管片配筋计算书

1、苏州市轨道交通3号线工程施工图设计何山路站苏州乐园站区间管片配筋计算书专业负责人：复 核：计 算：中铁第四勘察设计院集团有限公司2017年03月 苏州2 一、设计依据1. 苏州市轨道交通3号线工程施工图设计文件编制统一规定（中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）2. 苏州市轨道交通3号线施工图设计技术要求 （中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）3. 苏州市轨道交通3号线工程施工图设计文件组成与内容（中铁第四勘察设计院集团有限公司2014.03）4. 苏州市轨道交通3号线工程初步设计及专家评审意见（中铁第四勘察设计院集团有限公司 2015.02）5. 苏州市轨道交通3号线工程何

2、山路站苏州乐园站区间岩土工程详细勘察报告（天津市市政工程设计研究院 2014.03）6. 提供3号线华山路站何山路站苏州乐园站变更后线路纵断面图（中铁第四勘察设计院集团有限公司 ZTB3HXS联2015 第081号 2015.11）7. 苏州市轨道交通3号线东段工程沿线综合管线探测及地下建（构）筑物调查项目-WTC标段 地下建（构）筑物探测成果报告及补充成果（天津市市政工程设计研究院 2014.7）8. 苏州市轨道交通3号线工程地形图（江苏省测绘院 2013.03）9. 苏州市轨道交通3号线盾构工程筹划（2016.02）10. 根据新版牵引计算及线路图更新3号线全线曲线超高及限速表的函（北京院

3、XTSJ05标3HXS联2014第004号）（2014.9）11. 总体组相关文件及相关会议纪要12. 其它相关技术工作联系单及会议纪要13. 国家和地区现行规范与规程:城市轨道交通工程项目建设标准 （建标 104-2008）城市轨道交通技术规范 （GB 50490-2009）城市轨道交通地下工程建设风险管理规范 （GB 50652-2011）轨道交通工程人民防空设计规范 （RFJ 02-2009）地铁设计规范 （GB 50157-2013）地铁限界标准 （CJJ 96-2003）地铁杂散电流腐蚀防护技术规程 （CJJ 49-92）地下铁道工程施工及验收规范 （GB 50299-1999）（2

4、003版）工程结构可靠性设计统一标准 （GB 50153-2008）建筑结构可靠度设计统一标准 （GB 50068-2001）建筑结构荷载规范 （GB 50009-2012）建筑工程抗震设防分类标准 （GB 50223-2008） 建筑抗震设计规范 （GB 50011-2010）(2016年局部修订)混凝土结构设计规范 （GB 50010-2010）(2015年局部修订)混凝土结构耐久性设计规范 （GB/T 50476-2008）钢结构设计规范 （GB 50017-2003）地下工程防水技术规范 （GB 50108-2008）建筑地基基础设计规范 （GB 50007-2011）盾构法隧道施工及

5、验收规范 （GB 50446-2008）预制混凝土衬砌管片 （GB/T 22082-2008）盾构隧道管片质量检测技术标准 （CJJ/T 164-2011）预制混凝土衬砌管片生产工艺技术规程 （JC/T 2030-2010）城市轨道交通工程监测技术规范 （GB50911-2013）其它相关规范、规程二、主要技术标准1 主体结构设计使用年限为100年，自成结构体系且不直接影响运营的内部构件设计使用年限为50年。在设计使用年限内未经技术鉴定或设计许可，不得改变结构的用途和使用环境。2 结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1。3 结构抗震设防烈度为7度，设防分类为乙类，抗震等级为四级。4 主体结

6、构按6级人防抗力等级的人防荷载进行结构强度验算。5 结构裂缝控制等级为三级，钢筋混凝土管片最大裂缝宽度不大于0.2mm。6 结构防水等级为二级。7 结构耐火等级为一级。8 结构环境类别与作用等级为 I-B。9 结构按最不利情况进行抗浮稳定验算。在不计侧壁阻力时，抗浮安全系数不得小于1.05；当计入侧壁摩阻力时，其抗浮安全系数不得小于1.15。三、工程概况本区间设计范围：何山路站苏州乐园站区间，右线设计起讫里程：右DK9+465.935右DK10+616.596，右线隧道全长1152.789m,长链2.128m；左线起讫里程：左DK9+465.935左DK10+662.596，左线隧道全长118

