筋间距 300mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
8

= (1648000-0.7*1.57*1000*1060)*200/(360*1060) = 345mm ? (考虑 了一部分腋角) 箍筋肢距 300mm,则单根箍筋的需要面积为 345/3.33=103.6,选取箍筋钢筋直 径为 16,单肢面积 201.1 mm ?

6、轴压比计算
柱混凝土采用 C40 最大轴力设计值为:813x8x1.1x1.35=9658.44KN

fcxA=19.1x1000x0.6x1.2=17381 fcxA/N=0.71<0.8 满足要求
1.5 单柱纵框架计算结果及配筋

纵框架计算弯矩图

单位(KN·M)

9

纵框架计算剪力图

单位(KN)

根据计算结果进行截面配筋及裂缝验算如下表(上中纵梁根据人防配筋进行配筋 设计) 。
构件 顶纵梁 下中纵梁 底纵梁 跨中 端部 跨中 端部 跨中 端部 截面 900 800 1000 1800 1000 2200 弯矩 (kN﹒m) 2465 4198 521 1014 2158 5945 支座剪力 (kN) 0 3332 0 768 0 4051 裂缝宽度 (mm) 0.114 0.174 0.16 0.141 0.08 0.161 配筋数量 13φ28 18φ28 9φ25 9φ28 12φ32 20φ32

5、抗剪计算
顶纵梁最大剪力标准值 3332KN,设计值为 1.1x1.35x3332=4948KN,

0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*900*1800 = 1780380N < V = 4948000N,抗
剪不满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (4948000-0.7*1.57*900*1800)*100/(360*1800) = 488mm ? 配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 488/4=122.2,选取箍筋钢筋直径为 16, 单肢面积 201.1 mm ? 中纵梁最大剪力标准值 768KN,设计值为 1.1x1.35x768=1140KN, 抗剪 0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*800*1000 = 879200N < V = 1140000N, 不满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (1140000-0.7*1.57*800*1000)*100/(360*1000) = 72mm ? 配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 72/4=18,选取箍筋钢筋直径为 14,单肢 面积 154 mm ? 底纵梁最大剪力标准值 4051KN,设计值为 1.1x1.35x4051=6016KN, 抗 0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*1000*2200 = 2198000N < V = 6016000N, 剪不满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
10

= (6016000-0.7*1.57*1000*2200)*100/(360*2200) = 488mm ? 配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 481/4=120.3,选取箍筋钢筋直径为 16, 单肢面积 201.1 mm ? 1.6 双柱纵框架计算结果及分析

纵框架计算弯矩图

单位(KN·M)

纵框架计算剪力图

单位(KN)

11

根据计算结果进行截面配筋及裂缝验算如下表。
构件 顶纵梁 下中纵梁 底纵梁 跨中 端部 跨中 端部 跨中 端部 截面 800 800 800 1600 900 2200 弯矩 (kN﹒m) 1536 2833 411 804 1839 4320 支座剪力 (kN) 0 2185 0 608 0 3080 裂缝宽度 (mm) 0.102 0.086 0.051 0.113 0.08 0.122 配筋数量 11φ28 14φ28 9φ25 9φ28 11φ32 18φ32

顶纵梁最大剪力标准值 2185KN,设计值为 1.1x1.35x2185=3245KN,

0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*800*1600 = 1067200N < V = 3245000N,抗
剪不满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (3245000-0.7*1.57*800*1600)*100/(360*1600) = 378mm ? 配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 378/4=94.5,选取箍筋钢筋直径为 16,单 肢面积 201.1 mm ? 中纵梁最大剪力标准值 608KN,设计值为 1.1x1.35x608=903KN, 抗剪不 0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*800*900 = 791280N < V = 903000N, 满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (903000-0.7*1.57*800*900)*100/(360*900) = 34mm ? 配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 34/4=8.6,选取箍筋钢筋直径为 14,单肢 面积 154 mm ? 底纵梁最大剪力标准值 3080KN,设计值为 1.1x1.35x3080=4574KN,

0.7 * ft * b * ho = 0.7*1.57*800*2200 = 1934240N < V = 4574000N,抗
剪不满足要求; 考虑配箍筋(箍筋间距 100mm)

