成都地铁车站主体结构计算书

中铁隧道勘测设计院有限公司1双林路站主体结构计算书一、工程概况双林路站为12m岛式站台，车站总长168.8m。为双柱双层三跨现浇钢筋混凝土矩形结构。车站顶面覆土深度为3.5m～4.0m。车站围护结构采用Φ1200mm的钻孔灌注桩，内衬墙与钻孔灌注桩之间设置柔性防水层，属于重合墙结构。二、计算依据1、《成都地铁4号线一期工程详细勘察阶段双林路站岩土工程勘察报告》（送审稿）(中国建筑西南勘察设计研究院有限公司2010年10月)；2、《成都地铁4号线一期工程双林路站点管线综合方案设计图（第二版）》（成都市市政工程设计研究院二O一O年九月二日成都）3、主要采用的国家和地方规范：《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006修订版）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）《地铁设计规范》（GB50157-2003）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）《铁路工程抗震设计规范》（GBJ111-87）《人民防空工程设计规范》（GB50225-95）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）三、结构计算原则1）结构构件根据承载力极限状态及正常使用极限状态的要求，分别进行承载能力的计算和稳定性，变形及裂缝宽度验算；2）结构的安全等级为一级，构件的（结构）重要性系数取1.1；3）结构构件的裂缝控制等级为三级，即构件允许出现裂缝。裂缝宽度限值：迎水面不大于0.2mm，其他不大于0.3mm；4）结构按7度地震烈度进行抗震验算，并在结构设计时采用相应的构造措施，以提高结构的整体抗震性能；（构造措施采用三级框架结构抗震构造）5）结构设计按六级人防的抗力标准进行验算，并在规定的设防位置采取相应的构造措施；中铁隧道勘测设计院有限公司26）结构抗浮验算按最不利情况采用，当不考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于1.05；（考虑侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数应大于1.2）7）结构构件的设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载效应组合，并取各自的最不利组合进行设计；8）结构设计应符合结构的实际工作（受力）条件，并反映结构与周围地层的相互作用。四、计算模型因车站主体是一个狭长的建筑物，纵向很长，横向相对尺寸较小。主体计算取延米结构，作为平面应变问题来近似处理，考虑地层与结构的共同作用，采用荷载－结构模型平面杆系有限元单元法。计算模型为支承在弹性地基上对称的平面框架结构，框架结构底板下用土弹簧模拟土体抗力，车站结构考虑水平及竖向荷载。按荷载情况、施工方法，模拟开挖、回筑和使用阶段不同的受力状况，按最不利内力进行计算。中柱根据等效EA原则换算墙厚。本站围护桩与主体结构之间设置柔性防水层，按重合墙考虑，即围护结构与内衬墙之间只传递径向压力而不传递切向剪力，SAP计算时，采用二力杆单元来模拟围护桩与内衬墙的这种作用。车站断面的计算模型如图2-1-1所示。图2-1-1车站断面计算模型五、荷载组合与分项系数5.1、荷载分类荷载类型荷载名称永久荷载结构自重地层压力隧道上部和破坏棱体范围的设施及建筑物压力静水压力及浮力预加应力中铁隧道勘测设计院有限公司3混凝土的收缩和徐变设备重量地层抗力可变荷载基本可变荷载地面车辆荷载及其动力作用地面车辆荷载引起的侧向土压力地铁车辆荷载及其动力作用人群荷载其他可变荷载温度变化影响施工荷载偶然荷载地震荷载沉船、抛锚或河道疏浚产生的冲击力等灾害性荷载人防荷载5.2、荷载组合根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006修订版）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）、《人民防空地下室设计规范》（GB50038-94）和《地铁设计规范》（GB50157-2003）的规定，按结构在施工阶段和使用阶段可能出现的最不利情况进行荷载组合,由于本站属于盾构过站，根据工期情况，盾构过站时顶板施工荷载及自重直接作用于中板上，计算中考虑施工荷载。各种荷载组合及分项系数见下表2-3-1。荷载组合表表2-3-1荷载种类组合永久荷载可变荷载人防荷载地震荷载基本组合：永久荷载+基本可变荷载1.35（1.0）1.4准永久组合：永久荷载+基本可变荷载1.00.5偶然组合：永久荷载+地震荷载1.2（1.0）1.3偶然组合：永久荷载+人防荷载1.2（1.0）1.0施工阶段组合1.21.4注：结构重要性系数1.1。施工阶段重要性系数取0.9.中铁隧道勘测设计院有限公司4六车站结构断面计算6.1结构主要尺寸断面1—车站标准横断面断面2—西端头横断面中铁隧道勘测设计院有限公司5断面3—东端头横断面6.2断面1标准段断面计算6.2.1计算的钻孔资料计算采用钻孔M4Z3-SLL-013。相应土层的地质参数如下：地层编号岩土名称天然密度干密度天然重度土的侧压力系数基床系数承载力特征值膨胀力ρρdγξKvKxfakPeg/cm3g/cm3KN/m3MPa/mMPa/mKPaKpa1-1人工填筑土1.903-2粘土2.001.9520.00.505647220753-3粉质粘土1.951.9019.50.5032302003-4粉土1.901.8519.00.4812101103-5细砂1.801.7018.00.401003-6中砂1.851.8018.50.3570501103-8-1卵石土(松散)1.901.8019.00.307542250中铁隧道勘测设计院有限公司63-8-2卵石土(稍密)2.001.9020.00.3090503503-8-3卵石土(中密)2.202.1022.00.25110708003-8-4卵石土(密实)2.252.1522.50.20120959005-2强风化泥岩2.102.000.3560302505-3中等风化泥岩2.352.200.301408010006.2.2计算过程设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。