地铁车站主体结构设计Word下载.docx
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mm)
本人所做的计算工况是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
17.5
250
21
-
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)
跨度L
顶板厚h1
中板厚h2
底板厚h3
墙厚T
中柱
7
0.8
0.5
0.75
0.7
0.8×
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(1.0)
1.4×
标准组合
1.0
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;
弹性模量和泊松比查规范。
2、钢筋根据《混凝土结构设计规范》选用。
1.4课程设计的基本流程
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(内力采用标准组合计算结果)的裂缝宽度是否通过?
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
地基对结构的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2-1
2.2.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和垂直土压力组成。
路面荷载:
q1=20kPa
垂直土压力由公式q2=γihi,可得q2=17.5×
3=52.5kN/m3
2、中板垂直荷载:
中板人群荷载:
q3=4kN/m2
设备荷载:
q4=8kN/m2
3、底板垂直荷载:
底板处水浮力:
q5=9.8×
13.51=132.398kN/m2
2.2.2侧向荷载
1、侧向土压力:
土的浮重度γ'
=γsat-γw=17.5+3-9.8=10.7kN/m3
侧向压力系数λ=tan245°
-φ2=tan245°
-21°
2=0.472
土压力在顶板产生的侧向土压力:
e1=0.472×
52.5=24.78kN/m2
土压力在底板产生的侧向土压力:
e2=0.472×
52.5+10.7×
13.51=92.77kN/m2
路面荷载在顶板产生的侧向压力e3=0.472×
20=9.44kN/m2
路面荷载在底板产生的侧向压力e4=0.472×
2、侧向水压力
侧墙顶板处的水压力为零。
侧墙底板处的水压力:
e5=9.8×
2.3荷载组合
2.3.1基本组合
q顶板=1.35×
52.5+1.4×
0.7×
20=90.475kN/m2
q中板=1.35×
8+1.4×
4=14.72kN/m2
q底板=1.35×
132.398=178.737kN/m2
4、顶板侧向荷载:
e顶板=1.35×
24.78+0+1.4×
9.44=42.704kN/m2
5、底板侧向荷载:
e底板=1.35×
92.77+132.398+1.4×
9.44=313.228kN/m2
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和,即纵梁荷载为两个半跨顶板上的荷载及顶板自重之和。
顶板垂直荷载设计值:
q顶=(1.35×
20)×
7=633.325kN/m
顶板自重:
q自重=1.35×
25×
7=189kN/m
顶纵梁承受的荷载:
q顶总=633.325+189=822.325kN/m
7、中纵梁荷载:
q中=(1.35×
4)×
7=103.04kN/m
0.5×
7=118.125kN/m
q中总=103.04+118.125=221.165kN/m
8、底纵梁荷载:
q底=1.35×
132.398×
7=1251.161kN/m
q自重=1.0×
0.75×
7=131.25kN/m
q底总=1251.161-131.25=1119.91kN/m
2.3.2标准组合
q顶板=1.0×
52.5+1.0×
20=72.5KN/m2
q中板=1.0×
8+1.0×
4=12KN/m2
q底板=1.0×
132.398=132.398kN/m2
e顶板=1.0×
24.78+0+1.0×
9.44=34.22KN/m2
e底板=1.0×
92.77+132.398+1.0×
9.44=234.608kN/m2
q顶=(1.0×
7=507.5kN/m
q自重=1.0×
7=140kN/m
q顶总=507.5+140=647.5kN/m
q中=(1.0×
7=84kN/m
7=87.5kN/m
q中总=84+87.5=171.5kN/m
q底=1.0×
7=926.786kN/m
q底总=926.786-131.25=795.54kN/m
第三章结构内力计算
3.1建模与计算
图3-1结构模型图
模型中各构件单元截面的尺寸特性如表3-1:
表3-1构件单元截面尺寸表
截面面积(b×
h)/m2
惯性矩/m4
单元类型
材料
顶板
1×
0.80
0.04266667
Beam3
C30
中板
0.01041667
底板
0.03515625
侧墙
0.02858333
0.02986667
C40
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
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
结构横断面剪力如图3-8。
图3-8标准组合横断面剪力图
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,选用的弯矩和轴力是在考虑最不利位置处。
对于梁端弯矩采用弯矩调幅系数,弯矩调幅系数是反映连续梁内力重分布能力的参数。
调幅过后实际配筋内力见表4-1
表4-1
构件
弯矩
轴力
剪力
尺寸
顶板上缘
400.98
286.564
387.69
1000*800
顶板下缘
350.032
中板上缘
237.73
1070
127.04
1000*500
中板下缘
107.582
底板上缘
413.691
1030
749.25
1000*750
底板下缘
920
负一层侧墙迎土面
436.101
549.017
302.663
1000*700
负一层侧墙背土面
负二层侧墙迎土面
861.454
888.32
负二层侧墙背土面
694.113
负一层中柱
6489.86
800*700
负二层中柱
8160
顶纵梁上缘
4640
3530
1000*1800
顶纵梁下缘
2410
中纵梁上缘
1300
1020
1000*1000
中纵梁下缘
734.131
底纵梁上缘
2680
4200
1000*2100
底纵梁下缘
5730
4.1车站顶板上缘的配筋计算
截面尺寸b×
h=1000×
800,αs=αs‘=50mm,计算长度l0=7m,h0=800-50=750mm,弯矩设计值M=400.98kN∙m,轴力设计值N=286.564kN∙m,混凝土等级C30,fc=14.3N/mm2,ftk=2.01N/mm2,采用三级钢筋(fy=fy'
