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 (2)1.1 课程设计目的 (2)1.2 设计规范及参考书 (3)1.3 课程设计方案 (3)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 (5)2.1平面结构计算简图 (5)2.2.荷载计算 (6)2.3荷载组合 (7)第三章结构内力计算 (10)3.1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： (10)3.2基本组合 (11)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 (25)4.3 顶纵梁上缘的配筋计算 (26)4.4 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、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.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q2=∑γiℎi , 可得q2=17.5×3=52.5kN/m3 2、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：底板处水浮力：q5=9.8×13.51=132.398kN/m22.2.2侧向荷载1、侧向土压力：土的浮重度γ′=γsat−γw=17.5+3−9.8=10.7kN/m3侧向压力系数λ=tan2(45°−φ2)=tan2(45°−21°2)=0.472土压力在顶板产生的侧向土压力：e1=0.472×52.5=24.78kN/m2土压力在底板产生的侧向土压力：e2=0.472×(52.5+10.7×13.51)=92.77kN/m2路面荷载在顶板产生的侧向压力e3=0.472×20=9.44kN/m2路面荷载在底板产生的侧向压力e4=0.472×20=9.44kN/m22、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=9.8×13.51=132.398kN/m22.3荷载组合2.3.1 基本组合1、顶板垂直荷载：=1.35×52.5+1.4×0.7×20=90.475kN/m2q顶板2、中板垂直荷载：=1.35×8+1.4×0.7×4=14.72kN/m2q中板3、底板垂直荷载：=1.35×132.398=178.737kN/m2q底板4、顶板侧向荷载：=1.35×(24.78+0)+1.4×0.7×9.44=42.704kN/m2 e顶板5、底板侧向荷载：=1.35×(92.77+132.398)+1.4×0.7×9.44e底板=313.228kN/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=(1.35×52.5+1.4×0.7×20)×7=633.325kN/m 顶顶板自重：=1.35×25×0.8×7=189kN/mq自重顶纵梁承受的荷载：=633.325+189=822.325kN/mq顶总7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：=(1.35×8+1.4×0.7×4)×7=103.04kN/mq中顶板自重：=1.35×25×0.5×7=118.125kN/mq自重顶纵梁承受的荷载：=103.04+118.125=221.165kN/mq中总8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：=1.35×132.398×7=1251.161kN/mq底顶板自重：=1.0×25×0.75×7=131.25kN/mq自重顶纵梁承受的荷载：=1251.161−131.25=1119.91kN/mq底总2.3.2 标准组合1、顶板垂直荷载：q=1.0×52.5+1.0×20=72.5KN/m2顶板2、中板垂直荷载：q=1.0×8+1.0×4=12KN/m2中板3、底板垂直荷载：q=1.0×132.398=132.398kN/m2底板4、顶板侧向荷载：=1.0×(24.78+0)+1.0×9.44=34.22KN/m2e顶板5、底板侧向荷载：=1.0×(92.77+132.398)+1.0×9.44=234.608kN/m2 e底板6、顶纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q=(1.0×52.5+1.0×20)×7=507.5kN/m顶顶板自重：=1.0×25×0.8×7=140kN/mq自重顶纵梁承受的荷载：=507.5+140=647.5kN/mq顶总7、中纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q=(1.0×8+1.0×4)×7=84kN/m中顶板自重：=1.0×25×0.5×7=87.5kN/mq自重顶纵梁承受的荷载：=84+87.5=171.5kN/mq中总8、底纵梁荷载：顶板垂直荷载设计值：q=1.0×132.398×7=926.786kN/m底顶板自重：q=1.0×25×0.75×7=131.25kN/m自重顶纵梁承受的荷载：=926.786−131.25=795.54kN/mq底总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4-14.1 车站顶板上缘的配筋计算截面尺寸b×h=1000×800，αs=αs‘=50mm，计算长度l0=7m，h0= 800−50=750mm，弯矩设计值M=400.98kN∙m，轴力设计值N= 286.564kN∙m，混凝土等级C30，f c=14.3N/mm2，f tk=2.01N/mm2，采用三级钢筋（f y=f y′=360N/mm2，E s=2.0×105N/mm2）。