《地下结构课程设计》任务书——地铁区间隧道结构设计学校：北京交通大学学院：土木建筑工程学院姓名：***学号：********班级：土木1108班指导教师：贺少辉、孙晓静目录一.设计任务 (3)1.1 工程地质条件 (3)1.2 其他条件 (3)二.设计过程 (5)2.1 根据给定的隧道或车站埋深判断结构深、浅埋 (5)2.2 计算作用在结构上的荷载 (5)2.2.1永久荷载 (5)2.2.2可变荷载 (7)2.3 进行荷载组合 ........................................................................ 错误!未定义书签。
2.3.1承载能力极限状态 ................................................................... 错误!未定义书签。
2.3.2正常使用极限状态 (7)2.4 绘出结构受力图 (8)2.5 利用midas程序计算结构内力 (8)2.5.1 midas程序建模过程 92.5.2 绘制内力分析图 11三. 结构配筋计算 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
3.1 基本条件 11 3.1 顶板配筋计算 (15)3.2 侧板配筋计算 (18)3.3 底板配筋计算 (20)四.最终配筋： (23)五.参考资料22六、设计总结 ............................................................................................ 错误!未定义书签。
一、设计任务对某区间隧道进行结构检算，求出内力，并进行配筋计算。
具体设计基本资料如下：1．1 工程地质条件线路垂直于永定河冲、洪积扇的轴部，第四纪地层沉积韵律明显，地层由上到下依次为：杂填土、粉土、细砂、圆砾土、粉质粘土、卵石土。
其主要物理力学指标如表1，本地区地震烈度为6度。
1．2 其他条件地下水位在地面以下12m处；隧道顶板埋深14m；采用暗挖法施工，隧道断面型式为马蹄形。
隧道位置形状图隧道内部尺寸设计：二、设计过程2.1 根据给定的隧道埋深判断结构深、浅埋；可以采用《铁路隧道设计规范》推荐的方法，即有ℎ∗=0.45×2s−1×[1+i(B−5)]上式中s为围岩的级别；B为洞室的跨度；i为B每增加1m时的围岩压力增减率。
由于隧道拱顶埋深14m，位于粉土层、细砂层和圆砾土中，根据《地铁设计规范》10.1.2可知“暗挖结构的围岩分级按现行《铁路隧道设计规范》确定”。
围岩为Ⅵ级围岩。
则有ℎ∗=0.45×2s−1×[1+i(B−5)]=0.45×26−1×[1+0.1(11.9−5)]=24.34m因为埋深ℎc(=14m)<ℎ∗=24.34m，可知该隧道为极浅埋。
2.2 计算作用在结构上的荷载；1 永久荷载A 顶板上永久荷载a. 顶板自重（考虑初衬和二衬的自重）q=γd =25×(0.45+0.3)=18.75KPab 地层竖向土压力由于拱顶埋深14m，则顶上土层有杂填土、粉土、细砂，且地下水埋深12m，应考虑土层压力和地下水压力的影响。
=∑γiℎiq顶=2.3×16+4.5×18+5.2×19+2×（26.6−10）=249.8KPac. 地层竖向水压力=γw.ℎ=2×10=20KPaq水(顶)B 底板上永久荷载（考虑初衬和二衬的自重）a. 底板自重q=γd =25×(0.3+0.5)=20KPab. 水压力（向上）：q=γw.ℎ=10×(14−12+8.812)=108.12KPa水(底)C 侧墙上永久荷载地层侧向压力按主动土压力的方法计算，由于埋深在地下水位以下，需考虑地下水的影响。
(采用水土分算)Ka上=tan2(45o−φ上2)=tan2(45o−222)=0.455Ka中=tan2(45o−φ上2)=tan2(45o−252)=0.406Ka下=tan2(45o−φ下2)=tan2(45o−232)=0.438a. 侧墙自重q=γ.d =25×（0.45+0.3）=18.75KPa b. 隧道侧墙上部土压力：用朗肯主动土压力方法计算q侧=(∑γiℎi)Ka上=[2.3×16+4.5×18+5.2×19+2×（26.6−10）]Ka上=113.7KPac. 对于隧道侧墙图层分界处土压力，隧道侧墙有两处分界处土压力：第一处：q上=(∑γiℎi)Ka上=（249.8+(14.4−14.0)×(26.6−10)）Ka上=116.7KPaq中1=(∑γiℎi)Ka中=（249.8+(14.4−14.0)×(26.6−10)）Ka中=104.2KPa 第二处：q中2=(∑γiℎi)Ka中=（256.6+(22.2−14.4)×(27−10)）Ka中=158.0KPaq下=(∑γiℎi)Ka下=（256.6+（22.2−14.4）×(27−10)）Ka下=170.5KPa d. 对于隧道侧墙底部土压力q底=(∑γiℎi)Ka下=（256.6+(22.2−14.4)×(27−10)+0.612×（27.5−10）Ka下=175.2KPae. 对于隧道侧墙水压力=γw.ℎ1=10×（14−12）=20KPaq水(上)=γw.ℎ2=10×（14−12+8.812）=108.12KPaq水(下)2 可变荷载A顶板上可变荷载按《地铁设计规范》10.2.1中第三条规定：在道路下面的潜埋暗挖隧道，地面的车辆荷载按20KPa的均布荷载取值，并不计动力作用影响。