根据以往的设计计算经验，对于设防烈度为7度的地下车站，地震荷载不起控制作用；对于按6级人防设防的地下车站，人防荷载不控制作用，控制配筋设计的是施工阶段的强度和运营阶段的裂缝。本站为盾构过站，补充计算中板完全承担顶板施工荷载的工况。1、车站标准段为双层三跨框架结构，结构顶板最大覆土取3.5m，结构使用期间的地下水位取4.5m，附加荷载根据车站两边实际情况取值。2、荷载计算顶板上土荷载及超载标准值：FRCST=20×3.5＝70kN/m2；中板人群及设备荷载：FMS＝8kN/m2；人防荷载：顶板70kN/m2；底板60kN/m2；侧墙30kN/m2；底板水压力：FBS＝10×（17.03-4.5）＝125.3kN/m2；侧墙上部水压力：FCQS＝0kN/m2；底板水压力：FCQX＝10×（17.03-4.5）＝125.3kN/m2；桩承受土压力：FCT1＝0.5×70＝35kN/m2；FCT2＝0.4×（170.3+45）＝86.1kN/m2；中板板面承受顶板传来的施工荷载：25kN/m23、构件厚度分别为：顶板0.8m，中板0.4m，底板0.8m，侧墙0.6m，柱子0.8×0.8m（等刚度转化为墙为0.36m），桩径1.2m@2.2m（等刚度转化为墙为0.82m）。4、荷载信息录入完成后，通过对模型附截面及荷载后，进行程序计算，计算所得内力图如下。中铁隧道勘测设计院有限公司7准永久组合弯矩图（kN.m)承载力极限状态弯矩图（kN)中铁隧道勘测设计院有限公司8承载力极限状态剪力图（kN)承载力极限状态轴力图（kN)中铁隧道勘测设计院有限公司9人防荷载状态弯矩图（kN)中板承担顶板施工荷载时基本组合下弯矩图中铁隧道勘测设计院有限公司10中板承担顶板施工荷载时准永久组合下弯矩图中板承担顶板施工荷载时基本组合下剪力图中铁隧道勘测设计院有限公司11中板承担顶板施工荷载时基本组合下轴力图6.2.3计算结果及配筋分别取各个构件的不同工况的内力包络进行配筋计算，表中弯矩值为正常使用极限状态的弯矩值，剪力及轴力均为承载能力极限状态的内力值，内力表及根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）进行的配筋计算结果见下表。内力表及配筋构件名称结构部位结构尺寸(mm)弯矩(KN.m)剪力(KN)轴力(kN)配筋配筋率（％）裂缝宽度（mm）备注人防组合基本组合准永久组合顶板跨中80060455237762258Φ25@1500.430.13柱支座435439294560258Φ25@1500.430.07侧墙支座314297198529258Φ25@1500.430.05中板跨中4001914796251171Φ22@1500.690.05支座832881892291171Φ22@1500.690.30底板跨中800772720485761500Φ25@1500.430.28中铁隧道勘测设计院有限公司12柱支座5655373617611500Φ28@1500.550.08侧墙支座8278455698231500Φ28@150+Φ22@1500.870.13侧墙跨中6002793612295890Φ22@1500.450.15顶板支座384340241257599Φ22@1501.450.17底板支座718746502856944Φ22@150+Φ28@1501.170.2注：1、表中配筋按照裂缝控制；2、底板与侧墙外侧钢筋互相伸入参与对方受力。2、中板的弯矩、剪力、轴力设计值及标准值为施工阶段组合控制值6.3断面2西端盾构井横断面计算6.3.1计算的钻孔资料计算采用钻孔M4Z3-SLL-003。相应土层的地质参数如下：地层编号岩土名称天然密度干密度天然重度土的侧压力系数基床系数承载力特征值膨胀力ρρdγξKvKxfakPeg/cm3g/cm3KN/m3MPa/mMPa/mKPaKpa1-1人工填筑土1.903-2粘土2.001.9520.00.505647220753-3粉质粘土1.951.9019.50.5032302003-4粉土1.901.8519.00.4812101103-5细砂1.801.7018.00.401003-6中砂1.851.8018.50.3570501103-8-1卵石土(松散)1.901.8019.00.3075422503-8-2卵石土(稍密)2.001.9020.00.3090503503-8-3卵石土(中密)2.202.1022.00.25110708003-8-4卵石土(密实)2.252.1522.50.2012095900中铁隧道勘测设计院有限公司135-2强风化泥岩2.102.000.3560302505-3中等风化泥岩2.352.200.301408010006.3.2计算过程设计中考虑地震和人防等荷载偶然组合，并按照承载力极限状态和正常使用极限状态两种工况验算结构在施工阶段和使用阶段的结构受力。根据以往的设计计算经验，对于设防烈度为7度的地下车站，地震荷载不起控制作用；对于按6级人防设防的地下车站，人防荷载不控制作用，控制配筋设计的是施工阶段的强度和运营阶段的裂缝。1、车站西端为双层三跨框架结构与4号出入口共用一道侧墙，主体与1号风道间未设变形缝，顶板最大覆土取3.5m，结构使用期间的地下水位取4.5m，附加荷载根据车站两边实际情况取值。2、荷载计算顶板上土荷载及超载标准值：FRCST=20×3.5＝70kN/m2；中板人群及设备荷载：FMS＝8kN/m2；人防荷载：顶板70kN/m2；底板60kN/m2；侧墙30kN/m2；底板水压力：FBS＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；侧墙上部水压力：FCQS＝0kN/m2；底板水压力：FCQX＝10×（17.34-4.5）＝128.4kN/m2；中板处侧墙水压力：10×（9.15-4.5）＝46.5kN/m2；桩承受土压力：FCT1＝0.5×70＝3