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 (1)1.1 课程设计目的 (1)1.2 设计规范及参考书 (1)1.3 课程设计方案 (1)1.3.1 方案概述 (1)1.3.2 主要材料 (4)1.4 课程设计基本流程 (5)第二章平面结构计算简图及荷载计算 (6)第三章结构内力计算 (9)第四章结构（墙、板、柱）配筋计算 (12)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、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2kN，钢筋混凝土20m/重度3/25m kN co =γ，中板人群与设备荷载分别取2/4m kN 、2/8m kN 。

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：1000mm ×1800mm （宽×高）；中纵梁尺寸：1000mm ×1000mm （宽×高）；底纵梁尺寸：1000mm ×2100mm （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、柱的配筋。

图 1-1 地铁车站横断面示意图（单位：mm ）我是A2B5表1-1 地层物理力学参数注：饱和重度统一取“表中重度+3”。

表1-2 结构尺寸参数（单位：m）（表1-1~表1-2进行组合，可得到8*30=240道题目）表1-3 荷载组合表注：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、完成计算说明书。

第二章 平面结构计算简图及荷载计算本设计中有：中柱简化成为一面墙12EA EA =错误!未找到引用源。

,即0.8×0.8=8×b ,得b =0.08m侧向压力系数λ=tan 2（45°-φ/2）=tan 2（45°-21÷2）=0.472车站高度h=4.55+6.91+0.80+0.40+0.8=13.46m1.垂直荷载计算（1）顶板直荷载由路面活载和垂直土压力构成。

路面均布荷载q 1=20×1.1=22KPa 垂直土压力q 2=γh=17.5×3=52.5KPa 不需要考虑人防荷载。

顶板垂直荷载 ○1承载能力极限状态KPa 43592351q 704121....q q =⨯+⨯⨯=顶板○2正常使用极限状态 kPa 57455201220101011....q .q .q 2=⨯+⨯=⨯+⨯=顶板（2）中板荷载由人群荷载和设备荷载组成。

○1承载能力极限状态kPa q 72.1440.17.04.1835.1q 0.17.04.1q 35.1=⨯⨯⨯+⨯=⨯⨯⨯+⨯=人设中板○2正常使用极限状态q 中板2=1.0×（4+8）=12KPa2.侧向荷载计算。

采用水土分算γ浮=γ饱和-γW =（17.5+3）-10=10.5KN/m 3 侧向压力系数λ=tan 2（45°-φ/2）=tan 2（45°-21÷2）=0.472侧墙顶板处侧土压力e 1=（q 1+q 2）×λ=（22+52.5）×0.472=35.164KPa 水压力为0侧墙底板处侧土压力e2=e1+γ浮×H×λ=35.164+10.5×0.472×（6.91+4.55+0.8+0.8+0.4）=101.871KPa侧墙底板处水压力e3=γW×H W=10×13.46=134.6KPa 将荷载乘以分项系数得到○1承载能力极限状态侧墙顶板处侧向压力：（35.164+0）×1.35=47.471KPa侧墙底板处侧向压力：（101.871+134.6）×1.35=319.236KPa○2正常使用极限状态侧墙顶板处侧向压力：（35.164+0）×1=35.164KPa 侧墙底板处侧向压力：（101.871+134.6）×1=236.471KPa水浮力○1承载能力极限状态 q水1=1.35×10×（0.8+4.55+0.4+6.91+0.8）=181.71KPa ○2正常使用极限状态q水2=1.0×10×（0.8+4.55+0.4+6.91+0.8）=134.6KPa3.弹簧取值 D=KS i b D是地层弹性反力系数为250MPa/m本次结构设计中与弹簧链杆单元对应围岩长度取1m，计算宽度取1m。

弹簧单元的刚度：D=KSb=250×1×1=250MPa m荷载基本组合计算图：荷载标准组合计算图：工况顶板荷载中板荷载 底板荷载 顶板处侧向压力 底板处侧向压力水压力 土压力 水压力 土压力基本组合 92.435 14.72 181.71 0 47.471 181.71 137.525 标准组合 74.512134.635.164 134.6 101.8714.纵梁荷载纵梁计算位置考虑荷载最不利位置，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部荷载及顶板自重之和。

顶板自重：KPa 20m1m 520m520m 80250=⨯⨯⨯⨯=...1m KN/m3q中板自重：KPa 101520520140250=⨯⨯⨯⨯=...q底板自重：KPa205201520180250=⨯⨯⨯⨯=...q 顶纵梁承受的荷载：基本组合：KPa 4351192035143592q 351q q 0.....=⨯+=⨯+=顶板总 标准组合：KPa 5942001574q 01q q 0....''=⨯+=⨯+=顶板总中纵梁承受的荷载：基本组合：KPa q q q 22.281035.172.1435.10=⨯+=⨯+=中板总 标准组合：KPa q q q 22100.1120.1''0=⨯+=⨯+=中板总 底纵梁承受的荷载：基本组合:KPa 71161200171181q 01q q 0w ....=⨯-=⨯-=总（方向向上） 标准组合：KPa 611420016134q 01q q 0w ....''=⨯-=⨯-=总（方向向上）第三章 结构内力计算使用ANSYS 计算主体结构（荷载基本组合）横断面的内力及纵断面的内力轴力图（单位：N ）剪力图（单位：N）弯矩图（单位：N）2、车站纵梁计算结果构件弯矩（KN/m）轴力（KN）剪力(KN) 尺寸b*h(mm*mm) 顶板上缘471.78 313.20 437.07 1000*800顶板下缘325.33 313.20 437.07 1000*800中板上缘239.49 1142.4 122.17 1000*400中板下缘75.517 1142.4 122.17 1000*400底板上缘303.04 1061.3 775.88 1000*800底板下缘1219.3 1061.3 775.88 1000*800侧墙迎土面1219.3 810.47 753.02 1000*600侧墙背土面697.76 810.47 1061.3 1000*600中柱0 7755.92 0 800*800顶纵梁上缘1096.6 844.74顶纵梁下缘847.0 844.74中纵梁上缘349.77 272.21中纵梁下缘219.01 272.21底纵梁上缘520.82 492.08底纵梁下缘610.39 492.08第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算C30混凝土：c 14.3MPa f =，t 1.43MPa f = 1、车站顶板上缘的配筋计算截面尺寸1000*800，mm a a s s 50'==。

计算长度7m.,mm 75050800h 0=-= 弯矩设计值m 471.7•=KN 8M ，轴力设计值KN N 313.20=，混凝土等级C30，23.14mm N f c =，201.2mm N f tk =，采用HRB400纵向钢筋(2360'mm N f f y y ==，25102mm N E s ⨯=），箍筋为HRB3352yv mm N 300f /=（1）求偏心矩mm 321506471780N M e 0.313.20===附加偏心距：mm 2630800e a == 初始偏心距：mm 32153226321506e e e a 0i ..=+=+= （2）求偏心距增大系数：758807h l 0..==>8 所以偏心距增大系数η应该修正计算。