人行荷载按照4KPa的均布荷载取值，并不计动力作用影响。
B底板上可变荷载主要为列车车辆运行的可变荷载，一般取为[(140×4)÷19.62]÷5=5.7KPaC 侧墙上可变荷载由于到隧道上部地面车辆的运行和过往的行人，会导致侧向压力的增大：=（20+4）×Ka=24×0.406=9.7KPaq倒2.3 进行荷载组合1、承载能力极限状态荷载组合采用1.2恒载+1.4活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有：拱顶：设计恒载：-408.44 KPa设计活载：-33.6 KPa底板：设计恒载：132.46KPa设计活载：-8KPa侧墙（顶部）：设计恒载：180.50 KPa（x方向）设计活载：11.62 KPa（x方向）；（底部）：设计恒载：382.48 KPa（x方向）；设计活载：11.62 KPa（x方向）；2、正常使用极限状态荷载组合采用恒载+活载根据以上各种计算，作用在隧道上的设计荷载有：拱顶：设计恒载：-302.55 KPa设计活载：-24 KPa底板：设计恒载：88.12 KPa设计活载：-5.7 KPa侧墙（顶部）：设计恒载：133.7 KPa（x方向）设计活载：8.3 KPa（x方向）；（底部）：设计恒载：283.32KPa（x方向）；设计活载：8.3 KPa（x方向）；2.4绘制结构受力图根据承载能力极限状态荷载组合值，可以分别计算出拱顶、底板、侧墙和中墙的设计荷载值，如下图：2.5、利用midas程序计算结构内力用隧道通用有限元程序—MIDAS/GTS，MIDAS/GTS是目前最先进的土木隧道结构分析系统，它对土木隧道结构的分析中所需要的各种功能进行了综合的考虑。
MIDAS/GTS的广泛使用，为土木建筑物的建模和分析提供了很大的便利。
1、建立隧道模型首先定义材料属性，本设计采用C30混凝土，截面厚度为0.45m,长度按1m来计算，然后利用Midas GTS绘制二维隧道截面模型，并划分节点数为54个，如图所示：然后建立单元坐标系及节点号如图所示：边界条件利用曲面弹簧功能定义模型的边界条件。
选择赋予地基弹簧的节点后输入相应的地基反力系数，根据隧道跨越的不同土体建立不同的地基反力系数。
荷载组合：根据承载能力极限状态荷载组合，组合设计为1.35倍静力荷载+1.4倍动力荷载；根据正常使用极限状态荷载组合，组合设计为静力荷载+动力荷载。
2、根据MIDAS软件绘制受力图如图：轴力图弯矩图剪力图：三、结构配筋计算1.基本条件2、 顶板配筋计算2.1 设计条件通过上述数据，我们发现在使用期间顶板承受的最大正弯矩和最大负弯矩值为最大弯矩：199.95kN.m 最大轴力：2237.58kN5.2.2 计算过程截面尺寸：'*1000450;50s s b h mm mm a a mm =⨯==取计算长度 ：011.90.611.3;l m =-= 045050400s h h a mm =-=-=弯矩设计值199.95M KN m =⋅，轴力设计值2237.58N KN =,偏心矩： 0199.95100089.362237.58M e mm N ==⨯= 附加偏心矩： 450max{15,20}2030a e mm === 初始偏心矩：089.3620109.36i a e e e mm =+=+=偏心距增大系数：10.50.514.31000450 1.4412237.581000c f A N ς⨯⨯⨯===>⨯，取0.11=ς 011.325150.45l h ==> 所以构件长细比对截面曲率影响的系数20.92ς= 则偏心矩增大系数：201202111400/111.31 1.00.921400109.36/4000.452.63i l e h h ηςς⎛⎫=+ ⎪⎝⎭⎛⎫=+⨯⨯ ⎪⨯⎝⎭= 则计算偏心距为： 02.63109.362880.30.3400120i e mm h mm η=⨯=>=⨯=因此，可按大偏心受压构件进行计算①求受压区钢筋面积's A4502885046322i s h e e a mm η=+-=+-= 取55.0==b εε则受压区钢筋面积：()()()()20'''02210.5223758046314.310004000.5510.50.55300450501254c b b s y s Ne f bh A f h a mm ξξ--=-⨯-⨯⨯⨯⨯-⨯=⨯-=选用6Φ18，'s A =15272mm②求受拉区钢筋面积s A受压区计算高度:04001672100s x h mm a mm=-==>=01670.420.55400b x h ξξ===<= 则受拉区钢筋面积为：022min ()2()4502237580(25050)2300(45050)13980.00210005501100i s s y sh N e a A f h a mm bh mm ηρ'-+='-⨯-+=-=>=⨯⨯= 经过反复的裂缝宽度验算，采用6Φ18，s A =15272mm15273000.070.55100045014.3y s c f A bh f ξ==⨯=<⨯，非超筋，满足要求。