车站结构设计教案资料.doc

车站结构设计精品文档目录第一章 程设计任务概述21、课程设计目的22、设计规范及参考书23、课程设计方案23.1方案概述23.2主要材料54、课程设计基本流程5第二章 平面结构计算简图及荷载计算61、中柱的简化62、墙和板的简化63、截面特性64、截面尺寸75、荷载计算75.1车站横断面计算简图75.2荷载基本组合计算85.3荷载标准组合计算9第三章 结构内力计算101、有限元建模102、计算结果10第四章 结构配筋计算141、车站顶板上缘的配筋计算142、中柱的配筋计算173、准截面配筋计算表194、配筋图20第一章 课程设计任务概述1、 课程设计目的 初步掌握地铁车站主体结构设计的基本流程；通过课程设计学习，熟悉地下工程“荷载结构”法的有限元计算过程；掌握平面简化模型的计算简图、主动荷载及荷载的组合方式、地层抗力及其如何在计算中体现；通过实际操作，掌握有限元建模、划分单元、施加约束、施加荷载的方法；掌握地下矩形框架结构的内力分布特点，并根据结构内力完成配筋工作。为毕业设计及今后的实际工作做理论和实践上的准备。2、 设计规范及参考书1、混凝土结构设计规范2、地下铁道（高波主编，西南交通大学出版社）3、混凝土结构设计原理教材4、计算软件基本使用教程相关的参考书（推荐用ANSYS）3、课程设计方案3.1 方案概述某地铁车站采用明挖法施工，结构为矩形框架结构，结构尺寸参数详见表1-1。车站埋深3m，地下水位距地面3m，中柱尺寸0.8m0.8m，纵向柱间距8m。为简化计算，围岩为均一土体，土体参数详见1-2，采用水土分算。路面荷载为（超载系数1.1），钢筋混凝土重度，中板人群与设备荷载分别取、。荷载组合按表1-3取用，基本组合用于承载能力极限状态设计，标准组合用于正常使用极限状态设计。要求用电算软件完成结构内力计算，并根据混凝土结构设计规范完成墙、板、柱的配筋。图 1-1 地铁车站横断面示意图（单位：mm）表1-1 地层物理力学参数编号重度弹性反力系数内摩擦角内聚力A11730020A217.530021A31830022A418.530023A51930024A619.530025A72030026表1-2 结构尺寸参数（单位：m）编号跨度L顶板厚h1中板厚h2底板厚h3墙厚T中柱B16.50.60.40.60.60.80.8B26.50.650.40.650.60.80.8B36.50.70.40.70.60.80.8B46.50.750.40.750.60.80.8B56.50.80.40.80.60.80.8B670.60.40.650.60.80.8B770.650.40.70.60.80.8B870.70.40.750.60.80.8B970.750.40.80.60.80.8B1070.80.40.850.60.80.8B117.50.650.40.70.60.80.8B127.50.70.40.750.60.80.8B137.50.750.40.80.60.80.8B147.50.80.40.850.60.80.8B157.50.850.40.90.60.80.8B1680.70.50.750.70.80.8B1780.70.50.80.70.80.8B1880.70.50.850.70.80.8B1980.70.50.90.70.80.8B2080.70.50.950.70.80.8B218.50.750.50.750.70.80.8B228.50.750.50.80.70.80.8B238.50.750.50.850.70.80.8B248.50.750.50.90.70.80.8B258.50.750.50.950.70.80.8B2690.80.50.750.70.80.8B2790.80.50.80.70.80.8B2890.80.50.850.70.80.8B2990.80.50.90.70.80.8B3090.80.50.950.70.80.8表1-3 荷载组合表组合工况永久荷载可变荷载水土压力水浮力人防荷载地震荷载基本组合1.351.41.351.3500标准组合1.01.01.01.0003.2 主要材料 1、混凝土：板、墙用C30，柱子C40；弹性模量和泊松比查规范。 2、钢筋根据混凝土结构设计规范选用。