Asv = (V - 0.7 * ft * b * ho) * S / (Fyv * ho)
= (6016000-0.7*1.57*1000*2200)*100/(360*2200) = 333mm ?
12

配四肢箍,则单根箍筋的需要面积为 333/4=83.3,选取箍筋钢筋直径为 16,单 肢面积 201.1 mm ? 1.7 端头井三维计算结果及分析 车站端头井由于受力较为复杂,且施工阶段和使用阶段结构形式有较明显的 区别,本次采用三维立体计算其施工阶段及使用阶段内力。

施工阶段模型

13

使用阶段模型

(1)施工阶段水平框架梁配筋计算

14

顶板水平框架梁弯矩及剪力图

上中板水平框架梁弯矩及剪力图
15

下中板水平框架梁弯矩及剪力图

构件 顶框梁 上中板框梁 下中板框梁 跨中 端部 跨中 端部 跨中 端部

截面 600 800 1000 1600 1600 1600

弯矩 (kN﹒m) 1349 1576 3351 5018 5328 8047

支座剪力 (kN) 0 616 0 2046 0 2765

裂缝宽度 (mm) 0.127 0.112 0.27 0.161 0.202 0.182

配筋数量 11φ28 11φ28 23φ28 27φ28 27φ32 33φ32

(2)施工阶段及使用阶段侧墙及端墙配筋计算 配筋内力按照施工阶段及使用阶段内力包络值进行

16

施工阶段侧墙弯矩 M11

施工阶段侧墙弯矩 M22
17

施工阶段端墙弯矩 M11

施工阶段端墙弯矩 M22
18

使用阶段侧墙弯矩 M11

使用阶段侧墙弯矩 M22
19

使用阶段端墙弯矩 M11

使用阶段端墙弯矩 M22
20

使用阶段顶板弯矩 M11

使用阶段顶板弯矩 M22
21

使用阶段上/下中板弯矩 M11

使用阶段上/下中板弯矩 M11
22

使用阶段底板弯矩 M11

使用阶段底板弯矩 M11
23

配筋表

构件 地下一层侧墙 M11 跨中 地下一层侧墙 M11 支座 地下一层侧墙 M22 跨中 地下一层侧墙 M22 支座 地下二层侧墙 M11 跨中 地下二层侧墙 M11 支座 地下二层侧墙 M22 跨中 地下二层侧墙 M22 支座 地下三层侧墙 M11 跨中 地下三层侧墙 M11 支座 地下三层侧墙 M22 跨中 地下三层侧墙 M22 支座 地下一层端墙 M11 跨中 地下一层端墙 M11 支座 地下一层端墙 M22 跨中 地下一层端墙 M22 支座 地下二层端墙 M11 跨中 地下二层端墙 M11 支座 地下二层端墙 M22 跨中 地下二层端墙 M22 支座 地下三层端墙 M11 跨中 地下三层端墙 M11 支座 地下三层端墙 M22 跨中 地下三层端墙 M22 支座

计算弯矩 M (KN·m/m) 114 209 365 598 644 665 380 629 955 1211 790 1350 136 345 121 443 333 770 370 620 881 1287 629 1224

板厚 h (mm) 700 700 700 700 700 700 700 700 800 800 800 800 700 700 700 700 700 700 700 700 800 800 800 800

配筋方式 25@150 25@150+25@150 28@150 28@150+28@300 28@150+28@300 28@150+28@300 28@150+28@300 28@150+28@300 32@150+32@300 32@150+32@150 28@150+28@300 28@150+28@100 25@150 25@150+25@150 28@150 28@150 28@150+28@300 28@150+28@150 28@150+28@300 28@150+28@300 32@150+32@300 32@150+32@150 32@150+32@300 28@150+28@100

裂缝宽度 (mm) 0.04 0.06 0.124 0.192 0.229 0.190 0.07 0.184 0.229 0.176 0.241 0.186 0.036 0.042 0.025 0.191 0.061 0.179 0.064 0.143 0.112 0.194 0.225 0.187

24



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