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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课程设计目的21.2设计规范及参考书31.3 课程设计方案 31.4 课程设计的基本流程 5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 62.3 荷载组合 7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 113.2 标准组合 15第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算 204.1 车站顶板上缘的配筋计算 204.2 负一层中柱配筋计算 254.3 顶纵梁上缘的配筋计算 264.4
2、顶纵梁上缘裂缝宽度验算 28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、荷载 分类及荷载的组合方式、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
3、、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1-1。车站埋深3m,地下水位距地面3m，中柱截面的横向（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20kN/m2，钢筋混凝土 重度丫 = 25kN /m3，中板人群与设备荷载分别取4kN / m2、8kN /m2。荷载组合 co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
4、）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：1000mmX 1800mm（宽X高）；中纵梁尺寸：1000mmX 1000mm（宽X高）； 底纵梁尺寸：1000mmX2100mm （宽X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、柱的配筋。图1-1地铁车站横断面示意图（单位：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Y (kN/m3)K (MPa / m)9 （。）c(kPa)17.52502
5、1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hl中板厚h2底板厚h3墙厚T中柱70.80.50.750.70.8X0.7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 (1.0)1.4X0.7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
6、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
7、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。ql-20kPsB2=92.77hPaed=l32. 3983e2=02. 771iFae4=132a358kPsEd刍6昌4g.E=132. 398kPa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和垂直土压力组成。路面荷载：Q1 = 20kPa垂直土压力由公式g2 =W 可得g2 = 17.5 x3 = 52.5kN/m32、中板垂直荷载：中板人群荷载：q3 = 4kN/m2设备荷载：q4 = 8kN/m23、底板垂直荷载：底板处
8、水浮力：q5 = 9.8 x 13.51 = 132.398kW/m22.2.2 侧向荷载1、侧向土压力：土的浮重度尸=Ysat Yw = 17.5 + 3 9.8 = 10.7kN/m3侧向压力系数2 = tan2(45 町=tan2(45 -旳=0.472土压力在顶板产生的侧向土压力：勺=0.472 X 52.5 = 24.78kN/m2 土压力在底板产生的侧向土压力：e2 = 0.472 X (52.5 + 10.7 X 13.51) = 92.77kN/m2 路面荷载在顶板产生的侧向压力e3 = 0-472 X 20 = 9.44kW/m2 路面荷载在底板产生的侧向压力e4 = 0.4
9、72 X 20 = 9.44k/m2 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 X 13.51 = 132.398k/m22.3 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：顶板q = 1.35 X 52.5 + 1.4 X 0.7 X 20 = 90.475kW/m2q = 1.35 X 8 + 1.4 X 0.7 X 4 = 14.72kW/m2中板3、底板垂直荷载：q = 1.35 X 132.398 = 178.737kW/m2底板4、顶板侧向荷载：e顶板1.35 X (24.78 + 0) + 1.4 X 0.7 X 9.44 =
10、 42.704kW/m25、底板侧向荷载：e底板= 1.35X(92.77+132.398)+1.4X0.7X9.44=313.228kW/m26、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 = (1.35 x 52.5 + 1.4 x 0.7 x 20) x 7 = 633.325k/m 顶顶板自重：q = 1.35 x 25 x 0.8 x 7 = 189k/m 自重顶纵梁承受的荷载：q 顶总=633325 + 189 = 822325加7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q = (1.3
11、5 x 8 + 1.4 x 0.7 x 4) x 7 = 103.04kW/m 中顶板自重：q = 1.35 x 25 x 0.5 x 7 = 118.125k/m自重顶纵梁承受的荷载：q = 103.04 + 118.125 = 221.165k/m中总8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q = 1.35 x 132.398 x 7 = 1251.161k/m底顶板自重：q = 1.0 x 25 x 0.75 x 7 = 131.25k/m自重顶纵梁承受的荷载：q、= 1251.161 - 131.25 = 1119.91kW/m 底总2.3.2 标准组合1、顶板垂直荷载：顶板=1.0 x
12、525 + 1.0 x 20 =山何2、中板垂直荷载：q中板=1.0x8 +1.0x4 = 12KN/m23、底板垂直荷载：q = 1.0 x 132.398 = 132.398kN/m2 底板4、顶板侧向荷载：e = 1.0 x (24.78 + 0) + 1.0 x 9.44 = 34.22KN/m2 顶板5、底板侧向荷载：e = 1.0 x (92.77 + 132.398) + 1.0 x 9.44 = 234.608kW/m2 底板6、顶纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q = (1.0 x 52.5 + 1.0 x 20) x 7 = 507.5k/m 顶顶板自重：q = 1.0 x
13、25 x 0.8 x 7 = 140kW/m 自重顶纵梁承受的荷载：q顶总=5075 + 140 = 6475叫7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q = (1.0 x 8 + 1.0 x 4) x 7 = 84kW/m 中顶板自重：q = 1.0 x 25 x 0.5 x 7 = 87.5k/m 自重顶纵梁承受的荷载：g 中申=84 + 87.5 = 171.5kW/m8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q = 1.0 x 132.398 x 7 = 926.786k/m 底顶板自重：顶纵梁承受的荷载：q底总=926.786 一 131.25 = 795.54kN/m第三章 结构内力计算3.
14、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:表 3-1 构件单元截面尺寸表截面面积（b x h）/m2惯性矩/m4单元类型材料顶板1 x 0.800.04266667Beam3C30中板1 x 0.50.01041667Beam3C30底板1 x 0.750.03515625Beam3C30侧墙1 x 0.70.02858333Beam3C30中柱0.7 x 0.80.02986667Beam3C40弹簧1 x 0.5Link10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。uurI- xhrnrrmDISFIiaCEKI-nSUB =1TIHE.=1DJfX =.005374JAN 14 2014 ldg-59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