4、课程设计基本流程 1、根据提供的尺寸，确定平面计算简图（重点说明中柱如何简化）；2、荷载计算。包括垂直荷载和侧向荷载，采用水土分算；不考虑人防荷载和地震荷载。侧向荷载统一用朗金主动土压力公式。荷载组合本次课程设计只考虑基本组合和标准组合两种工况。 3、有限元建模、施加约束、施加荷载、运行计算以及计算结果的提取。注意土层约束简化为土弹簧，需满足抗压不抗拉的特性，即弹簧轴力不能为正。另要求计算结果必须包括结构变形、弯矩、轴力、剪力。 4、根据上述计算结果进行结构配筋。先根据基本组合的计算结果进行承载能力极限状态的配筋，然后根据此配筋结果检算正常使用极限状态（内力采用标准组合计算结果）是否通过？若通过，则完成配筋；若不通过，则调整配筋量，直至检算通过。 5、完成计算说明书。第二章 平面结构计算简图及荷载计算1、中柱的简化考虑地铁车站的长度远大于其宽度，可作为平面应变问题来考虑，框架结构沿纵向取一延米来进行计算。由于中立柱在纵上的不连续性，将柱按照刚度等效的原则换算为墙进行计算。然后以等效的墙厚为b的墙代替柱来进行平面框架有限元计算，所求得的“墙”内力即为柱的内力并以此来进行配筋及强度验算。本设计中有：,即,得b=0.08m.2、墙和板的简化由于墙和板在空间是连续结构，取其中心线，平面结构如图2-1。图2-1平面结构简图（单位mm）3、截面特性计算宽度沿纵向取1米，即B=1米1.顶板： C30砼 B=1m h=0.65m2.中板： C30砼 B=1m h=0.4m3.底板： C30砼 B=1m h=0.65m4.侧墙： C30砼 B=1m h= 0.6m5.柱： C40砼 0.8m0.8m6.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compression only，B=1m，h=0.745m4、截面尺寸平面尺寸的截面尺寸如下2-2图2-2横断面尺寸图（单位m）5、荷载计算5.1车站横断面计算简图地基对结构的弹性反力用弹簧替代。作用在主体结构上的荷载如下图2-3所示图2-3 荷载计算简图5.2荷载基本组合值计算1、垂直荷载（1）顶板垂直荷载： 路面均布荷载：垂直土压力：顶板垂直荷载设计值为：（2） 中板垂直荷载： 2、侧向荷载本设计采用水土分算 侧压力系数：侧墙顶板处压力：侧墙底处埋深：侧墙底板处土压力：水压力：底板处侧压力：将荷载乘以各分项系数：顶板处侧压力设计值：底板处侧压力设计值：3、水浮力：4、纵梁荷载： 顶板垂直荷载设计值： 顶板自重： 纵梁承受的荷载：5.3荷载标准组合1.垂直荷载（1）顶板垂直荷载：顶板垂直荷载标准值：中板垂直荷载标准值： 2.侧向荷载侧墙顶板处侧压力：侧墙底板处土压力： 水压力：3.水浮力： 4.纵梁荷载纵梁承受的荷载：第三章 结构内力计算1、有限元建模运用ansys计算主体结构横断面的内力2、计算结果 1基本组合计算结果如下图3-1标准断面结构轴力图（基本组合）图3-2 标准断面结构剪力图（基本组合）图3-3 标准断面结构弯矩图（基本组合）2标准断面结构内力（基本组合）构件弯矩/(kN.m)轴力/kN剪力/kN尺寸 顶板上缘355.57177.86403.811000650顶板下缘303.66177.86403.811000650中板上缘238.531060283.261000400中板下缘40.321060283.261000400底板上缘270.951010690.431000650底板下缘11001010690.431000650侧墙迎土面1100630.70896.31000600侧墙背土面698.19630.7896.31000600中柱0940.810800800表3-1 标准断面结构内力表（基本组合） 3 标准组合计算结果如下图3-4 标准断面结构轴力图（标准组合）图3-5 标准断面结构剪力图（标准组合）图3-6 标准断面结构弯矩图（标准组合）4标准断面结构内力（标准组合）构件弯矩/(kN.m)轴力/kN剪力/kN尺寸 顶板上缘315.16129.9321.171000650顶板下缘225.61129.9321.171000650中板上缘167.1778.68211.6951000400中板下缘265.43778.68211.6951000400底板上缘245.81756374.511000650底板下缘862.42756374.511000650侧墙迎土面862.42546.61672.171000600侧墙背土面501546.61672.171000600中柱0762.550800800表3-2 