地铁车站主体结构设计（地下矩形框架结构）目录第一章课程设计任务概述 (3)1.1 课程设计目的 (3)1.2 设计规范及参考书 (3)1.3 课程设计方案 (4)1.4 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 (6)2.1平面结构计算简图 (6)2.2.荷载计算 (7)2.3荷载组合 (8)第三章结构内力计算 (11)3.1建模与计算 (11)本课程设计采用ANSYS进行建模与计算，结构模型如下图： (11)3.2基本组合 (12)3.2 标准组合 (15)第四章结构（墙、板、柱）配筋计算 (20)4.1 车站顶板上缘的配筋计算 (20)4.2 负一层中柱配筋计算 (26)4.3 顶纵梁上缘的配筋计算 (28)4.4 顶纵梁上缘裂缝宽度验算 (30)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2/20m kN ，钢筋混凝土重度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 ）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1-3 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2-12.2.1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：垂直土压力由公式 ,可得2、中板垂直荷载：中板人群荷载：设备荷载：3、底板垂直荷载：底板处水浮力：2.2.2侧向荷载1、侧向土压力：土的浮重度侧向压力系数土压力在顶板产生的侧向土压力：土压力在底板产生的侧向土压力：路面荷载在顶板产生的侧向压力路面荷载在底板产生的侧向压力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：2.3.1 基本组合1、顶板垂直荷载：2、中板垂直荷载：3、底板垂直荷载：4、顶板侧向荷载：5、底板侧向荷载：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：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：2.3.2 标准组合1、顶板垂直荷载：2、中板垂直荷载：3、底板垂直荷载：4、顶板侧向荷载：5、底板侧向荷载：6、顶纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：顶板自重：顶纵梁承受的荷载：第三章结构内力计算3.1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：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惯性矩/m4单元类型材料截面面积（）/m2顶板0.04266667 Beam3 C30 中板0.01041667 Beam3 C30 底板0.03515625 Beam3 C30 侧墙0.02858333 Beam3 C30 中柱0.02986667 Beam3 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3.2.2 横断面轴力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3.2.3 横断面剪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3.2.3 横断面弯矩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350.032 286.564 387.69 1000*800 中板上缘237.73 1070 127.04 1000*500 中板下缘107.582 1070 127.04 1000*500 底板上缘413.691 1030 749.25 1000*750 底板下缘920 1030 749.25 1000*750 负一层侧墙迎土面436.101 549.017 302.663 1000*700 负一层侧墙背土面0 549.017 302.663 1000*700 负二层侧墙迎土面920 861.454 888.32 1000*700 负二层侧墙背土面694.113 861.454 888.32 1000*700 负一层中柱0 6489.86 0 800*700 负二层中柱0 8160 0 800*700 顶纵梁上缘4640 - 3530 1000*1800 顶纵梁下缘2410 - 3530 1000*1800 中纵梁上缘1300 - 1020 1000*1000 中纵梁下缘734.131 - 1020 1000*1000 底纵梁上缘2680 - 4200 1000*2100 底纵梁下缘5730 - 4200 1000*21004.1 车站顶板上缘的配筋计算截面尺寸，，计算长度，，弯矩设计值，轴力设计值，混凝土等级，，，采用三级钢筋（，）。
1、求偏心距附加偏心距：初始偏心距：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：所以属于大偏心受压构件。
3、求受压区钢筋面积取。
则受压区钢筋面积：取。
选用（）。
4、求受拉钢筋面积受压区高度：则受拉区钢筋面积：故取。
选用（）。
所以非超筋。
5、箍筋计算（1）验算限制条件混凝土等级为，所以,属于一般梁所以，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，轴力只需要构造配筋按构造进行配筋，选取六肢箍筋（箍筋直径满足最小直径要求），间距s取250mm6、裂缝宽度验算根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），当时需要验算裂缝宽度。
所以使用阶段的轴向压力偏心距增大系数。
轴向压力作用点至纵向受拉钢筋合力点的距离：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：故取。
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。
故最大裂缝宽度：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，，，采用三级钢筋（，）。
标准截面配筋计算详见下表4-2及4-3。
顶板上缘顶板下缘中板上缘中板下缘底板上缘底板下缘尺寸1000*800 1000*800 1000*500 1000*500 1000*750 1000*750400.98 350.032 237.73 107.582 413.691 920弯矩设计值286.564 286.564 1070 1070 749.25 749.25 轴力设计值1399.27 1221.479 222.176 100.54 552.14 1227.895 偏心距偏心距增大系数 1 1 1 1 1 1判断大小偏心受压大偏心大偏心大偏心小偏心大偏心大偏心表4-2受压钢筋面积 2199 2199 1272 1272 1884 1520 数量及截面直径7D20 7D20 5D185D18 6D20 4D22受拉钢筋面积21992199 1272 1272 1884 7125数量及截面直径7D207D20 5D18 5D18 6D20 7D36 剪力设计值387.69 387.69127.04 127.04 749.25749.25 2681.25 2681.25 1608.75 1608.75 2502.5 2502.5 750.75 750.75450.45 450.45 700.7 700.7如何配筋 构造构造构造 构造 构造 构造 箍筋量 六肢六肢六肢六肢六肢六肢裂缝宽度验算0.1450.123 0.127不需要不需要0.191负一层侧墙迎土面负一层侧墙背土面 负二层侧墙迎土面 负二层侧墙背土面 尺寸1000*700 1000*700 1000*700 1000*700 弯矩设计值436.101 0 920694.113 轴力设计值 302.663 302.663 888.32 888.32 偏心距1440.880 1035.663 730.72 偏心距增大系数 1 1 11 判断大小偏心受压 大偏心 小偏心 大偏心 大偏心 受压钢筋面积 1608 1884 1520 1520表4-34.2 负一层中柱配筋计算4.2.1负一层中柱中柱尺寸，轴力设计值，混凝土等级，，,采用三级钢筋（，）。