地铁车站主体结构设计.doc
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1、地铁车站主体结构设计(地下矩形框架结构)西南交通大学地下工程系目录第一章课程设计任务概述21、1 课程设计目得21、2 设计规范及参考书21、3 课程设计方案21、4 课程设计得基本流程4第二章平面结构计算简图及荷载计算52、1平面结构计算简图52、2、荷载计算52、3荷载组合6第三章结构内力计算103、1建模与计算10本课程设计采用ANSYS进行建模与计算,结构模型如下图:103、2基本组合103、2 标准组合13第四章结构(墙、板、柱)配筋计算164、1 车站顶板上缘得配筋计算164、2 负一层中柱配筋计算214、3 顶纵梁上缘得配筋计算224、4 顶纵梁上缘裂缝宽度验算24第一章 课程设
2、计任务概述1、1 课程设计目得初步掌握地铁车站主体结构设计得基本流程;通过课程设计学习,熟悉地下工程“荷载结构”法得有限元计算过程;掌握平面简化模型得计算简图、荷载分类及荷载得组合方式、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、施加荷载得方法;掌握地下矩形框架结构得内力分布特点,并根据结构内力完成配筋工作。为毕业设计及今后得实际工作做理论与实践上得准备。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得参考书(推荐用ANSYS
3、)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1-1。车站埋深3m,地下水位距地面3m,中柱截面得横向(即垂直于车站纵向)尺寸固定为0、8m(如图1-1标注),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1-2,采用水土分算。路面荷载为,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。纵向(纵梁)计算要求分别计算顶纵梁、中纵梁、底纵梁受力及其配筋。顶纵梁尺寸:1000mm1800mm(宽高);中纵梁尺寸:1000mm1000mm(宽高)
4、;底纵梁尺寸:1000mm2100mm(宽高)。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、梁、柱得配筋。图 1-1 地铁车站横断面示意图(单位:mm)本人所做得计算工况就是A2,B26,查表可得其地层物理力学参数如表1-1所示,结构尺寸参数如表1-2所示,荷载组合如表1-3所示。表1-1 地层物理力学参数重度弹性反力系数内摩擦角内聚力17、525021-注:饱与重度统一取“表中重度+3”表1-2 结构尺寸参数(单位:m)跨度L顶板厚h1中板厚h2底板厚h3墙厚T中柱70、80、50、750、70、80、7表1-3 荷载组合表组合工况永久荷载可变荷载基本组合1、35(1
5、、0)1、40、7标准组合1、01、0注:括号中数值为荷载有利时取值。1、3、2主要材料1、混凝土:墙、板、梁用C30,柱子C40;弹性模量与泊松比查规范。2、钢筋根据混凝土结构设计规范选用。1、4 课程设计得基本流程1、根据提供得尺寸,确定平面计算简图(重点说明中柱如何简化);2、荷载计算。包括垂直荷载与侧向荷载,采用水土分算;不考虑人防荷载与地震荷载。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与标准组合两种工况。3、有限元建模、施加约束、施加荷载、运行计算以及计算结果得提取。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
6、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。先根据基本组合得计算结果进行承载能力极限状态得配筋,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)得裂缝宽度就是否通过?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、完成计算书第二章 平面结构计算简图及荷载计算2、1平面结构计算简图地基对结构得弹性反力用弹簧代替,结构纵向长度取1米,采用水土分算,其平面结构计算简图,如图2-1所示。图2-12、2、荷载计算2、2、1垂直荷载1、顶板垂直荷载:顶板垂直荷载由路面荷载与垂直土压力组成。路面荷载:垂直土压力由公式
7、, 可得2、中板垂直荷载:中板人群荷载:设备荷载:3、底板垂直荷载:底板处水浮力:2、2、2侧向荷载1、侧向土压力:土得浮重度侧向压力系数土压力在顶板产生得侧向土压力:土压力在底板产生得侧向土压力:路面荷载在顶板产生得侧向压力路面荷载在底板产生得侧向压力2、侧向水压力侧墙顶板处得水压力为零。侧墙底板处得水压力:2、3荷载组合2、3、1 基本组合1、顶板垂直荷载:2、中板垂直荷载: 3、底板垂直荷载:4、顶板侧向荷载:5、底板侧向荷载:6、顶纵梁荷载:纵梁计算位置考虑最不利位置,取纵梁两侧相邻顶板半跨荷载之与,即纵梁荷载为两个半跨顶板上得荷载及顶板自重之与。顶板垂直荷载设计值:顶板自重: 顶纵梁
8、承受得荷载: 7、中纵梁荷载:顶板垂直荷载设计值:顶板自重: 顶纵梁承受得荷载: 8、底纵梁荷载:顶板垂直荷载设计值:顶板自重:顶纵梁承受得荷载:2、3、2 标准组合1、顶板垂直荷载:2、中板垂直荷载:3、底板垂直荷载:4、顶板侧向荷载: 5、底板侧向荷载:6、顶纵梁荷载:顶板垂直荷载设计值:顶板自重: 顶纵梁承受得荷载: 7、中纵梁荷载:顶板垂直荷载设计值:顶板自重:顶纵梁承受得荷载:8、底纵梁荷载:顶板垂直荷载设计值:顶板自重:顶纵梁承受得荷载:第三章 结构内力计算3.1 建模与计算本课程设计采用ANSYS进行建模与计算,结构模型如下图:图3-1 结构模型图模型中各构件单元截面得尺寸特性如
9、表3-1:表3-1 构件单元截面尺寸表截面面积()/m2惯性矩/m4单元类型材料顶板0、04266667Beam3C30中板0、01041667Beam3C30底板0、03515625Beam3C30侧墙0、02858333Beam3C30中柱0、02986667Beam3C40弹簧Link10土3.2 基本组合3、2、1 横断面变形图结构横断面变形图如图3-2。图3-2 基本组合横断面变形图3、2、2 横断面轴力图结构横断面轴力图如图3-3。图3-3 基本组合横断面轴力图3、2、3 横断面剪力图结构横断面剪力如图3-4。图3-4 基本组合横断面剪力图3、2、3 横断面弯矩图结构横断面弯矩如图
10、3-5。图3-5 基本组合横断面弯矩图3.3 标准组合3、3、1 横断面变形图结构横断面变形图如图3-6。图3-6 标准组合横断面变形图3、2、2 横断面轴力图结构横断面轴力图如图3-7。图3-7 标准组合横断面轴力图3、2、3 横断面剪力图结构横断面剪力如图3-8。图3-8 标准组合横断面剪力图3、2、3 横断面弯矩图结构横断面弯矩如图3-9。图3-9 标准组合横断面弯矩图第四章 结构(墙、板、柱)配筋计算要进行结构断面配筋,选用得弯矩与轴力就是在考虑最不利位置处。对于梁端弯矩采用弯矩调幅系数,弯矩调幅系数就是反映连续梁内力重分布能力得参数。调幅过后实际配筋内力见表4-1表4-1构件弯矩轴力
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