西南交通大学地下工程课程设计Word文件下载.docx
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3.4标准荷载工况计算 14
3.5断面结构内力 16
第四章结构(墙、板、柱)配筋计算 17
4.1配筋要求 17
4.2顶板上缘配筋以及裂缝验算 17
4.2.1顶板上缘截面配筋 17
4.2.2裂缝宽度验算(标准荷载组合) 19
4.3配筋结果汇总 20
4.4中柱配筋 23
附录 25
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、主动荷载及荷载的组合方式、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
1-2。
车站埋深3.5m,地下水位距地面3.5m,中柱截面横向尺寸固定为
0.8m(如图1-1横断面方向),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1-1,采用水土分算。
路面荷载为20kN/m2,钢筋混凝土重度
26
gco
=25kN/m3,中板人群与设备荷载分别取4kN/m2、8kN/m2。
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。
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、柱的配筋。
图1-1地铁车站横断面示意图(单位:
mm)
表1-1地层物理力学参数
编号
重度g/(kN/m3)
弹性反力系数
K/(MPa/m)
内摩擦角j/°
内聚力c/(kPa)
A1
17
250
20
——
A2
17.5
21
A3
18
300
22
A4
18.5
23
A5
19
350
24
A6
19.5
25
A7
400
A8
20.5
27
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h1
中板厚h2
底板厚h3
墙厚T
中柱
B1
8
0.7
0.4
0.8
0.6
0.8×
B2
B3
B4
B5
8.5
0.5
0.9
B6
B7
(表1-1与表1-2进行组合,每个人的具体工况请见EXCEL表格)
表1-3荷载组合表
组合工况
永久荷载系数
可变荷载系数
基本组合
1.35(1.2)
1.4×
0.7(1.4)
标准组合
1.0
括号中数值为可变荷载控制时的取值;
当永久荷载对结构有利时,基本组合永久荷载系数取1.0。
1.3.2 主要材料
1、混凝土:
墙、板用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的裂缝宽度
(内力采用标准组合计算结果)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,并绘制墙、板、柱的配筋图。
第二章平面结构计算简图及荷载计算
2.1基本参数
本次设计计算工况为:
地层物理力学参数编号为A5,结构尺寸参数编号为B2。
地层以及结构尺寸参数见下表。
表2-1地层物理力学参数
表2-2结构尺寸参数
类别
尺寸b´
h(mm)
混凝土强度等级
顶板
1000´
800
C30
中板
400
底板
900
侧墙
600
800´
C40
2.2结构简化
图2-1结构简化图(单位:
2.3荷载计算
2.3.1垂直荷载
1)顶板垂直荷载:
顶板垂直荷载包含覆土压力,地面活载以及顶板的自重。
gi为第i层土的重度,hi为第i层土的深度,则车站顶部覆土竖向荷载q按下式
计算:
q=å
gihi。
本次计算覆土层厚度为3.5m
覆土压力:
17´
3.5=59.5kPa
路面活载:
20kPa
顶板自重:
25´
0.8=20kPa
基本组合:
1.35´
(59.5+20)+1.4´
0.7´
20=126.925kPa(永久荷载控制)
1.2´
20=123.4kPa(可变荷载控制)
因为126.925>
123.4,故永久荷载控制。
59.5+1.4´
20=99.925kPa(不计自重)
标准组合:
59.5+20=79.5kPa(不计自重)
2)中板垂直荷载:
包括人群荷载和设备荷载。
人群荷载:
4kPa
设备荷载:
8kPa
中板自重:
0.4=10kPa
(8+10)+1.4´
4=28.22kPa(永久荷载控制)
4=27.2kPa(可变荷载控制)
因为28.22>
27.2,故永久荷载控制。
8+1.4´
4=14.72kPa(永久荷载控制)
8+4=12kPa
3)底板垂直荷载:
包括地下水对底板的浮力。
水浮力:
12.56´
10=125.6kPa(方向竖直向上)
底板自重:
0.9=22.5kPa
底板荷载组合为永久荷载对结构有利的情况,因此:
1´
22.5+1.35´
(-125.6)=-147.06kPa(永久荷载控制)
22.5+1.2´
(125.6)=-129.42kPa(永久荷载控制)
因为147.06>
129.42,故永久荷载控制。
(-125.6)=-169.56kPa(永久荷载控制)
-125.6kPa
2.3.2侧向荷载
侧向土压力的大小与墙体的变形情况有关,在主动土压力与被动土压力之间变化,在使用阶段取静止土压力进行计算。
一般土压力的计算方法有两种:
水土分算与水土合算。
采用水土分算时是将地下水位以下的土压力与水压力叠加,而且水压一般取的是全水头;
水土合算,采用地下水位以下土的重度,只考虑土压力的作用。
本次设计采用水土分算,侧向土压力用郎金土压力公式计算。
侧向荷载呈线性分布。
1)侧向水压力
顶板侧面处:
底板侧面处:
10´
12.56=125.6kPa
2)侧向土压力
侧压力系数为:
l=tan2(45°
-20°
)=0.49
2
浮容重为:
g'
=g-g=20-10=10kN/m2
s w
59.5´
0.49=29.2kPa
(59.5+10´
12.56)´
12.56=90.699kPa
3)路面活载引起的侧向荷载
20´
0.49=9.8kPa,均匀分布。
4)顶板侧面处荷载组合状态:
(0+29.2)+1.4´
9.8=49.024kPa(永久荷载控制)
29.2+1.4´
9.8=48.76kPa(永久荷载控制)
因为49.024>
48.76,故永久荷载控制。
9.8=49.024
故而,基本组合:
49.024kPa,
0+29.2+9.8=39kPa
5)底板侧面处荷载组合状态:
基本组合:
(90.699+125.6)+1.4´
9.8=301.608kPa(永久荷载控制)
9.8=273.279kPa(永久荷载控制)
因为301.608
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