地下工程课设

地下工程课程设计地铁车站主体结构设计（地下矩形框架结构）学院名称：土木工程学院班级：学生姓名：学生学号：指导教师：许炜萍地下工程本科课程设计目录第一章课程设计任务概述..................................11.1课程设计目的...............................................................................................11.2设计规范及参考书.......................................................................................11.3课程设计方案...............................................................................................11.3.1方案概述.............................................................................................11.3.2主要材料.............................................................................................31.4课程设计基本流程.......................................................................................4第二章平面结构计算简图及荷载计算........错误!未定义书签。第三章结构内力计算....................................10第四章结构（墙、板、柱）配筋计算.......................16地下工程本科课程设计1第一章课程设计任务概述1.1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、弹性反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。1.2设计规范及参考书1、《地铁设计规范》2、《建筑结构荷载规范》3、《混凝土结构设计规范》4、《地下铁道》（高波主编，西南交通大学出版社）5、《混凝土结构设计原理》教材6、计算软件基本使用教程相关的参考书（推荐用ANSYS）1.3课程设计方案1.3.1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1-2。车站埋深3.5m，地下水位距地面3.5m，中柱截面横向尺寸固定为0.8m（如图1-1横断面方向），纵向柱间距8m。为简化计算，围岩为均一土体，土体参数详见表1-1，采用水土分算。路面荷载为2/20mkN，钢筋混凝土重度3/25mkNco，中板人群与设备荷载分别取2/4mkN、2/8mkN。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。地下工程本科课程设计2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)//(3mkN弹性反力系数)//(mMPaK内摩擦角/内聚力)/(kPacA11725020——A217.525021——A31830022——A418.530023——A51935024——A619.535025——A72040026——A820.540027——注：饱和重度统一取“表中重度+3”。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B16.50.60.40.60.60.8×0.7地下工程本科课程设计3B26.50.650.40.650.60.8×0.7B36.50.70.40.70.60.8×0.7B46.50.750.40.750.60.8×0.7B56.50.80.40.80.60.8×0.7B670.60.40.650.60.8×0.7B770.650.40.70.60.8×0.7B870.70.40.750.60.8×0.7B970.750.40.80.60.8×0.7B1070.80.40.850.60.8×0.7B117.50.650.40.70.60.8×0.8B127.50.70.40.750.60.8×0.8B137.50.750.40.80.60.8×0.8B147.50.80.40.850.60.8×0.8B157.50.850.40.90.60.8×0.8B1680.70.50.750.70.8×0.8B1780.70.50.80.70.8×0.8B1880.70.50.850.70.8×0.8B1980.70.50.90.70.8×0.8B2080.70.50.950.70.8×0.8（表1-1~表1-2进行组合，每个人的具体工况请见EXCEL表格）表1-3荷载组合表组合工况永久荷载系数可变荷载系数基本组合1.35（1.2）1.4×0.7（1.4）标准组合1.01.0注：括号中数值为可变荷载控制时的取值。当永久荷载有利时，分项系数取1.01.3.2主要材料1、混凝土：墙、板用C30，柱子C40；弹性模量和泊松比查规范。