基本断面结构内力表（标准组合）第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算1、车站顶板上缘的配筋计算截面尺寸弯矩设计值M=355.16kNm,轴力设计值N=177.68kN,混凝土等级C30，钢筋采用HRB335,，（1）求偏心距：附加偏心距：（取20mm和h/30偏心方向截面最大尺寸中较大值）初始偏心距：（2）求偏心距增大系数： ，所以偏心距增大系数应修正。偏心受压性质对截面曲率修正系数：所以取所以构件长细比相对对截面曲率影响的系数则偏心距增大系数：(3)判断大小偏心：计算偏心距：所以属于大偏心受压构件。(4)求受压区钢筋面积 取则受压区面积取选用（1） 求受拉钢筋面积。 受压区高度故则受拉区钢筋面积：式中轴向力作用点至受压区钢筋合力作用点距离（mm）所以，选用受拉钢筋所以非超筋。所以非少筋。（2） 裂缝宽度验算。根据混凝土结构设计规范（GB50010-2002），当时需要验算裂缝宽度。所以使用阶段的轴向压力偏心距增大系数轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力作用点的距离：纵向受拉钢筋合力点到截面受压合力点的距离：按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：按荷载效应的标准组合计算的轴向力：钢筋混凝土的构件受拉区纵向钢筋的应力：裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离：c=40mm受拉区纵向钢筋的等效直径：所以最大裂缝宽度：所以满足裂缝要求。配筋图如下：图4-1 底板上缘的配筋图（单位mm）2、中柱的配筋计算中柱尺寸800800，轴力设计值940.81kN，混凝土等级C40，,采用HRB335级钢筋（）式中 n轴向压力设计值（n）；钢筋混凝土构件的稳定性系数；混凝土轴心抗压强度设计值（） A构件截面面积（） 全部纵向钢筋的截面面积（） 故取（线性插值）因此 柱的配筋：故采用构造配筋：纵筋选用422（箍筋选用8250）配筋率验算：满足条件。柱的配筋图如下：图4-2 中柱的配筋图3、准截面配筋计算表 截面位置配筋过程顶板上缘顶板下缘中板上缘中板下缘尺寸弯矩设计值kN.m355.57303.66238.5340.32轴力设计值kN177.86177.8610601060偏心距(mm)1999.21707.322538.04偏心距增大系数1.0311.0241.1551.653判断大小偏心大偏心大偏心大偏心小偏心受压钢筋面积(mm2)1527152712561256数量及截面直径618618420420受拉钢筋面积(mm2)2199188412561256数量及截面直径720620420420裂缝宽度验算(mm)0.1930.1550.026不需验算 截面位置配筋过程底板上缘底板下缘侧墙迎土面侧墙背土面尺寸弯矩设计值kN.m270.9511001100698.19轴力设计值kN10101010630.7630.7偏心距(mm)268.31089.11744.11107偏心距增大系数1.2241.0581.0351.055判断大小偏心大偏心大偏心大偏心大偏心受压钢筋面积(mm2)1527152715271527数量及截面直径618618618618受拉钢筋面积(mm2)15279652113105542数量及截面直径6181232940928裂缝宽度验算 (mm)不需验算0.1520.1760.186表4-标准截面配筋计算表4、配筋图 其他部分的配筋图见下各图图4-3顶板下缘的配筋图图4-4 中板上缘的配筋图图4-5中板下缘的配筋图图4-6底板上缘的配筋图图4-7地板下缘的配筋图图4-8 侧墙迎土面配筋图图4-9 侧墙背土面配筋图地铁车站主体结构设计（地下矩形框架结构）专业名称： 土木工程 学生姓名： XXX 学 号： XXXX 班 级： 2XXX级土木5班 指导老师： XXX 土木工程学院 2012年7月西南交通大学地下工程系收集于网络，如有侵权请联系管理员删除