7、3.819m，短链12.842m；区间左右线总长2336.608m；包含盾构区间隧道主体部分、联络通道1处、端头井加固、区间疏散平台。区间隧道从何山路站南端出发，穿越何山公园处碎石土、中强风化凝灰岩段，左右线均以2000m半径向西南方向直行,侧穿苏地-2014-G-34号地块荷兰庭小区别墅及配电房，继而左右线均以450m半径向东南方向前行，下穿邓尉路、金山浜和中化药业有限公司后，线路左右线均以450m半径向东南方向前进，下穿有轨电车1号线苏州乐园站地下通道之后到达苏州乐园站。区间左右线均采用两段曲线，最小曲线半径为450m，线路线间距为14m17m。区间隧道两端的何山路站为地下两层、苏州乐园站

8、为地下三层站，区间隧道纵坡呈单向坡，最大坡度26.539，最小坡度3.5，竖曲线半径为3000m及5000m。隧道埋深616.7m。本区间沿线建（构）筑物较多，主要侧穿了苏州市委党校团干培训楼、高新区培训中心、高达热电有限公司，下穿了邓尉路、金山浜、中化药业有限公司和有轨电车1号线苏州乐园站地下通道。沿线道路地下管线密集，计有给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。根据沿线工程地质与水文地质条件、地层特性、地面环境等因素，区间隧道采用复合式土压平衡盾构施工，联络通道采用矿山法施工（地层采用冻结法加固）。盾构管片参数如下表所示。表1 盾构管片结构参数 管片内径管片外径管片厚度管

9、片分块螺栓类型环向螺栓纵向螺栓混凝土等级抗渗等级拼装方式5500mm6200mm350mm6块弯螺栓12套16套C50P10错缝拼装根据总体组下发的管片结构及配筋参考图，采用浅埋、中埋、深埋和超深埋四种配筋型式。四、工程地质条件详见本区间施工图第一分册 隧道平纵断面变更图。五、计算方法本次采用-法（修正惯用法）进行设计计算。首先将单环以匀质圆环计算，但考虑环向接头存在，圆环整体的弯曲刚度降低，取圆环抗弯刚度为EI（为1的弯曲刚度有效率，本次计算取0.8计算），算出圆环水平直径处变位y后，计入两侧抗力PP=ky（如图1）。图1 计算简图然后考虑错缝拼装后整体补强效果，进行弯矩的重分配（见图2）。

10、图2 错缝拼装弯矩传递及分配示意图接头处内力：管片内力：式中，为弯矩提高率，根据国内外经验，在初步确定盾构隧道管片参数时，取0.2。六、荷载及荷载组合1. 永久荷载永久荷载包括水土压力、结构自重、地面建筑物超载。竖向水土压力按全覆土考虑，水平向水土压力采用水土分算。水土压力主要计算计算参数取值：土层重度、地基抗力系数、静止侧压力系数均按土层厚度取加权平均值；地下水位取最不利水位（最低潜水位绝对标高0.13）。（1）顶部水土压力：水位以上取天然重度，水位以下取有效重度；隧道顶部的水头高度（2）拱背处平均水土压力：取值同上，R管片外半径，取值为3.1m；（3）顶部侧向水土压力：土体静止侧压力系数水

11、的重度（4）底部侧向水土压力：隧道顶至隧道底各土层的有效重度和土层厚度2. 可变荷载地面可变荷载标准值按20KN/m2计算，下穿建筑物段按建筑物实际超载进行取值。3. 偶然荷载人防荷载：根据人防单位文件，对覆土厚度大于2.5m，采用HRB335以上受力钢筋的地下结构，人防可通过验算，本区间覆土均大于2.5m，因此本次不做人防工况验算。地震荷载：根据苏州市轨道交通3号线工程金鸡湖西站东方之门站区间岩土工程详细勘察报告，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，特征周期值0.45s。4. 荷载组合结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，分别进行承载力极限状态计算和裂缝宽度验算。

12、（1）承载力极限状态计算采用基本组合：1.35永久荷载标准值+1.4可变荷载标准值。（2）裂缝宽度验算采用准永久组合并考虑长期作用影响：1.0永久荷载标准值+1.0可变荷载标准值。七、管片主筋配筋计算分析1. 内力计算本区间沿线建（构）筑物较多，主要侧穿了苏州市委党校团干培训楼、高新区培训中心、高达热电有限公司，下穿了邓尉路、金山浜、中化药业有限公司和有轨电车1号线苏州乐园站地下通道。沿线道路地下管线密集，计有给水、雨水、污水、天然气、电力电缆、路灯、信息等多种管线。左右线分别拟选4个断面进行配筋验算，里程分别为右DK09+515、右09+704、右DK10+054、右DK10+616.596