=360N/mm2,Es=2.0×
105N/mm2)。
1、求偏心距
e0=MN=400.98×
1000286.564=1399.27mm
附加偏心距:
ea=max20mm,h30=26mm
初始偏心距:
ei=e0+ea=1425mm
因为本设计不考虑二阶效应,故不需要计算偏心距增大系数。
2、判断大小偏心
计算偏心距:
ei=1425mm>
0.3h0=225mm
所以属于大偏心受压构件。
3、求受压区钢筋面积As'
e=ei+h2-as=1425+8002-50=1775mm
取ξ=ξb=0.518。
则受压区钢筋面积:
As'
=Ne-α1fcbh02ξb1-0.5ξbfy'
h0-as'
=286564×
1775-1.0×
14.3×
1000×
7502×
0.518×
(1-0.5×
0.518)360×
(700-50)<
ρmin=max0.2%,0.45ftfy×
100%=0.2%
取AS'
=ρminbh=0.002×
800=1600mm2。
选用7Φ20(As'
=2199mm2)。
4、求受拉钢筋面积As
受压区高度:
x=h-h02-2[Ne-fy'
As'
h0-αs]fcb
=750-7502-2[286564×
1775-360×
1600×
(750-50)14.3×
1000
=9.75
x=9.75mm<
2as'
=100mm
则受拉区钢筋面积:
As=Ne'
fy(h0-as'
)
e'
=ei-h2+as'
=1425-8002+50=1075mm
故
As=286564×
1075360×
(750-50)=1222.4mm2<
ρminbh=1600mm2
取As=ρminbh=0.002×
750=1600mm2。
选用7Φ20(As=2199mm2)。
ξ=Asbh×
fyfc=21991000×
750×
36014.3=0.074<
ξb=0.518
所以非超筋。
5、箍筋计算
(1)验算限制条件
混凝土等级为C30,所以
βc=1.0
hwb=7501000=0.75<
4,属于一般梁
0.25βcfcbh0=0.25×
1.0×
750=2681.25kN
V=387.69kN<
0.25βcfcbh0
所以,非斜压破坏。
(2)、检查是否需要按计算配置箍筋
顶板承受均布荷载,则λ=1.5,轴力N=286.564kN
1.75λ+1ftbh0=1.751.5+1×
1.43×
750
=750.75kN>
V=387.69kN
只需要构造配筋
按构造进行配筋,选取六肢D10箍筋(箍筋直径满足最小直径要求),间距s取250mm
6、裂缝宽度验算
e0=1399.27mm>
0.55h0=412.5mm
根据《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002),当e0/h0>
0.55时需要验算裂缝宽度。
l0h=70.8=8.75<
14
所以使用阶段的轴向压力偏心距增大系数ηs=1.0。
轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离:
e=ηse0+h2-as=1.0×
1399.27+8002-50=1749.27mm
纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离:
z=0.87-0.12h0e2h0
=0.87-0.12×
7501749.272×
750=635.96mm
按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率:
ρte=As0.5bh=21990.5×
800=0.00549
按荷载效应的标准组合计算的轴向力:
NK=260.776kN
钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力:
σsk=NK(e-z)Asz=260776×
(1749.27-635.96)2199×
635.96=207.6N/mm2
裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数:
ϕ=1.1-0.65ftkρteσsk=1.1-0.65×
2.010.00549×
207.6=-0.046<
0.2
故取ϕ=0.2。
最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离c=50mm。
受拉区纵向钢筋的等效直径deq=20mm。
故最大裂缝宽度:
ωmax=1.9ϕσskEs1.9c+0.08deqρte
=1.9×
0.2×
207.62.0×
1051.9×
50+0.08×
200.00549=0.145<
0.2mm
故满足裂缝宽度。
地铁结构其他截面位置配筋过程同顶板上缘类似,均选取混凝土等级C30,fc=14.3N/mm2,ftk=2.01N/mm2,采用三级钢筋(fy=fy'
标准截面配筋计算详见下表4-2及4-3。
尺寸b×
h/mm
弯矩设计值/(kN∙m)
轴力设计值/kN
偏心距e0/mm
1399.27
1221.479
222.176
100.54
552.14
1227.895
偏心距增大系数η
1
判断大小偏心受压
大偏心
小偏心
受压钢筋面积As/mm2
2199
1272
1884
1520
数量及截面直径/mm
7D20
5D18
6D20
4D22
受拉钢筋面积As'
/mm2
7125
7D36
剪力设计值/kN
2681.25
1608.75
2502.5
1.75λ+1ftbh0+0.07N
750.75
450.45
700.7
如何配筋
构造
箍筋量
六肢D10@250
裂缝宽度验算
0.145
0.123
0.127
不需要
0.191
表4-2
1440.88
1035.663
730.72
1608
8D16
6434
4310
8D32
7D28
2323.75
650.65
计算配筋
六肢
D10@250
D10@250
0.192
0.194
表4-3
4.2负一层中柱配筋计算
4.2.1负一层中柱
中柱尺寸800×
700,轴力设计值N=6489.86kN,混凝土等级C40,fc=19.1N/mm2,ftk=2.39N/mm2,采用三级钢筋(fy=fy'
N≤0.9φ(fcA+fy'
式中,N---轴向压力设计值(N);
Φ---钢筋混凝土构件的稳定系数
fc---混凝土轴心抗压强度设计值(N/mm2)
A---构件截面面积(mm2)
As‘---全部纵向钢筋的截面面积(mm2)
l0b=4550800=5.69
故取φ=1。
因此柱的配筋:
=N0.9φ-fcAfy'
=64898600.9-19.1×
800×
700360<
故采用构造配筋:
700=1120mm2
纵筋选用4根20(As'
=1256mm2)。
箍筋选用10间距250
配筋率验算:
ρ'
=As'
A=1256800×
700=0.224%<
ρmax'
=5%
4.2.2负二层中柱
中柱尺寸8