1、3.4 标准荷载工况计算143.5 断面结构内力16第四章 结构（墙、板、柱）配筋计算174.1 配筋要求174.2 顶板上缘配筋以及裂缝验算174.2.1 顶板上缘截面配筋174.2.2 裂缝宽度验算（标准荷载组合）194.3 配筋结果汇总204.4 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
2、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
3、。路面荷载为20kN / m2 ，钢筋混凝土重度26gco= 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）A11725020A217.521A31830022A418.523A51935024A619.52
4、5A7400A820.527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B180.70.40.80.60.8B2B3B4B58.50.50.9B6B7（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）1.40.7（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
5、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
6、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 800C30中板 400底板 900侧墙 600800 C402.2 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：
7、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 = gihi 。本次计算覆土层厚度为 3.5m覆土压力：17 3.5 = 59.5 kPa路面活载：20kPa顶板自重： 25 0.8 = 20 kPa基本组合：1.35 （59.5 + 20） + 1.4 0.7 20 = 126.925 kPa（永久荷载控制）1.2 20 = 123.4 kPa（可变荷载控制）因为126.925 123.4 ，故永久荷载控制。 59.5 + 1.4 20 = 99.925 kPa（不计自重）标准组合： 59.5
8、 + 20 = 79.5 kPa（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 = 10 kPa （8 + 10） + 1.4 4 = 28.22 kPa（永久荷载控制） 4 = 27.2 kPa（可变荷载控制）因为28.22 27.2 ，故永久荷载控制。 8 + 1.4 4 = 14.72 kPa（永久荷载控制） 8 + 4 = 12 kPa3） 底板垂直荷载：包括地下水对底板的浮力。水浮力：12.56 10 = 125.6 kPa（方向竖直向上）底板自重： 0.9 = 22.5 kPa底板荷载组合为永久荷载对结构有利的情况，因
9、此：1 22.5 + 1.35 （-125.6） = -147.06 kPa（永久荷载控制） 22.5 + 1.2 （125.6） = -129.42 kPa（永久荷载控制）因为147.06 129.42 ，故永久荷载控制。 （-125.6） = -169.56 kPa（永久荷载控制）-125.6 kPa2.3.2 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
10、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 = 125.6 kPa2） 侧向土压力侧压力系数为：l= tan 2 （45 - 20） = 0.492浮容重为：g = g -g = 20 - 10 = 10 kN/m2sw 59.5 0.49 = 29.2 kPa （59.5 + 10 12.56） 12.56 = 90.699 kPa3） 路面活载引起的侧向荷载20 0.49 = 9.8 kPa，均匀分布。4） 顶板侧面处荷载组合状态： （0 + 29.2） + 1.4 9.8 = 49.024 kPa（永久荷载控制） 29.2 + 1.4 9.8 = 48.76 kPa（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 = 39 kPa5） 底板侧面处荷载组合状态： 基本组合： （90.699 + 125.6） + 1.4 9.8 = 301.608 kPa（永久荷载控制） 9.8 = 273.279 kPa（永久荷载控制）因为301.608
