一个地铁车站工程的计算例子.doc

一个地铁车站工程的计算例子

1计算荷载、计算模型及计算内容

1.1计算荷载

1.结构自重：按结构的实际重量计，钢筋混凝土容重取25kN/m3，装修层容重取22kN/m3；

在进行荷载基本组合时作为恒荷载考虑；

2.顶板覆土荷载：覆土厚度按实计算，根据路面标高情况分

3.8m和3.5m两种厚度，容重取

20kN/m3，在进行荷载基本组合时作为恒荷载考虑；

3.顶板地面超载20kN/m，盾构吊出段30kN/m；在进行荷载基本组合时作为活荷载考虑并考

虑超载引起的附加土压力；

4.公共区活载标准值按4kPa计，楼梯活载标准值按4kPa计，设备区恒载按8kPa计；

5.侧向水压力具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行荷载基本组合时作为恒

荷载考虑；

6.侧向土压力作用在地下连续墙上，具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行

荷载基本组合时作为恒荷载考虑；

7.底板水压力荷载，具体的计算方法及数值见各个断面的计算简图；在进行荷载基本组合时

作为恒荷载考虑；由于底板上的其他行人荷载对底板受力有利，同时这些荷载不起主要作用，因此不予考虑。

8.人防荷载及地震荷载：按规范要求取。

根据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）、《建筑抗震设计规范》（GB 50011-2010）、《轨道交通工程人民防空设计规范》（RFJ02-2009）和《地下铁道设计规范》（GB 50157-2003）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。各种荷载组合及分项系数见下表。

组合类型永久荷载可变荷载人防荷载地震荷载1基本组

合

1.35 1.4x0.7（0）0 0

2准永久

组合

1.0 0.7（0）0 0

3人防组 1.2 0 1.0 0

合

4地震组

合

1.2 0 0 1.3

注：括号内数值为抗浮工况

在对主体结构进行承载力验算时，采用基本组合结果进行验算；对结构进行裂缝验算时，采用准永久组合进行验算。

1.2计算模型

本计算书采用通用空间有限元分析软件MIDAS进行计算分析。

1.沿车站纵向取一米，按平面框架结构进行计算，荷载作用于框架构件轴线；

2.考虑围护结构与主体结构的共同作用，两者之间用只承受压力的连杆相连，当连杆受拉则

自动失效；

3.按实际情况考虑施工阶段与正常使用阶段两种工况。施工阶段中，底板设置泄水孔而无水

压力，侧向水土压力作于围护结构，然后传至主体结构；正常使用阶段底板泄水孔封闭而产生水压力，侧向水压力作于主体结构侧墙，土压力作用于围护结构。对于盾构端，除考虑正常使用工况外，按实际情况考虑盾构吊出阶段工况，盾构吊出阶段底板未封闭，侧向水压力压力均作用于围护结构。

4.采用地层弹簧模拟地层反力，弹簧刚度=基床系数×分段长度。

1.3计算内容

计算内容包括各断面的内力计算、配筋验算，梁、柱、板的内力计算、配筋验算，抗浮验算等。

本计算书将对3个断面进行计算，包括标准断面（5轴，覆土厚度3.8m）、标准断面（22轴，覆土厚度3.5m），端头井断面（2轴，覆土厚度3.8m），其中标准断面计算全水头工况、抗浮工况、施工工况；盾构井计算盾构吊出阶段与正常使用阶段工况。

2单柱双跨标准段（轴5）计算（覆土厚度3.8m）

2.1计算模型

取5轴处标准断面纵向1m长度进行计算，顶、底板及侧墙用实际厚度，中柱不连续采用刚度等效的墙简化计算（柱子截面bxh=1.3mx0.7m，标准柱跨L=9.8m，），其厚度满足：2

1

/EI

L

EI=，故3

2

2

3

1

1

/h

b

L

h

b=，3

2

3

1

1

2

)