13、、左DK09+465.935、左DK09+524、左DK09+961、左DK10+662.596。各断面主要计算参数汇总见表2。表2 主要计算参数计算断面右DK09+515右DK9+704右DK10+054右DK10+616.596上覆土厚度（m）10.6 11.5 12.1 16.4 静止侧压力系数（加权平均）0.3 0.6 0.6 0.5 水平基床系数（MPa/m）（加权平均）200.0 27.6 18.8 17.6 地下水位（m）（距离地表）3.0 4.6 1.9 1.9 重度（加权平均）25.1 21.9 19.4 19.3 计算断面左DK9+465.935左DK9+524左DK9+9

14、61左DK10+662.596上覆土厚度（m）10.6 11.5 12.1 16.4 静止侧压力系数（加权平均）0.5 0.4 0.6 0.5 水平基床系数（MPa/m）（加权平均）24.0 107.4 20.0 17.6 地下水位（m）（距离地表）1.4 2.5 1.9 2.1 重度（加权平均）14.5 20.7 19.2 19.3 计算得各断面荷载标准值汇总见表3。表3 荷载标准值(单位：kN/m)计算断面右DK9+515右DK9+704右DK10+054右DK10+616.596Py020.0 20.0 40.0 40.0 Py1236.0 205.7 216.0 297.8 Py216

15、.7 14.6 12.9 12.9 Px1135.4 158.7 190.9 248.1 Px2228.3 262.9 286.6 341.1 计算断面左DK9+465.935左DK9+524左DK9+961左DK10+662.596Py020.0 20.0 40.0 40.0 Py1138.9 212.6 213.7 296.0 Py29.6 13.8 12.8 12.9 Px1125.2 146.2 193.2 245.2 Px2201.0 234.2 289.4 338.0 采用-法（修正惯用法）计算得管片内力如图3所示，各断面基本组合和准永久组合下每环（1.2m）盾构管片内力汇总详见表

16、4。表4 每环管片内力设计值统计表(1.2m)(弯矩单位：kNm；轴力单位：kN)计算断面承载力极限状态计算（基本组合，已乘重要性系数1.1）裂缝宽度验算（准永久组合）M1N1M2N2M3N3M1N1M2N2M3N3右DK09+515142.21157.5-15.61492.986.71354.295.7779.5-10.51005.458.4912.0右DK9+704146.41059.7-91.81323.982.41278.698.6713.6-61.8891.555.5861.0右DK10+054161.71201.0-114.41473.6104.11403.2108.9808.7-

17、77.0992.370.1944.9右DK10+616.596243.4 1525.0 -187.5 1899.7 188.0 1721.8 163.9 1027.0 -126.3 1279.2 126.6 1159.5 左DK9+465.93574.5 797.6 -44.0 950.0 32.1 961.0 50.2 537.1 -29.6 639.7 21.6 647.1 左DK9+524126.8 1083.0 -41.5 1355.8 75.0 1270.3 85.4 729.3 -27.9 913.0 50.5 855.4 左DK9+961144.4 1209.3 -98.4 14

18、60.8 86.4 1412.5 97.2 814.3 -66.3 983.7 58.2 951.2 左DK10+662.596247.0 1511.0 -190.7 1890.2 191.7 1707.5 166.3 1017.5 -128.4 1272.8 129.1 1149.8 图3 管片内力示意图2. 配筋计算根据内力计算结果，分别进行承载力极限状态计算和裂缝宽度验算。配筋计算控制条件：(1) 管片混凝土强度等级C50；(2) 管片主筋外侧混凝土保护层厚度51mm；内侧混凝土保护层厚度40mm；(3) 管片最小配筋率0.2%；(4) 最大计算裂缝宽度允许值0.2mm；(5) 裂缝宽度

19、验算主筋混凝土保护层厚度取30mm。以右DK09+515断面为例，配筋过程如下：(1) 管片内侧a、承载力极限状态配筋计算：1.1 基本资料1.1 基本资料 1.1.1 工程名称： 工程一 1.1.2 轴向压力设计值 N 1492.9kN， M1x 0kNm， M2x 15.6kNm， M1y 0kNm， M2y 0kNm； 构件的计算长度 Lcx 4000mm， Lcy 4000mm； 构件的计算长度 L0x 4000mm， L0y 4000mm； 结构构件的重要性系数 0 1.1 1.1.3 矩形截面，截面宽度 b 1200mm，截面高度 h 350mm 1.1.4 采用对称配筋，即：As

20、 As 1.1.5 混凝土强度等级为 C50， fc 23.109N/mm2； 钢筋抗拉强度设计值 fy 360N/mm2， 钢筋抗压强度设计值 fy 360N/mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2； 相对界限受压区高度 b 0.5176 1.1.6 纵筋的混凝土保护层厚度 c 40mm； 全部纵筋最小配筋率 min 0.55% 1.2 轴心受压构件验算 1.2.1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数 L0/i MaxL0x/ix, L0y/iy Max4000/101, 4000/346 Max39.6, 11.5 39.6，取 0.9603 1.2.2 矩形截面面积 A bh

