地下工程课设

1、精选优质文档-倾情为你奉上地 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 专心-专注-专业目 录第一章 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

2、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，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

3、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。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弹性反力系数内摩擦角内聚力A11725020A217.525021A31830022A418.530023A51935024A619.535025A72040026A820.540027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B16.50.60.40.60.60.8×0.7B26.50.650.4

4、0.650.60.8×0.7B36.50.70.40.70.60.8×0.7B46.50.750.40.750.60.8×0.7B56.50.80.40.80.60.8×0.7B670.60.40.650.60.8×0.7B770.650.40.70.60.8×0.7B870.70.40.750.60.8×0.7B970.750.40.80.60.8×0.7B1070.80.40.850.60.8×0.7B117.50.650.40.70.60.8×0.8B127.50.70.40.750.60

5、.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

6、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。 2、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

7、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。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-

8、1 地层物理力学参数编号重度弹性反力系数内摩擦角内聚力A51935024 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2.3.1 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： 垂直覆土压力： 控制荷载验算： 永久荷载效应控制时： 可变荷载效应控制时： 经验算由永久荷载控制，顶板垂直荷载为：标准组合：基本组合： 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。

9、人群活载： 设备荷载：控制荷载验算：永久荷载效应控制时： 可变荷载效应控制时： 经过验算由可变荷载控制，中板垂直荷载为： 标准组合： 基本组合： 底板荷载：底板垂直荷载即为水浮力，方向竖直向上 水浮力：底板垂直荷载为： 标准组合：基本组合：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弹性反力系数内摩擦角内聚力饱和重度A5193502422.5设土层至地面距离为h当h=3

10、.5m时 标准组合： 基本组合: 由永久荷载效应控制时：由可变荷载效应控制时：当h=16.085m时 标准组合： 基本组合: 由永久荷载效应控制时： 由可变荷载效应控制时： 侧向水压力：当h=3.5m时，当h=16.085时标准组合： 基本组合： 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第三章 结构内力计算3.1 标准横断面计算模型图 3-1 采用荷载基本组合时主体结构标准断面计算模型图 3-2 采用荷载标准组合时主体结构标准断面计算模型3.2 截面特征计算宽度沿纵向取1 m，即B=1 m。(1) 顶板（用be

11、am3来模拟）： C30砼B=1.0 m D =0.85m(2) 中板（用beam3来模拟）：C30砼B=1.0 m D =0.4m(3) 底板（用beam3模拟）：C30砼B=1.0 m D =0.9 m(4) 负一层侧墙（用beam3模拟）：C30砼B=1.0 m D =0.6m(5) 负二层侧墙（用beam3模拟）：C30砼B=1.0 m D =0.6m(6) 柱（用beam3模拟）：C40砼B=1.0 m D=0.08 m3.3 计算结果3.3.1 采用荷载基本组合时的计算结果图 3-3 变形图图 3-4 轴力图图 3-5弯矩图图 3-6剪力图3.3.2 采用荷载标准组合时的计算结果图

12、 3-6变形图图 3-7轴力图图 3-8弯矩图图 3-9剪力图第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算4.1 断面控制内力表表4-1 采用荷载基本组合时计算所得结构断面控制内力表构件弯矩（）轴力（kN）剪力（kN）尺寸 /顶板上缘555.69330.54488.27顶板下缘430.75330.54488.27中板上缘140.42267.8798.514中板下缘70.44267.8798.514底板上缘330.2479.05539.31底板下缘599.69479.05539.31负一层侧墙迎土面555.69582.75356.6负一层侧墙背土面70.97582.75141.49负二层侧墙迎土面482.

13、35781.37214.26负二层侧墙背土面63.912781.37513.98负一层柱05736.640负二层柱09395.20表4-2 采用荷载标准组合时计算所得结构断面控制内力表构件弯矩（）轴力（kN）剪力（kN）尺寸 /顶板上缘465.16257.1412.2顶板下缘392.75257.1412.2中板上缘122.241202.7881.75中板下缘61.595202.7881.75底板上缘248.53334.76458.163底板下缘498.15334.78458.163负一层侧墙迎土面465.6497.09296.8负一层侧墙背土面43.678497.09103.35负二层侧墙迎土

14、面35.61683.12165.95负二层侧墙背土面488.19683.12383.58负一层柱06123.20负二层柱07819.204.2车站结构标准断面配筋及裂缝验算4.2.1车站墙板配筋及裂缝验算以车站结构标准断面顶板外侧的配筋及裂缝验算为例。（1） 几何材料参数 因混凝土等级为C30，所以，查混规，相关数据为：，。采用HRB400级钢筋（，）截面尺寸。弯矩设计值为，轴力设计值为，剪力设计值。（2）不考虑二阶效应，因为，则。（3）判断大小偏心，所以先按大偏心受压构件计算。（4）计算配筋为充分利用受压区混凝土的抗压强度，设。受压区钢筋面积：取。选用6C20（）受拉区钢筋面积：（确认为大偏