/(b

L

h

b

h⨯

==0.357m。式中12

I I

，分别为简化前后中柱抗弯模量。

图2.1-1 标准段框架简图

地质参数取自《*******工程勘察报告》（2013年8月）。地质钻孔取有代表性且较为不利的MZSZ3-KD-16及MZSZ3-KD-17，岩土层顶面标高、埋深及厚度取上述钻孔土层厚度平均值，用该厚度对土层厚度、静止土压力力系数求加权平均，简化为均匀土层计算土侧压力。计算如下表2.1-1：

岩土分层岩

土

分

层

天然密度

（g/cm3）

基

坑

以

上

平

均

层

厚

m

竖向基

床系数

(MPa/m)

静

止

土

压

力

系

数

○11人

工1.9 2.6 0.72

填

土

4-2A 淤

泥

1.46 1.5 0.8

4N-1 软

塑

粘

性

土

1.84

2.2 0.55

4N-2 可

塑

粘

性

土

1.83

2.4 0.5

3-2 中

粗

砂

层

1.9

2.4 0.3

5H-1 可

塑

状

粘

性

土

1.88

2.8 0.48

5H-2 硬

塑

状

1.9

2.69 21 0.45

粘

性

土

加权平

均

1.839 21 0.53

计算水位：使用阶段按设计地坪标高取值；施工工况按水位-2.0m（至地面距离）考虑，施工工况底板泄水孔未封闭，故底板未有水浮力。标准段主体结构顶板距离地表按路面标高分为3.8及3.5mm。覆土厚度3.8m断面结构外荷载计算如下表2.1-2~3：

序号荷载

荷

载

值

单

位

备注

1 顶板覆土荷载76 kN

/m

q=hγ=20*3.8=76

2 顶板处土侧压力

（3.8+0.4）

18.7

kN

/m

q=

'hk

γ=8.39*4.2*

0.53=18.7

3

底板处土侧压力

（3.8+0.4+12.56+0.45）

76.5

kN

/m

q=

'hk

γ=8.39*17.2

1*0.53=76.5

4 顶板处水侧压力

（3.8+0.4）

42

kN

/m

q=hγ=10*4.2=42

5 底板处水侧压力172.kN q=hγ=10*17.21=1

（3.8+0.4+12.56+0.45） 1 /m 72.1

6

底板水浮力

（3.8+0.4+12.56+0.45）

172.

1

kN

/m

q=hγ=10*17.21=1

72.1

7 顶板超载20

kN

/m

抗浮工况时取0 8 侧墙超载10.6

kN

/m

q=

qk=20*0.53=10

.6

9 中板恒载8

kN

/m

10 中板活载 4

kN

/m

抗浮工况时取0

序

号

荷载

荷

载

值

单

位

备注

1 顶板覆土荷载76

kN

/m

q=hγ=20*3.8=76

2

顶板处土侧压力

（3.8+0.4）

18.7

kN

/m

q=

'hk

γ=8.39*4.2*

0.53=18.7

3

底板处土侧压力

（3.8+0.4+12.56+0.45）

76.5

kN

/m

q=

'hk

γ=8.39*17.2

1*0.53=76.5

4 顶板处水侧压力22 kN

/m

q=hγ=10*2.2=22

5 底板处水侧压力152.

1

kN

/m

q=hγ=10*15.21=1

52.1

6 底板水浮力0 kN /m

7 顶板超载20 kN /m

8 侧墙超载10.6 kN

/m

q=

qk=20*0.53=10

.6

9 中板恒载8 kN /m

10 中板活载0 kN /m

结构基底主要落在5H-2硬塑状粘性土层，根据地质报告，土层竖向地基系数Kv=21MPa/m，

水平向地基系数Kh=21MPa/m。则底板竖向每1m取一根竖向弹簧，则弹簧刚度系数

k=21MPa/m。地下连续墙在主体结构以下部分采用文克尔弹性地基梁模型进行计算，水平弹簧

m值取21MPa/m。标准断面计算简图如下图2.2：

图2.1-1 标准段使用阶段外部荷载图(示意)

图2.1-2 标准段抗浮工况外部荷载图(示意)