21、1200*350 420000mm2 轴压比 Uc N / (fcA) 1492900/(23.109*420000) 0.15 1.2.3 全部纵向钢筋的最小截面面积 As,min Amin 420000*0.55% 2310mm2 1.2.4 一侧纵向钢筋的最小截面面积 As1,min A0.20% 420000*0.20% 840mm2 1.2.5 全部纵向钢筋的截面面积 As 按下式求得： N 0.9(fcA + fyAs) （混凝土规范式 6.2.15） As 0N / 0.9 - fcA / (fy - fc) 1.1*1492900/(0.9*0.9603)-23.109*420

22、000/(360-23.109) -23171mm2 As,min 2310mm2，取 As As,min 1.3 考虑二阶效应后的弯矩设计值 1.3.1 弯矩设计值 Mx 1.3.1.1 lcx / ix 4000/101 39.6 34 - 12(M1x / M2x) 34-12*(0/15.6) 34 lcx / ix 34 - 12(M1x / M2x)，应考虑轴向压力产生的附加弯矩影响 1.3.1.2 c 0.5fcA / N 3.2507 1.0，取 c 1.0 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 12 20mm nsx 1 + (lcx / h)2c / 13

23、00(M2x / N + ea) / h0 1+(4000/350)2*1/1300*(15600000/1492900+20)/289 1.9536 Cmx 0.7 + 0.3M1x / M2x 0.7+0.3*0/15.6 0.7000 Mx CmxnsxM2x 0.7*1.9536*15.6 21.33kNm 1.4 在 Mx 作用下正截面偏心受压承载力计算 1.4.1 初始偏心距 ei 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 11.7 20mm 轴向压力对截面重心的偏心距 e0 M / N 21333133/1492900 14.3mm 初始偏心距 ei e0 + ea

24、 14.3+20 34.3mm 1.4.2 轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离 e ei + h / 2 - a 34.3+350/2-61 148.3mm 1.4.3 混凝土受压区高度 x 由下列公式求得：N 1fcbx + fyAs - sAs （混凝土规范式 6.2.17-1） 当采用对称配筋时，可令 fyAs sAs，代入上式可得： x 0N / (1fcb) 1.1*1492900/(1*23.109*1200) 59.2mm bh0 149.6mm，属于大偏心受压构件 1.4.4 当 x 2a 时，受拉区纵筋面积 As 可按混凝土规范公式 6.2.14 求得： Nes fyAs(h0

25、 - as) es ei - h / 2 + as 34.3-350/2+61 -80mm 0 Asx 0mm2 As1,min 840mm2，取 Asx 840mm2根据隧道埋深选择配筋形式为中埋配筋，即内侧配筋为420+418，钢筋面积为As2274.8mm2，满足要求。b、裂缝验算根据配筋形式选择中埋配筋，即内侧配筋为420+418，钢筋面积为As2274.8mm2，裂缝宽度验算如下：1.1 基本资料 1.1.1 工程名称：工程一 1.1.2 矩形截面偏心受压构件，构件受力特征系数 cr 1.9，截面尺寸 bh 1200350mm， 受压构件计算长度 l0 4000mm 1.1.3 纵筋

26、根数、直径：第 1 种：420，第 2 种：418， 受拉区纵向钢筋的等效直径 deq (nidi2) / (nidi) 19.1mm， 带肋钢筋的相对粘结特性系数 1 1.1.4 受拉纵筋面积 As 2275mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2 1.1.5 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 cs 30mm， 纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离 as 40mm，h0 310mm 1.1.6 混凝土轴心抗拉强度标准值 ftk 2.643N/mm2 1.1.7 按荷载准永久组合计算的轴向力值 Nq 1157.5kN， 按荷载准永久组合计算的弯矩值 Mq 142.2kNm，

27、轴向力对截面重心的初始偏心距 e0 Mq / Nq 1000*142.2/1157.5 123mm 1.1.8 对 e0/h0 0.3963 0.55 的偏心受压构件，可不验算裂缝宽度。管片外侧a、承载力极限状态配筋计算：1.1 基本资料1.1.1 工程名称： 工程一 1.1.2 轴向压力设计值 N 1492.9kN， M1x 0kNm， M2x 15.6kNm， M1y 0kNm， M2y 0kNm； 构件的计算长度 Lcx 4000mm， Lcy 4000mm； 构件的计算长度 L0x 4000mm， L0y 4000mm； 结构构件的重要性系数 0 1.1 1.1.3 矩形截面，截面宽度