15、心）故 则受拉区钢筋面积：选用受拉钢筋7B25（），所以非超筋。II、箍筋（1）几何参数及材料参数因混凝土等级为C30，查混规得，。因为C30<C50，所以。箍筋采用HRB335，。（2）上限值验算非斜压破坏因为，属于一般梁。有： （3）验算是否需按计算设计配筋一般梁 混凝土本身就能抵抗其剪力，不需要按计算设置箍筋，但仍需按构造要求配置箍筋，选用B8150。III、裂缝宽度验算根据混规（GB50010-2010），当时需验算裂缝宽度。受压翼缘截面面积与腹板有效截面面积的比值：矩形截面：纵向受拉钢筋合力点至截面受压合力点的距离：按有效受拉混凝土截面面积计算的纵向受拉钢筋配筋率：按荷载效应的

16、标准组合计算的轴向力：钢筋混凝土构件受拉区纵向钢筋的应力：裂缝间纵向受拉钢筋应变不均匀系数：，取。最外层纵向受拉钢筋外边缘至受拉区底边的距离：受拉区纵向钢筋的等效直径：构件偏心受压特征系数：所以最大裂缝宽度： 所以满足裂缝宽度。4.2 车站负一层背土面的配筋计算I、纵向受力钢筋（1）几何材料参数因混凝土等级为C30，所以，查混规，相关数据为：，。采用HRB400级钢筋（，）截面尺寸。弯矩设计值为，轴力设计值为，剪力设计值。（2）不考虑二阶效应，因为，则。（3）判断大小偏心，所以按小偏心受压构件计算。（4） 计算配筋 取 即： 解之得：。 -<选用4C20（） 选用受拉钢筋8B20（）反向

17、受压验算因为II、箍筋（1）几何参数及材料参数因混凝土等级为C30，查混规得，。因为C30<C50，所以。箍筋采用HRB335，。（2）上限值验算非斜压破坏因为，属于一般梁。有： （3）验算是否需按计算设计配筋一般梁 混凝土本身就能抵抗其剪力，不需要按计算设置箍筋，但仍需按构造要求配置箍筋，选用B8150。III、裂缝宽度验算根据混规（GB50010-2010），当时无需验算裂缝宽度。车站标准断面墙、板其他截面配筋计算及裂缝验算过程同顶板外侧类似，主要受力筋均采用级钢筋，箍筋均采用级钢筋，其配筋计算及裂缝宽度验算详见表4-3、4-4、4-5。表4-3 标准断面配筋计算及裂缝宽度验算（一）

18、截面位置配筋过程 顶板上缘 顶板下缘 中板上缘 中板下缘尺寸混凝土强度等级C30C30C30C30弯矩设计值555.69430.75140.4270.4轴力设计值330.54330.54267.87267.87初始偏心距1614.921341.59212.86291.14偏心距增大系数1.0341.0341.081.153判断大小偏心受压大偏心大偏心大偏心大偏心受压钢筋面积1885188522812281数量及截面直径6C201506C201506C221506C22150受拉钢筋面积3436343630413041相对受压区高度0.0250.0110.0550.016全部纵筋配筋率0.626

19、%0.626%1.33%1.33%数量及截面直径7C251507C251508C221508C22150剪力设计值488.27488.2798.51498.514箍筋是否按计算配筋构造配筋构造配筋构造配筋构造配筋箍筋数量及截面直径C8150C8150C8150C8150箍筋面积50.350.350.350.3弯矩标准值465.16465.16122.24161.595轴力标准值257.1257.1334.76334.76裂缝宽度验算0.1150.0890.0360.015表4-3 标准断面配筋计算及裂缝宽度验算（二）截面位置配筋过程底板上缘底板下缘负二层侧墙外侧负二层侧墙内侧尺寸混凝土强度等级

20、C30C30C30C30弯矩设计值330.2599.69482.3563.912轴力设计值479.05479.05781.37781.37初始偏心距719.281281.83637.31601.82偏心距增大系数1.0901.0401.0481.071判断大小偏心受压大偏心大偏心大偏心大偏心受压钢筋面积2281228112561256数量及截面直径8C221508C221504C201504C20150受拉钢筋面积3041304125132513数量及截面直径6C221506C221008C201508C20150相对受压区高度0.0100.0270.1130.144全部纵筋配筋率0.591%0.591%0.268%0.268%剪力设计值458.163458.163165.95383.58箍筋是否按计算配筋构造配筋构造配筋计算配筋构造配筋箍筋数量及截面直径C8150C8150C8150C8150箍筋面积50.350.350.350.3弯矩标准值248.53498.1535.61393.8轴力标准值334.76334.76683.12697.3裂缝宽度验算0.1440.2210.2710.