地下工程本科课程设计42、钢筋根据《混凝土结构设计规范》选用。1.4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静止土压力公式。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弹簧，满足温克尔假定且只能受压不能受拉，即弹簧轴力为正时应撤掉该弹性链杆重新计算。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的裂缝宽度（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，并绘制墙、板、柱的配筋图。地下工程本科课程设计5第二章荷载计算2.1基本参数本次课程设计采用的地层物理力学系数编号为A5（具体参数见表1-1），结构尺寸参数编号为B15（具体参数见表1-2）。表1-1地层物理力学参数编号重度)//(3mkN弹性反力系数)//(mMPaK内摩擦角/内聚力)/(kPacA51935024——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B157.50.850.40.90.60.8×0.82.2计算模型简图图2-1地铁车站横断面计算简图（单位：m）2.3荷载计算地下工程本科课程设计62.3.1垂直荷载顶板荷载：顶板垂直荷载由路面活载和垂直土压力组成，方向竖直向下。路面活载：120kPaq垂直覆土压力：21193.566.5kPaqh控制荷载验算：永久荷载效应控制时：121=1.40.71.35()coqqqh顶板1.40.7201.35(66.5250.85)138.06kPa可变荷载效应控制时：121=1.41.2()coqqqh顶板1.4201.2(66.5250.85)133.3kPa138.06kPa133.3kPa经验算由永久荷载控制，顶板垂直荷载为：标准组合：121.01.02066.586.5kPaqqq顶板基本组合：12=1.40.71.35qqq顶板1.40.7201.3566.5109.38kPa中板荷载：中板垂直荷载由人群活载和设备荷载组成，方向竖直向下。人群活载：34kPaq设备荷载：48kPaq控制荷载验算：永久荷载效应控制时：342=1.40.71.35()coqqqh中板1.40.741.35(8250.4)10.22kPa可变荷载效应控制时：342=1.41.2()coqqqh顶板1.441.2(8250.4)27.2kPa27.2kPa10.22kPa地下工程本科课程设计7经过验算由可变荷载控制，中板垂直荷载为：标准组合：341.01.04812kPaqqq中板基本组合：34=1.41.2qqq中板1.441.2815.2kPa底板荷载：底板垂直荷载即为水浮力，方向竖直向上水浮力：2=1012.585125.85kPawqh水底板垂直荷载为：标准组合：1.0125.85kPaqq底板水基本组合：1.35125.851.35=169.90kPaqq底板水主体结构垂直荷载表（单位：kPa）顶板中板底板标准组合86.512-125.85基本组合109.3815.2-169.90说明：表中正值表示荷载方向为竖直向下，负值表示竖直向上。2.3.2侧向荷载（采用水土分算）侧向土压力（采用朗肯土压力计算）地层物理力学参数表编号重度3/(kN/m)弹性反力系数K/(MPa/m)内摩擦角/内聚力/(kPa)c饱和重度3/(kN/m)satA51935024——22.5设土层至地面距离为h当h=3.5m时标准组合：21(h1.0+1.0)tan(45)2aPq224193.5+20tan(45)2（）地下工程本科课程设计836.48kPa基本组合:由永久荷载效应控制时：21(h1.35+1.40.7)tan(45)2aPq224193.51.35+201.40.7tan(45)2（）46.13kPa由可变荷载效应控制时：21(h1.2+1.4)tan(45)2aPq224193.51.2+201.4tan(45)2（）45.46kPa当h=16.085m时标准组合：21{[3.5+(h-3.5)]1.0+1.0}tan(45)2aPq浮224[193.5+1216.0853.5+20]tan(45)2（）100.17kPa基本组合:由永久荷载效应控制时：21{[3.5+(h-3.5)]1.35+1.40.7}tan(45)2aPq浮224{193.5+12(16.0853.5)]1.35+201.40.7}tan(45)2132.11kPa由可变荷载效应控制时：21{[3.5+(h-3.5)]1.2+1.4}tan(45)2aPq浮224{[193.5+12(16.0853.5)]1.2+201.4}tan(45)2121.89kPa侧向水压力：当h=3.5m时，0P水当h=16.085时地下工程本科课程设计9标准组合：(3.5)1.0wPh水10(16.0853.5)1.0=125.85kPa基本组合：(3.5)1.35wPh水10(16.0853.5)1.35=169.898kPa主体结构侧向荷载表（单位：kPa）h=3.5mh=16.085m标准组合36.48226.02基本组合46.13302.01地下工程本科课程设计10第三章结构内力计算3.1标准横断面计算模型路面荷载及覆土荷载109.38kPa人群荷载及设备荷载15.2kPa46.13kPa46.13kPa169.9