28、 b 1200mm，截面高度 h 350mm 1.1.4 采用对称配筋，即：As As 1.1.5 混凝土强度等级为 C50， fc 23.109N/mm2； 钢筋抗拉强度设计值 fy 360N/mm2， 钢筋抗压强度设计值 fy 360N/mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2； 相对界限受压区高度 b 0.5176 1.1.6 纵筋的混凝土保护层厚度 c 51mm； 全部纵筋最小配筋率 min 0.55% 1.2 轴心受压构件验算 1.2.1 钢筋混凝土轴心受压构件的稳定系数 L0/i MaxL0x/ix, L0y/iy Max4000/101, 4000/346 Max39.

29、6, 11.5 39.6，取 0.9603 1.2.2 矩形截面面积 A bh 1200*350 420000mm2 轴压比 Uc N / (fcA) 1492900/(23.109*420000) 0.15 1.2.3 全部纵向钢筋的最小截面面积 As,min Amin 420000*0.55% 2310mm2 1.2.4 一侧纵向钢筋的最小截面面积 As1,min A0.20% 420000*0.20% 840mm2 1.2.5 全部纵向钢筋的截面面积 As 按下式求得： N 0.9(fcA + fyAs) （混凝土规范式 6.2.15） As 0N / 0.9 - fcA / (fy -

30、 fc) 1.1*1492900/(0.9*0.9603)-23.109*420000/(360-23.109) -23171mm2 As,min 2310mm2，取 As As,min 1.3 考虑二阶效应后的弯矩设计值 1.3.1 弯矩设计值 Mx 1.3.1.1 lcx / ix 4000/101 39.6 34 - 12(M1x / M2x) 34-12*(0/15.6) 34 lcx / ix 34 - 12(M1x / M2x)，应考虑轴向压力产生的附加弯矩影响 1.3.1.2 c 0.5fcA / N 3.2507 1.0，取 c 1.0 附加偏心距 ea Max20, h/30

31、 Max20, 12 20mm nsx 1 + (lcx / h)2c / 1300(M2x / N + ea) / h0 1+(4000/350)2*1/1300*(15600000/1492900+20)/289 1.9536 Cmx 0.7 + 0.3M1x / M2x 0.7+0.3*0/15.6 0.7000 Mx CmxnsxM2x 0.7*1.9536*15.6 21.33kNm 1.4 在 Mx 作用下正截面偏心受压承载力计算 1.4.1 初始偏心距 ei 附加偏心距 ea Max20, h/30 Max20, 11.7 20mm 轴向压力对截面重心的偏心距 e0 M / N

32、21333133/1492900 14.3mm 初始偏心距 ei e0 + ea 14.3+20 34.3mm 1.4.2 轴力作用点至受拉纵筋合力点的距离 e ei + h / 2 - a 34.3+350/2-61 148.3mm 1.4.3 混凝土受压区高度 x 由下列公式求得：N 1fcbx + fyAs - sAs （混凝土规范式 6.2.17-1） 当采用对称配筋时，可令 fyAs sAs，代入上式可得： x 0N / (1fcb) 1.1*1492900/(1*23.109*1200) 59.2mm bh0 149.6mm，属于大偏心受压构件 1.4.4 当 x 2a 时，受拉区

33、纵筋面积 As 可按混凝土规范公式 6.2.14 求得： Nes fyAs(h0 - as) es ei - h / 2 + as 34.3-350/2+61 -80mm 0 Asx 0mm2 As1,min 840mm2，取 Asx 840mm2根据配筋形式选择中埋配筋，即外侧配筋为1016，钢筋面积为As2011mm2，满足要求。b、裂缝验算根据配筋形式选择中埋配筋，即外侧配筋为1016，钢筋面积为As2011mm2，裂缝宽度验算如下：1.1 基本资料 1.1.1 工程名称：工程一 1.1.2 矩形截面偏心受压构件，构件受力特征系数 cr 1.9，截面尺寸 bh 1200350mm， 受压构件计算长度 l0 4000mm 1.1.3 纵筋根数、直径：第 1 种：1016， 受拉区纵向钢筋的等效直径 deq (nidi2) / (nidi) 16mm， 带肋钢筋的相对粘结特性系数 1 1.1.4 受拉纵筋面积 As 2011mm2，钢筋弹性模量 Es 200000N/mm2 1.1.5 最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离 cs 30mm， 纵向受拉钢筋合力点至截面近边的距离 as 38mm，h0 312mm 1.1.6 混凝土轴